Влияние температуры на сорбцию ионов меди шерстяным волокном
Анализ результатов исследования влияния температуры на процесс сорбции ионов Cu (II) из водных растворов природным белковым сорбентом. Сорбция ионов тяжелых металлов шерстяным волокном как эндотермический процесс. Основные условия сорбционной емкости.
| Рубрика | Менеджмент и трудовые отношения |
| Вид | статья |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 03.12.2018 |
| Размер файла | 109,6 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Ивановский государственный химико-технологический университет
Влияние температуры на сорбцию ионов меди шерстяным волокном
Дымова Т.А., магистрант
Аннотации
Представлены результаты исследования влияния температуры на процесс сорбции ионов Cu (II) из водных растворов природным белковым сорбентом. Сорбция ионов тяжелых металлов шерстяным волокном представляет собой эндотермический процесс. При увеличении температуры системы на 70є (в интервале от 20єС до 90єС) сорбционная емкость увеличивается с 045 до 0,78 моль/кг.
Ключевые слова: влияние температуры, ионы меди, шерстяное волокно
Results of investigation of temperature effect on Cu (II) ions sorption process from aqueous solutions by the natural protein sorbent. Sorption of heavy metal ions onto woolen fibers is an endothermic process. By increasing the system temperature at 70є (in the range from 20°C to 90°C) sorption capacity increases from 0,45 to 0,78 mol/kg.
Keywords: copper ions, temperature effect, wool fibers
Введение
Загрязнение воды является одной из наиболее важнейших задач, которая стоит перед современным обществом. Это связано, прежде всего, с развитием промышленных процессов, таких как крашение, металлизации, добыча полезных ископаемых и т.д.
Токсичные металлы представляют собой серьезную экологическую проблему, поскольку они не подвергаются биологическому разложению и могут накапливаться в живых тканях, пищевых цепях даже при низких концентрациях, что приводит к негативному воздействию на водную флору и фауну, а также на животных, растения и здоровья человека [1].
Более того, эти металлы часто трудно удалить из водных стоков. Обычно для очистки воды от загрязнений тяжелыми металлами используют такие методы, как осаждение, коагуляция /флокуляция, фильтрация, обмен ионов и т.д. [2]. Однако, у этих методов есть следующие недостатки: высокие затраты на химикаты, низкая эффективность удаления, высокое потребление энергии, сложная операционная установка. К тому же, большинство этих методов являются неэффективными при удалении ионов тяжелых металлов из более разбавленных растворов. По этим причинам, ведутся разработки более дешевой технологии для удаления тяжелых металлов из сточных вод. Поэтому адсорбция из-за своей простоты, считается одним из самых лучших технологий. Среди известных адсорбентов в методах извлечения сточных вод, считается активированный уголь. Широко используется, не смотря на то, что это является дорогим материалом, на самом деле, чем выше качество активированного угля, тем больше его стоимость [3].
В последние годы, были массивно исследованы в качестве адсорбентов для ионов тяжелых металлов природные материалы или сельскохозяйственные и промышленные отходы, которые доступны в больших количествах [4].
сорбция ион медь шерстяное волокно
Исследования последних лет показали, что полисахариды, содержащиеся в продуктах растительного происхождения, как нерастворимые (целлюлоза, хитин), так и растворимые (пектины, инулин) способны эффективно связывать ионы тяжелых металлов. К достоинствам данных сорбентов можно отнести то, что они имеют низкую стоимость, надежны, удобны в эксплуатации и утилизации (так как являются биоразлагаемыми), нетоксичны, т.е. могут быть использованы для очистки питьевой воды и продуктов питания.
Однако использование таких целлюлозосодержащих материалов, как шелуха зеленого миндаля, чайные листья, отходы производства оливкового масла, джутовое волокно, кожура апельсинов и лимонов, выжимки сахарного тростника может быть экономически оправдано лишь в условиях производств, приближенных к источникам растительного сырья [5].
Среди натуральных материалов, интерес вызывает кератин белка. Данный материал за счет содержания различных функциональных групп является перспективным сорбентом для очистки сточных вод промышленных предприятий и пищевых сред от ионов тяжелых металлов. К числу его достоинств можно отнести доступность, низкую стоимость, безопасность - является экологически чистым и биологически инертным по отношению к очищаемым средам [6].
