ИССЛЕДОВАНИЕ СОРБЦИИ ИОНОВ Сu²⁺ НА ИОНИТЕ DUOLITE C-467

Мамедова Малахат Таги кызы

канд. хим. наук, старший научный сотрудник, Нахчыванское отделение НАН Азербайджана, г. Нахчыван

Аббасов Алиаддин Даййан оглу

д-р хим. наук, директор института Природных ресурсов

Мамедова Физза Садиг кызы

канд. хим. наук, ведущий научный сотрудник, Нахчыванское отделение НАН Азербайджана, г. Нахчыван.

Джафарли Махнур Мохсун кызы

аспирант, младший научный сотрудник, Нахчыванское отделение НАН Азербайджана, г. Нахчыван.

E-mail:memmedova-melahet@mail.ru

В данной работе исследована сорбция ионов Cu²⁺ на ионите Duolite C-467. На основе экспериментальных данных были рассчитаны коэффициент распределения (Р) ионов Cu²⁺, ионообменная емкость ионита (Е) Duolite C-467 по ионам Cu²⁺, степень извлечения (S) ионов Cu²⁺, параметры уравнений Ленгмюра и Фрейндлиха и изучена кинетика процесса.  

Для очистки сточных вод и промышленных отходов от тяжелых металлов используют в основном осаждение в виде сульфидов, гидроксидов, карбонатов и т. д. Использование сорбционного процесса для этой цели особенно эффективно в малых концентрациях металлов и успехи в этой области зависят от всестороннего исследования свойств сорбентов, кинетики и динамики сорбционного процесса.

Целью настоящей работы является изучение сорбции ионов Cu²⁺ из водных растворов на ионите Duolite C-467 (Германия). Известно, что ионит Duolite C-467 входит в ионообменную реакцию с ионами металлов по следующей реакции:

здесь,  - функциональная группа ионита.

Опыты проводили в статических условиях при Ж:Т=100:1. Для приготовления растворов Cu²⁺ использовали . Концентрацию исходного раствора меняли от 0.078 до 0.016 моль/л, время контакта сорбент-сорбат составляло 24 часа.

На основе экспериментальных данных были рассчитаны параметры, характеризующие сорбцию ионов Cu²⁺ на ионите Duolite C-467 (таблица 1).  

Таблица 1. Параметры, характеризующие сорбцию ионов Cu²⁺ на Duolite C-467

Примечание: С₀ и С – исходные и равновесные концентрации раствора, соответственно.

Как видно из таблицы, приблизительно 77 % ионов Cu²⁺ извлекаются из раствора (S), обменная емкость (Е) ионита по ионам Cu²⁺ с увеличением концентрации раствора увеличивается и достигает 0.0032 моль/г при исходной концентрации 0.078 моль/л, коэффициент распределения (Р) увеличивается с уменьшением концентрации раствора.

Из экспериментальных данных были рассчитаны постоянные уравнения Лангмюра (1) и Фрейндлиха (2) [2, с. 362] (таблица 2):

                              (1)

                                   (2)

где А- равновесная концентрация Cu²⁺ в сорбенте (ммоль/г), С - равновесная концентрация Cu²⁺ в растворе (ммоль/л), k, b и n – константы.

Было установлено, что сорбция ионов Cu²⁺ подчиняется этим уравнениям (таблица 2).

Таблица 2. Параметры уравнений Лангмюра и Фрейндлиха для сорбции ионов Cu²⁺ на ионите Duolite C-467

Примечание: A_экс и  A_рас – экспериментальные и рассчитанные по уравнениям количества сорбированных ионов Cu²⁺.

Эффективное использование ионитов в сорбционных процессах в некоторой степени зависит от скорости ионного обмена. Изучение кинетики ионного обмена дает более всестороннюю информацию о процессе. Из кинетических данных можно рассчитать скорость достижения равновесия, максимальную обменную емкость ионита, объяснить механизм взаимодействия ионов с ионитом, определить лимитирующую стадию процесса.

В связи с вышеуказанными в следующих опытах была исследована кинетика сорбции ионов Cu²⁺ на ионите Duolite C-467 . Исходную концентрацию раствора в этих опытах меняли от 0.002 до 0.2 М.

Анализ экспериментально полученных результатов проводили по методике [1, с. 478] и [3, с. 2836]. По методике [1] константа скорости реакции, характеризующей внешнедиффузионный механизм, находится из уравнения:

где  - скорость сорбции противоиона, моль/с; с – концентрация обменивающегося иона в растворе, моль/л;  - равновесный коэффициент распределения (с_с и с_р – равновесные концентрации сорбированного иона на поверхности сорбента и в растворе соответственно).

Из графика в координатах  была рассчитана скорость сорбции () входящего иона и из экспериментальных данных с_с и с_р находится равновесный коэффициент распределения (К). А из этих данных рассчитана константа скорости реакции (R).

Для расчета константы скорости обмена, характеризующей внутридиффузионный механизм, можно воспользоваться уравнениями Бойда-Адамсона [3, с. 2080]:

                                 (3)

                                                                       (4)

где D – эффективный коэффициент диффузии, см²/с;  - время контакта сорбента с сорбатом, с; F – степень поглощения входящего иона; и - количества входящего иона на ионите в равновесном состоянии и во времени  соответственно; r – радиус частицы ионита, см; В – константа скорости обмена, характеризующей внутридиффузионный механизм, с^-1.

Из графика в координатах  по формуле был рассчитан эффективный коэффициент диффузии (D) и по уравнению (4) определена константа скорости обмена – В.

Результаты расчетов представлены в таблице 3.

Таблица 3. Кинетические параметры сорбции ионов Cu²⁺  на ионтите Duolite C-467 (r=0.25 mm).

При сравнении скоростей внешне- и внутридиффузионного механизма (таблица 3) установлено, что при исходной концентрации раствора ниже 0,002 моль/л лимитирующей стадией сорбции ионов Cu²⁺ на ионите Duolite C-467 является внешняя, а выше 0,2 моль\л внутренняя диффузия.

Таким образом, суммируя вышеизложенное можно сделать следующие выводы:

1.  Приблизительно 77 % ионов Cu²⁺ можно извлекать из раствора с помощью ионита Duolite C-467.

2.  Исследуемые ионы Cu²⁺ относятся к группе хорошо сорбируемых ионов на ионите Duolite C-467.

3.  Сорбция ионов Cu²⁺ на ионите Duolite C-467 соответствует уравнениям Ленгмюра и Фрейндлиха.

4.  При исходной концентрации раствора ниже 0,002 моль/л лимитирующей стадией сорбции ионов Cu²⁺ является внешняя, а выше 0,2 моль\л внутренняя диффузия.

Список литературы:

1.            Акимбаева А. М., Ергожин Е. Е. Кинетика сорбции ионов свинца на Н-форме клиноптилолита. // Журн. Физ. хим. 2008. - т.82.- №3.- С. 478.

2.            Киреев В. А. Краткий курс физической химии. М.: Химия, 1978. – 620 с.

3.            Boyd G. E., Adamson A. W., Meyers L. S. // J. Am. Chem. Soc. 1947. - v.69 -2836 p.