+7 (342) 299 99 69

пн-пт с 900 до 1800

logotype

Адсорбция меди, цинка из водных растворов активными углями

Термин «тяжелые металлы», характеризующий широкую группу загрязняющих веществ, получил в настоящее время значительное распространение. При изучении влияния тяжелых металлов немаловажную роль играют следующие их свойства: высокая токсичность для живых организмов в относительно низких концентрациях, а также способность к биоаккумуляции. Источники поступления тяжелых металлов в окружающую среду имеют как природное, так и антропогенное происхождение.

Антропогенные источники тяжелых металлов многочисленны и разнообразны. Для них характерно формирование локальных участков загрязнения, но с высокими концентрациями токсикантов. Поступление тяжелых металлов в окружающую среду происходит неравномерно и прекращается с завершением функционирования соответствующего антропогенного объекта. Пути поступления данного класса веществ в водные объекты различны. Они широко применяются в различных областях промышленности и жизнедеятельности человека, в связи с чем рассматриваемая тематика актуальна.

В работе приведены исследования адсорбции тяжелых металлов на активных углях, в ходе исследований получены изотермы статической сорбции веществ из водных растворов, рассчитаны основные термодинамические характеристики сорбции, приведены данные изучения кинетики сорбции. Результаты проделанной работы могут быть использованы для очистки воды от тяжелых металлов [1].

Реагенты и аппаратура. ZnSO4, 7H2O, CuSO4, 5H2O, х.ч., ПАР [4-(2- пиридилазо) резорцин], активированный уголь (аптекарский), фотоколориметр ПЭ-5400 в, оборудование лабораторное: нагреватели, посуда мерная и керамическая, весы.

Получение данных для построения градуировочного графика. В серию из 10 пробирок объемом 20 см3 вносили 0; 0,1; 0,2; 0,5; 1,0; 1,5; 2,0; 2,5; 3,0; 5,0 см3 раствора соли металла с концентрацией 110- М, к раствору прибавляли по 4 см раствора органического реагента ПАР [4-(2-пиридилазо)резорцина] концентрации 110-М и доводили объемы растворов дистиллированной водой до 20 см3. Полученные растворы перемешивали и измеряли оптические плотности растворов при 530 нм в кювете толщиной 0,5 см относительно воды. По результатам измерений стоили гра-дуировочные графики (рис. 1, 2).

Градуировочный график для определения концентрации меди
Рис. 1. Градуировочный график для определения концентрации меди
Градуировочный график для определения концентрации цинка
Рис. 2. Градуировочный график для определения концентрации цинка

Изучение адсорбции ионов меди, цинка на активных углях.В серию из 10 пробирок объемом 10 см вносили 0; 0,1; 0,2; 0,5; 1,0; 1,5; 2,0; 2,5; 3,0; 5,0 см раствора соли металла с концентрацией 110- М, прибавляли необходимое количество дистиллированной воды (до 10 см3). В полученный раствор вносили по 0,2 г активного угля, встряхивали 3 мин, отстаивали, центрифугировали при 3000 об./мин в течении 10 минут. Полученные после центрифугирования растворы сливали, в полученные растворы вносили по 4 см3 раствора органического реагента ПАР и доводили объем растворов до 20 см3. Полученные растворы перемешивали и измеряли оптические плотности растворов при 530 нм в кювете толщиной 0,5 см относительно воды. Опыты проводили при 277, 298, 313 К.

Строили графические зависимости оптической плотности от концентрации металла (рис.3, 4).

Зависимость оптической плотности от концентрации Cu(II) после сорбции на активном угле
Рис. 3. Зависимость оптической плотности от концентрации Cu(II) после сорбции на активном угле при: -А- 277 К; -□298 К; -о- 313 К
Зависимость оптической плотности от концентрации Zn(II) после сорбции на активном угле при
Рис. 4. Зависимость оптической плотности от концентрации Zn(II) после сорбции на активном угле при: -А- 277 К; -□- 298 К; -о-313 К

На основании градуировочного графика с использованием результатов опытов, определяли равновесные концентрации исследуемых веществ. Строили изотермы сорбции в координатах «сорбция (Г) - равновесная концентрация [с]». Сорбцию (Г) рассчитывали по уравнению (1):

1000 ■ т у )

где С0 - исходная концентрация сорбата, моль/дм3; V - объем исследуемого раствора, см3; [С] - остаточная (равновесная) концентрация сорбата, моль/дм3; М - молярная (или атомная) масса сорбата, моль/дм3; т - масса активного угля, г.

На рис. 5, 6 приведены изотермы сорбции металлов на активных углях.

0,40 0,60 [С]104, моль/дм3

Влияние температуры на адсорбцию меди (активные угли)
Рис. 5. Влияние температуры на адсорбцию меди (активные угли): -А- 277 К; -□- 298 К; -о- 313 К 0,20 0,30 0,40 0,50 [С] 104, моль/дм3
Влияние температуры на адсорбцию цинка (активные угли)
Рис. 6. Влияние температуры на адсорбцию цинка (активные угли): -А- 277 К; -□- 298 К; -о- 313 К

Изотермы сорбции (рис. 5, 6) были перерасчитаны в изотермы уравнения Лен-

гмюра (рис. 7, 8), а с их использованием были рассчитаны константы сорбции (К) и

величина предельной сорбции (Га,) при 277, 298 и 313 К. ]/Г1(И(г/г

1/[С]1<г',дм*/маль

Изотермы сорбции по Ленгмюру в прямолинейной форме для ионов меди (активные угли)
Рис. 7. Изотермы сорбции по Ленгмюру в прямолинейной форме для ионов меди (активные угли): 1 - 277 К; 2 - 298К; 3- 313 К 1/[С]10-5,дм3/моль
Изотермы сорбции по Ленгмюру в прямолинейной форме для ионов цинка (активные угли)
Рис. 8. Изотермы сорбции по Ленгмюру в прямолинейной форме для ионов цинка (активные угли): 1- 277 К; 2 - 298 К; 3- 313 К

По величинам констант сорбции были рассчитано изменение энтальпии (АН) и изобарно-изотермического потенциала (АО), а с их использованием были рассчитаны значения изменения энтропии (А8) (2-4).

Результаты опытов и расчетов приведены в таблице.

Таблица 1. Основные характеристики сорбции меди и цинка на активном угле (n=6, t=0,95, S=2,57)

Определяемая характеристика

Температура, К

Металлы

 

 

Оі (II)

Zn (II)

Константы сорбции • 10-3

277

0,21

0,16

 

298

0,24

0,17

 

313

0,39

0,19

-AG, кДж/моль

277

28,36

26,92

 

298

29,63

29,30

 

313

35,67

31,44

-AH, кДж/моль

1,83

2,06

-AS, Джмоль/К

277

95,77

89,74

 

298

98,79

91,42

 

313

108,12

93,86

Емкость сорбента (Ада), мг/г

277

3,33

3,60

 

298

5,00

4,80

 

313

10,00

6,70

Анализ полученных результатов позволяет сделать заключение о том, что сорбция ионов металлов на активных углях идет достаточно активно. Величины изменения изобарно-изотермического потенциала свидетельствуют о самопроизвольном характере процесса сорбции. Полученные результаты позволяют считать, что происходит образование прочных адсорбционных комплексов, при этом емкость углей по отношению к тяжелым токсичным металлам достаточно высока, что позволяет извлекать из воды достаточно большие количества металлов.

Результаты очистки воды от ионов ионов меди, цинка с использованием активных углей. Были проведены опыты по очистке воды от ионов металлов. Загрязнители вносили в исходную воду в количествах, указанных в таблице 2. Эффективность очистки рассчитывалась по формуле:

С0-С

С

10%

исходная концентрация,

3 (7)

моль/дм ; С- оста-

где Э - эффективность очистки, %;С0 точная концентрация, моль/дм3.

Результаты расчетов эффективности очистки воды от ионов металлов активными углями приведены в таблице 2.

340

 

Таблица 2. Эффективность очистки воды от ионов меди и цинка активными

углями (П=6, ^=0,95, S=2,57)

Металл

Исходная концентрация -104, моль/дм3

Концентрация после сорбции • 104, моль/дм3

Эффективность очистки, %

 

 

Температура, К

 

 

 

277

298

313

277

298

313

Си (II)

0,00

0,00

0,00

0,00

0,00

0,00

0,00

 

0,05

0,01

0,01

0,01

80,00

80,00

80,00

 

0,10

0,03

0,02

0,01

70,00

80,00

90,00

 

0,25

0,10

0,09

0,01

60,00

64,00

96,00

 

0,50

0,28

0,15

0,02

44,00

70,00

96,00

 

0,75

0,52

0,25

0,05

30,67

66,67

93,33

 

1,00

0,70

0,40

0,07

30,00

60,00

93,00

 

1,25

0,85

0,60

0,08

32,00

52,00

93,60

 

1,50

0,88

0,72

0,12

41,33

52,00

92,00

 

2,50

0,98

0,82

0,51

60,80

67,20

79,60

Zn (II)

0,00

0,00

0,00

0,00

0,00

0,00

0,00

 

0,05

0,03

0,02

0,015

40,00

60,00

70,00

 

0,10

0,06

0,05

0,05

40,00

50,00

50,00

 

0,25

0,19

0,15

0,12

24,00

40,00

52,00

 

0,50

0,32

0,3

0,22

36,00

40,00

56,00

 

0,75

0,39

0,35

0,32

48,00

53,33

57,33

 

1,00

0,41

0,38

0,35

59,00

62,00

65,00

 

1,25

0,43

0,40

0,38

65,60

68,00

69,60

 

1,50

0,47

0,41

0,39

68,67

72,67

74,00

 

2,50

0,50

0,45

0,41

80,00

82,00

83,60

Таким образом, можно сделать вывод о том, что активные угли можно использовать для сорбционной очистки воды от тяжелых токсичных металлов. Как видно из данных табл. 3, они достаточно эффективно удаляют ионы металлов из водных растворов со степенью очистки до 96%.

1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 Рейтинг 0.00 (0 Голосов)
  • Комментарии к статье
  • Вконтакте
  • Facebook

Содержимое второго блока