Сорбция ионов тяжелых металлов кератином шерсти происходит, по мнению автора [7], в результате возникновения химической связи между функциональными группами кератина шерсти и ионами металлов.
Авторы [8] говорят о конкуренции между ионами металлов и ионами водорода в процессе сорбции, в [9] высказывается предположение, что происходит формирование комплексов между кератином шерсти и металлом (W/Cu (II)). Существует мнение, что металл вступает в реакцию с карбоксильными группами шерсти.
Таким образом, отходы валяльно-войлочного производства представляют собой важный возобновляемый источник биополимера, который можно было бы более эффективно использовать.
Целью данной работы является исследование влияния температуры на сорбцию ионов меди шерстяным волокном.
Экспериментальная часть
Для исследования влияния температуры были получены изотермы сорбции при температурах 20, 50; 90 0С. Для получения изотерм процесс сорбции проводили следующим образом: в серию пробирок помещали навески сорбента массой по 0,10 г и заливали их 10 мл водного раствора сульфата меди с концентрациями Cu2+ в интервале 1,510-4 - 510-2 моль/л и выдерживали до установления состояния равновесия в термостате при температурах 20, 50 и 90 0С (время достижения сорбционного равновесия было определено при исследовании кинетики сорбции). Затем раствор отделяли от сорбента фильтрованием и определяли в нем равновесную концентрацию ионов меди (Се) методом атомно-абсорбционной спектроскопии на приборе "210VGP".
Результаты и их обсуждение
Для определения максимальной сорбционной емкости (А) образцов шерстяного волокна были получены изотермы сорбции ионов Cu (II) из водного раствора при 20C, 50C, и 90С (рисунок 1).
Рисунок 1 - Изотермы сорбции ионов меди сорбентом из шерстяного волокна при различных температурах
Влияние температуры на сорбцию ионов металлов из водных растворов природным белковым сорбентом представлено на рисунке 2, из которого видно, что сорбция ионов тяжелых металлов шерстяным волокном представляет собой эндотермический процесс.
Такой характер зависимости при извлечении катионов наблюдался и в работе [10]. При увеличении температуры системы на 70є (в интервале от 20єС до 90єС) степень извлечения увеличивается на 20-25 %. Сорбцию катионов металлов на белковом биосорбенте рассмотрим как специфическую обратимую адсорбцию, для которой величина (ДH) меньше 100 кДж/моль.
Рисунок 2 - Влияние температуры на сорбцию ионов Cu2+ из водных растворов в координатах Аррениуса lgKD - 1/T.
Для определения теплового эффекта (изменение ДН) обратимого сорбционного процесса использовали следующие уравнения:
(1)
(2)
откуда (3)
Результаты обработки экспериментальных данных по уравнению (3) представлены в таблице 1. При этом следует отметить, что сорбция ионов меди на белковом сорбенте, в отличие от сорбции на полисахаридном сорбенте, проходит с поглощением тепла (эндотермический процесс) (таблица 1). Изменение знака теплового эффекта сорбции катионов металла при переходе от полисахаридного сорбента к белковому в первом приближении можно связать с различиями в механизме.
В целлюлозе чисто ионный механизм обмена катионов металлов можно отразить в форме [12]:
M2+ + {Cell- (COONa) 2 - Cell- (COO) 2M} + 2Na+
Электронейтральность водной фазы при ионном обмене в системе целлюлозный сорбент - водный раствор солей металлов, представляющих собой сильные электролиты, требует более правильно отражать механизм процесса с участием анионов в форме [12]:
SO42 - + M2+ + {Cell- (COONa) 2 - Cell- (COO) 2M} + 2Na++ SO42-
Кислотно-основные формы кератина шерсти (Wool) [12]:
|
I (анионная) основная форма |
II (цвиттерионная) нейтральная форма |
III (катионная) кислая форма |
Таблица 1 - Влияние температуры на сорбцию ионов тяжелых металлов из водных растворов шерстяным волокном
|
Катион металла |
ДH, кДж/моль |
ДS Дж/моль°K |
Коэффициент корреляции |
|||
|
Cu2+ |
1,06±0,07 |
8,82 |
5,9±0,59 |
49,4 |
0,98 |
Таким образом, процесс сорбции ионов меди шерстяным волокном является эндотермическим процессом в отличие от экзотермического сорбционного процесса, протекающего на целлюлозе.
