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).

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).

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

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

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.

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