УДК 544.723:546.302:677.31

ИССЛЕДОВАНИЕ СОРБЦИИ ИОНОВ ХРОМА (III) ШЕРСТЯНЫМ ВОЛОКНОМ

Дымова Татьяна Андреевна
Ивановский государственный химико-технологический университет
магистрант

Аннотация
Представлены результаты исследования процесса сорбции ионов Cr(III) шерстяным волокном. Время достижения сорбционного равновесия в системе «водный раствор соли хрома – шерстяное волокно» составило 105 мин. Изотерма сорбции ионов Cr(III) обработана в рамках модели Ленгмюра.

Ключевые слова: , ,


Рубрика: 02.00.00 ХИМИЧЕСКИЕ НАУКИ

Библиографическая ссылка на статью:
Дымова Т.А. Исследование сорбции ионов хрома (III) шерстяным волокном // Современные научные исследования и инновации. 2017. № 9 [Электронный ресурс]. URL: http://web.snauka.ru/issues/2017/09/84360 (дата обращения: 28.09.2017).

Введение

Загрязнение биосферы тяжелыми металлами в результате антропогенной деятельности человека вызывает серьезное беспокойство во всем мире. Металлы способны накапливаться в растениях, водоемах, почве, а затем с продуктами питания и питьевой водой поступать в организм человека.
Увеличивающиеся масштабы производства и повышение требований к качеству воды диктуют поиск все более эффективных способов удаления загрязнений из природных и сточных вод, возврата очищенных стоков для повторного использования. Среди методов, успешно применяющихся для решения этой задачи, сорбционная очистка является одним из наиболее эффективных. К преимуществам сорбционного метода относятся: возможность удаления загрязнений чрезвычайно широкой природы практически до любой остаточной концентрации независимо от их химической устойчивости, отсутствие вторичных загрязнений и управляемость процессом.
Сорбция позволяет добиться глубокой очистки воды до норм ПДК вредных веществ в воде промышленного, оборотного, санитарно-бытового и рыбохозяйственного назначения с одновременной утилизацией или регенерацией извлеченных компонентов [1].
В связи с этим актуальна задача разработки сорбентов, способных эффективно извлекать ионы тяжелых металлов из водных сред. С целью создания ресурсосберегающих технологических процессов большой интерес представляет разработка сорбентов на основе доступных и экологически чистых побочных продуктов или отходов сельского хозяйства, текстильной и целлюлозно-бумажной промышленности.
Целью настоящей работы является разработка сорбента с улучшенными сорбционными свойствами для очистки водных растворов от ионов тяжелых металлов, а также установление закономерностей протекания процесса сорбции с участием данного сорбента.

Экспериментальная часть. Кинетику сорбции ионов хрома исследуют в статических условиях при перемешивании методом ограниченного объема раствора [2]. Для получения кинетических кривых в серию пробирок помещают навески сорбента массой по 0,10 г, заливают их 10 см3 водного раствора хлорида металла. Начальная концентрация ионов хрома составляла 5,0·10-4 моль/л. Через определенные промежутки времени раствор отделяют от сорбента фильтрованием и определяют в нем текущую концентрацию ионов металлов (Сt) методом атомно-абсорбционной спектроскопии на приборах 210VGP.
Сорбционную емкость сорбента в каждый конкретный момент времени рассчитывают по формуле (1):

,       (1)

где Сsorb.– сорбционная емкость, ммоль/г; С0 – начальная концентрация ионов металла, моль/л; С – концентрация ионов металла в момент времени , моль/л; m – масса навески сорбента, г; V – объем раствора, л.
Для исследования влияния концентрации металла в растворе на равновесие в ионообменной системе снимают изотермы сорбции. Для получения изотерм процесс сорбции проводят следующим образом: в серию пробирок помещают навески сорбента массой по 0,10 г и заливают их 10 мл водного раствора хлорида металла с концентрациями металла в интервале 5,010-4 – 810-2 моль/л и выдерживают при перемешивании до установления состояния равновесия (время достижения сорбционного равновесия определяют при исследовании кинетики сорбции). Затем раствор отделяют от сорбента фильтрованием и определяют в нем равновесную концентрацию ионов металла (Се) методом атомно-абсорбционной спектроскопии. В условиях установившегося равновесия в системе определяют равновесную концентрацию ионов металла в растворе (Се) и рассчитывают равновесную сорбционную емкость: 