Выводы
Исследовано влияния температуры на процесс сорбции ионов Cu (II) из водных растворов природным белковым сорбентом. При увеличении температуры системы на 70є (в интервале от 20єС до 90єС) сорбционная емкость увеличивается с 045 до 0,78 моль/кг. Сорбция ионов меди шерстяным волокном представляет собой эндотермический процесс.
Библиографический список
1. Pehlivan, E., Yanэk, B.H., Ahmetli, G.M., and Pehlivan, M. (2008). "Equilibrium isotherm studies for the uptake of cadmium and lead ions onto sugar beet pulp", Bioresource Technology 99, 3520-3527.
2. Vullo D.L., Ceretti H.M., Daniel M.A., Ramirez S.A., Zalts A. Cadmium, zinc and copper biosorption mediated by Pseudomonas veronii 2E. Bioresour Technol 2008; 99: 5574-81.
3. Бушуев Н.Н. Тяжелые металлы в промышленном производстве и их влияние на здоровье человека / Здоровье - основа человеческого потенциала: проблемы и пути их решения. 2011. № 1. Том 6.
4. Demirbas А. Heavy metal adsorption onto agro-based waste materials: A review // J. Hazard. Mater., 157. - 2008. - Р.220 - 229.
5. Wan Ngah W.S., Hanafiah M.A. K. Removal of heavy metal ions from wastewater by chemically modified plant wastes as adsorbents: A review // Bioresource Technology, 99. - 2012. - Р.3935 - 3948.
6. Banat F., Al-Asheh S., Al-Rousan D.comparison between Different Keratin-composed Biosorbents for the Removal of Heavy Metal Ions from Aqueous Solutions // Adsorpt. Sci. Technol. 2002. V. 20, N 4. Р.393-416.
7. A. Rippon, D.J. Evans. Improving the properties of natural fibres by chemical treatments // CSIRO Materials Science and Engineering, Australia
8. Никифорова, Т.Е. Особенности сорбции ионов тяжелых металлов белковым сорбентом из водных сред / Т.Е. Никифорова, В.А. Козлов, М.В. Родионова // Журн. Прикл. Химии. - 2010. - Т.83, Вып.7. - С.1073-1078.
9. Fukatsu K. Formation of Copper (I1) - Woo1 Keratin Complexes // Textile Res. J. 1988. P.91-96.
10. Block, L.C., D.C.W. Kwok/ Quantilative spectrographic analyses of metallic elements in textile materials/ TRJ 1954, v.24, р.990-999.
11. Никифорова Т.Е., Козлов В.А. Влияние различных факторов на сорбцию ионов тяжелых металлов целлюлозосодержащим сорбентом из водных сред // Физикохимия поверхности и защита материалов. 2011. Т.47. № 1. С.23-27.
12. Фролов Ю.Г. Курс коллоидной химии. Поверхностные явления и дисперсные системы; 2-е изд., перераб. и доп. М.: Химия, 1989.464 с.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Сущность, процесс разработки управленческих решений. Анализ альтернативных действий. Анализ внешней среды и ее влияния на реализацию альтернатив. Условия неопределенности и риска, приемы разработки управленческих решений. Составляющие риска в менеджменте.
реферат [26,9 K], добавлен 26.01.2010Анализ факторов внешней среды организации, классификация по группам, методы исследования - сканирование, мониторинг, предвидение, оценка. Факторы влияния внешней среды в деятельности администрации Кировского района - процесс взаимодействия с окружением.
дипломная работа [121,3 K], добавлен 03.02.2009Общая характеристика инноваций и организационного поведения. Влияние инноваций на организационное поведение. Организационно-экономическая характеристика ООО "Техносеть". Анализ результатов исследования влияния инноваций на организационное поведение.
курсовая работа [151,2 K], добавлен 12.04.2010Определение групп влияния или стейкхолдеров. Типичные интересы основных групп влияния, управление отношениями. Воздействие стейкхолдеров на стратегический процесс. Отличие власти от полномочий. Использование власти при принятии стратегических решений.
презентация [148,2 K], добавлен 17.02.2016Качества, которыми должен обладать менеджер. Образ "менеджера" в СССР. Основные категории управленцев современными организациями, характерные особенности. Процесс руководства как процесс использования менеджером профессиональных и личностных качеств.
эссе [7,4 K], добавлен 01.02.2011Оценка эффективности от подбора персонала, критерии качества. Основные факторы, влияющие на данный процесс. Источники набора персонала, их положительные и негативные стороны. Процесс планирования трудовых ресурсов. Расчет потребности в специалистах.
реферат [31,5 K], добавлен 22.03.2011Понятие и содержание, общая характеристика внешней среды и исследование ее влияния на принятие, и реализацию управленческих решений. Принципы и отличительные особенности, этапы принятия решения на современном предприятии в условиях неопределенности.
контрольная работа [30,4 K], добавлен 02.03.2014Производственный процесс как совокупность взаимосвязанных частичных процессов: вспомогательных, обслуживающих и основных. Факторы разнообразия технологических процессов. Влияние нормирования труда на технико-экономические показатели предприятия.
контрольная работа [27,6 K], добавлен 14.04.2011Понятие и классификация управленческих решений. Методы и условия принятия решений. Моделирование ситуаций и разработка решений. Процесс управления, целеполагание и оценка ситуации. Процесс принятия управленческого решения и его эффективность.
реферат [30,1 K], добавлен 03.02.2009Условия деятельности организации в обществе. Роль производственной организации в рыночной экономике, критерии оценки. Влияние государства на экономический процесс. Ограничения функционирования организации. Этические нормы в современном менеджменте.
реферат [660,5 K], добавлен 09.11.2011Психологическое влияние как воздействие на психическое состояние, чувства, мысли и поступки других людей. Основные законы влияния. Разновидности психологического влияния и этикетные способы защиты. Особенности противостояния психологическому влиянию.
реферат [28,7 K], добавлен 07.12.2009Коммуникации и их значение в процессе деятельности организации. Основные этапы и элементы коммуникационного процесса. Организационно-экономическая характеристика и финансово-экономический анализ объекта исследования. Инструкции по пожарной безопасности.
дипломная работа [621,1 K], добавлен 26.09.2011Инновационный процесс как объект менеджмента. Основные понятия, классификация инноваций и их сущность. Основные этапы инновационного процесса. Инновационные проекты в хирургической практике. Сущность, расчет эффективности инновационного проекта.
курсовая работа [70,5 K], добавлен 27.10.2010Влияние корпоративной культуры на успех деятельности компании и особенности сопротивления изменениям. Диагностика, методика определение уровня развития корпоративной культуры и его влияния на процесс организационных изменений ООО "ТД "Сибириада".
дипломная работа [418,2 K], добавлен 10.09.2010Простой внутриорганизационный, межфирменный и расширенный инновационный процесс. Бенчмаркинг как одно из направлений стратегически ориентированных маркетинговых исследований. История возникновения, виды, цели и задачи, методика проведения бенчмаркинга.
контрольная работа [31,8 K], добавлен 10.12.2013Понятие "управленческое решение" и "организационный процесс". Значение умения менеджера формулировать внеорганизационную и внутриорганизационную цели. Влияние человеческого фактора на процесс принятия управленческого решения в компании "Старый Пивовар".
курсовая работа [1,1 M], добавлен 22.01.2013Понятие и виды малых групп, их развитие. Степень психологической интегрированности человека в деловой и эмоциональной сфере. Основные этапы развития группы Л.И. Уманского. Влияние малой группы на процесс психических явлений и поведение индивида.
контрольная работа [19,9 K], добавлен 07.10.2013Определение сущности организационной структуры управления организацией, процесс ее формирования и основные типы. Значение и влияние матричной структуры на деятельность предприятий, основания ее применения, особенности внедрение в практику управления.
курсовая работа [86,1 K], добавлен 05.06.2010Понятие и сущность управленческого решения. Факторы, влияющие на его принятие. Управленческое решение как комплексное явление, включающее психологический, информационный, юридический и организационный аспекты. Процесс и характеристика принятия решения.
реферат [21,9 K], добавлен 20.04.2010Менеджеры высшего, среднего и низового звена. Технологии разработки планов. Преимущества бюрократических структур управления. Процесс мотивации, стадии. Пять групп потребностей по Маслоу. Две группы ожиданий. Процесс постановки целей, технология контроля.
курсовая работа [50,8 K], добавлен 01.11.2015