,     (2)

где Сsorb.,e – равновесная сорбционная емкость, мг/г; Се – равновесная концентрация ионов металла, моль/л.
Степень извлечения определяют следующим образом:

      (3)

Коэффициент распределения KD рассчитывают как отношение концентрации ионов металла в фазе полимера (Сsorb.) к его содержанию в растворе:

     (4)

Результаты и их обсуждение. Для определения параметров, характеризующих сорбционные свойства шерстяного волокна, была получена кинетическая кривая сорбции ионов Cr(III). Результаты эксперимента на рисунке 1.

Рисунок 1 – Кинетическая кривая сорбции ионов хрома из водных растворов шерстяным волокном

Согласно полученным данным шерстяное волокно сравнительно эффективно сорбирует ионы хрома. Среднее время достижения сорбционного равновесия в гетерогенной системе водный раствор сульфата металла – сорбент составляет 105 мин.

Для определения предельной сорбционной емкости шерстяного волокна была получена изотерма сорбции ионов Cr(III) из водных растворов хлоридов. Результаты эксперимента представлены на рисунке 2.

Рисунок 2 – Изотерма сорбции ионов хрома сорбентом из шерстяного волокна

Полученные экспериментальные данные описаны уравнением изотермы адсорбции Ленгмюра:

где АR – предельная или максимальная сорбционная емкость полимера по данному металлу, моль/кг; К – концентрационная константа сорбционного равновесия, характеризующая интенсивность процесса сорбции, л/моль; Се – равновесная концентрация сорбата, моль/л [3].

Линеаризация изотермы сорбции по уравнению (5) позволяет графически определить в уравнении Ленгмюра величины А и К из опытных данных по распределению исследуемого сорбата в гетерофазной системе водный раствор – сорбент шерстяное волокно.

Результаты обработки изотермы сорбции ионов Cr (III) шерстяным волокном по модели Ленгмюра представлены на рисунке 3 и в таблице 1.

Рисунок 3 – Обработка изотермы сорбции ионов хрома по модели Ленгмюра

Таблица 1 – Параметры обработки изотермы сорбции по модели Ленгмюра методом наименьших квадратов

Катион металла
1/АК
1/А
Коэффициент корреляции
А, моль/кг
Cr(III) 0,01 ± 510-4 6,9 ± 0,05 0,99 0,14

Таким образом, как видно из рис. 3 в координатах Се/А – Се наблюдается линейная зависимость с коэффициентом корреляции (R) 0,99. Это говорит о том, что экспериментальные данные по сорбции ионов хрома на волокнах шерсти хорошо аппроксимируются уравнением Ленгмюра, а из значений величин предельной сорбции (А8) (табл. 1,), полученных в ходе обработки изотерм сорбции с использованием этого уравнения следует, что данный сорбент обладает сравнительно невысокой связывающей способности по отношению к ионам хрома.
Выводы. Исследованы сорбционные свойства сорбента – шерстяного волокна по отношению к ионам хрома. 
Экспериментальная изотерма сорбции Сr3+ обработана в рамках модели сорбции Ленгмюра. Показано, что данная модель позволяет достаточно хорошо, с коэффициентом корреляции 0,99, описать процесс сорбции в линейной форме уравнения. Установлено, что предельная сорбция А8, полученная с использованием модели Ленгмюра, согласуется с опытными данными.


Библиографический список
  1. 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.
  2. Кокотков Ю.А., Пасечник В.А. Равновесие и кинетика ионного бомена. Л.: Химия, 1970. 336 с.
  3. Фролов Ю. Г. Курс коллоидной химии. Поверхностные явления и дисперсные системы; 2-е изд., перераб. и доп. М.: Химия, 1989. 464 с.


Все статьи автора «Дымова Татьяна Андреевна»


© Если вы обнаружили нарушение авторских или смежных прав, пожалуйста, незамедлительно сообщите нам об этом по электронной почте или через форму обратной связи.

Связь с автором (комментарии/рецензии к статье)

Оставить комментарий

Вы должны авторизоваться, чтобы оставить комментарий.

Если Вы еще не зарегистрированы на сайте, то Вам необходимо зарегистрироваться: