Удаление фосфатов из водных растворов с помощью статической сорбции на золошлаковом сорбенте. анализ коэффициентов распределения на основе изотерм адсорбции

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Проведены экспериментальные исследования статической сорбции в системе фосфаты – сорбент при дозах сорбента 1, 2 и 5 г в диапазоне начальных концентраций фосфатов в растворе от 2 до 5000 мг/дм3. В качестве сорбента исследован прокаленный сорбент на основе золошлаковых отходов теплоэнергетики. Исследования проведены на частоте вращения магнитной мешалки 200 об./мин при водородном показателе рН 7 и времени сорбции 120 мин, найденным в результате оптимизации. Температура при проведении экспериментальных исследований составляла 25±2°C. Выявлено наличие максимума коэффициента распределения Kd и эффективности очистки. Полученные данные обработаны двухпараметрическими изотермами адсорбции Ленгмюра, Фрейндлиха, Еловича, Темкина и Дубинина–Радушкевича. Методом линеаризации определены константы изотерм адсорбции. Приведено сравнение расчетных и экспериментальных данных. Выполнен теоретический анализ изотерм адсорбции для описания зависимости коэффициента распределения Kd от начальной C0 и равновесной Ce концентраций адсорбтива в растворе. Для изотерм Ленгмюра, Фрейндлиха и Еловича функции Kd = f(Ce) и Kd = f(C0) являются монотонно убывающими во всем диапазоне изменения адсорбтива в растворе. Для изотерм Темкина и Дубинина–Радушкевича производная функции dKd /dCe меняет свой знак с плюса на минус, что является достаточным условием существования максимума функции. Функции Kd = f(Ce) и Kd = f(C0) имеют максимум при небольших концентрациях Ce. Качественное описание экспериментальных данных максимума коэффициента распределения Kd получено с использованием изотерм Темкина и Дубинина–Радушкевича. Адекватное количественное описание экспериментальных данных максимума функции Kd = f(C0) получено с использованием изотермы Темкина при дозе сорбента 1 г, а при дозе сорбента 2 г – по изотерме Дубинина–Радушкевича. Изотермы Темкина и Дубинина–Радушкевича применены для описания коэффициента распределения Kd = f(Ce) в системе ионы аммония – сорбент. Выявлен максимум функции при малых концентрациях ионов аммония в растворе, сравнение расчетных и экспериментальных данных показало качественное согласование теории и эксперимента.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

Т. Г. Короткова

Кубанский государственный технологический университет

Автор, ответственный за переписку.
Email: korotkova1964@mail.ru
Россия, 350072, Краснодар

А. М. Заколюкина

Кубанский государственный технологический университет

Email: korotkova1964@mail.ru
Россия, 350072, Краснодар

С. А. Бушумов

Кубанский государственный технологический университет

Email: korotkova1964@mail.ru
Россия, 350072, Краснодар

Список литературы

  1. Gupta V.K., Sadegh H., Yari M. et al. // Global J. Environ. Sci. Manage. 2015. V. 1. № 2. P. 149. doi: 10.7508/gjesm.2015.02.007
  2. Usman M.O., Aturagaba G., Ntale M. et al. // Water Science & Technology. 2022. V. 86. № 12. P. 3113 doi: 10.2166/wst.2022.382
  3. Kalló D. // Reviews in Mineralogy and Geochemistry. 2001. V. 45. № 1. P. 519. https://doi.org/10.2138/rmg.2001.45.15
  4. Кондрашова А.В., Кузьмина Р.И. // Наука и бизнес: пути развития. 2022. № 5 (131). С. 135. https://elibrary.ru/item.asp?id=49185808
  5. Seruga P., Krzywonos M., Pyżanowska J. et al. // Molecules. 2019. V. 24. 3633 doi: 10.3390/molecules24203633
  6. Deng Z., Gu S., Cheng H. et al. // Appl. Sci. 2022. V. 12. 5334. https://doi.org/10.3390/app12115334
  7. Fetene Y., Addis T. // Air, Soil and Water Research. 2020. V. 13. P. 1. doi: 10.1177/1178622120969658
  8. Boopathy R., Karthikeyan S., Mandal A.B. et al. // Environ Sci Pollut Res. 2013. V. 20. P. 533. doi: 10.1007/s11356-012-0911-3
  9. Ghising R.B., Jha V.K. // Journal of Nepal Chemical Society. 2022. V. 43. No. 1. P. 17. doi: 10.3126/jncs.v43i1.46998
  10. Ahmad S.Z.N., Hamdan R., Wan Mohamed W.A. // MATEC Web of Conferences 103. 2017. 06018 doi: 10.1051/matecconf/201710306018
  11. Affandi K.A., Bagastyo A.Y., Fitriana A.R. // J. of Environment and Sustainability. 2021. V. 5. No 1. P. 25. DOI: https://doi.org/10.22515/sustinere.jes.v5i1.129
  12. Zhang K., Dyk L.V., He D. et al. // Green Processing and Synthesis. 2021. V. 10. No. 1. P. 349. https://doi.org/10.1515/gps-2021-0032
  13. Lam N.H., Ma H.T., Bashir M.J.K. et al. // Intern. J. of Environmental Analytical Chemistry. 2021. V. 101. № 15. P. 2668. https://doi.org/10.1080/03067319.2019.1708907
  14. Bushumov S.A., Korotkova T.G. // RASÃYAN J. of Chemistry. 2020. V. 13. № 3. P. 1619. https://doi.org/10.31788/RJC.2020.1335454
  15. Короткова Т.Г., Бушумов С.А. // Химическая технология. 2023. Т. 24. № 11. С. 423 doi: 10.31044/1684-5811-2023-24-11-423-431
  16. Короткова Т.Г., Заколюкина А.М., Бушумов С.А. // Изв. вузов. Прикладная химия и биотехнология. 2023. Т. 13. № 2. С. 291. DOI: https://doi.org/10.21285/2227-2925-2023-13-2-291-303
  17. Korotkova T.G., Zakolyukina A.M., Bushumov S.A. // Theoretical and Applied Ecology. 2023. № 4. pp. 99–109 doi: 10.25750/1995-4301-2023-4-099-109
  18. Runtti H., Sundhararasu E., Pesonen J. et al. // ChemEngineering. 2023. V. 7. No. 5. https://doi.org/10.3390/chemengineering7010005
  19. Zhao Y., Luan H., Yang B. et al. // Water. 2023. V. 15. № 5. P. 956. https://doi.org/10.3390/w15050956
  20. Wu D., Zhang B., Li C. et al. // Journal of Colloid and Interface Science. 2006. V. 304. № 2. pp. 300–306. doi: 10.1016/j.jcis.2006.09.011
  21. Reynolds W.D., Gillham R.W., Cherry J.A. // Can. Geotech. J. 1982. V. 19. № 1. P. 92. doi: 10.1139/t82-008
  22. Pathak P., Singh D.N., Pandit G.G. et al. // Int. J. Environment and Waste Management. 2014. V. 14. № 1. P. 27. doi: 10.1504/IJEWM.2014.062980
  23. Pangarkar B.L., Shrimal P., Daware G.B. et al. // Water Practice and Technology. 2022. V. 17. № 11. P. 2386. https://doi.org/10.2166/wpt.2022.128
  24. Boopathy R., Karthikeyan S., Mandal A.B. et al. // Environmental Science and Pollution Research. 2012. V. 20. № 1. P. 533. doi: 10.1007/s11356-012-0911-3
  25. Zhang L.Y., Zhang H.Y., Guo W. et al. // Int. J. Environ. Sci. Technol. 2013. V. 10. No. 6. doi: 10.1007/s13762-012-0168-x
  26. Конькова Т.В., Рысевa А.П., Малькова Ю.О. // Журн. физ. химии. 2021. Т. 95. № 1. С. 28. doi: 10.31857/S004445372101012X
  27. Ji X.D., Zhang M.L., Ke Y.Y. et al. // Water Science & Technology. 2013. V. 67. № 6. P. 1324. doi: 10.2166/wst.2013.690
  28. Hamdaoui O., Naffrechoux E. // Journal of Hazardous Materials. 2007. V. 147. № 1–2. P. 381. https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2007.01.021
  29. Benmessaoud A., Nibou D., Mekatel El Hadj et al. // Iranian Journal of Chemistry and Chemical Engineering. 2020. V. 39. № 4. P. 153. doi: 10.30492/ijcce.2019.35116

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Зависимости Ae от Ce для дозы сорбента 2 г: при изменении Ce до 2000 мг/дм3 (а); при изменении Ce до 0.7 мг/дм3 (б); 1 – эксперимент, изотермы: Темкина (2), Еловича (3), Ленгмюра (4), Дубинина–Радушкевича (5), Фрейндлиха (6).

Скачать (25KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Экспериментальная зависимость E от C0 для доз сорбента: 1 (1), 2 (2), 5 г (3).

Скачать (11KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Сравнение экспериментальных и расчетных значений эффективности извлечения фосфатов из раствора по моделям адсорбции для дозы сорбента 2 г: при изменении C0 до 2000 мг/дм3 (а); при изменении C0 до 200 мг/дм3 (б); 1 – эксперимент, изотермы: Темкина (2), Еловича (3), Ленгмюра (4), Дубинина–Радушкевича (5), Фрейндлиха (6).

Скачать (24KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Графическая зависимость производной по уравнению (37) (изотерма Темкина) для дозы сорбента: 1 (1), 2 (2) и 5 г (3).

Скачать (10KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Графическая зависимость производной по уравнению (38) (изотерма Дубинина–Радушкевича) для дозы сорбента: 1 (1), 2 (2) и 5 г (3).

Скачать (10KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Зависимости коэффициента распределения Kd от начальной концентрации фосфатов C0 в растворе для дозы сорбента:1 (а) и 2 г (б); 1– эксперимент, изотермы: Темкина (2), Еловича (3), Ленгмюра (4), Дубинина–Радушкевича (5), Фрейндлиха (6).

Скачать (25KB)
Метаданные
8. Рис. 7. Зависимости коэффициента распределения Kd от равновесной концентрации фосфатов Ce в растворе для дозы сорбента 1 г; 1 – эксперимент, изотермы: Темкина (2), Еловича (3), Ленгмюра (4), Дубинина–Радушкевича (5), Фрейндлиха (6).

Скачать (13KB)
Метаданные
9. Рис. 8. Графические зависимости производных по уравнению (37) (1 – изотерма Темкина) и уравнению (38) (2 – изотерма Дубинина–Радушкевича).

Скачать (8KB)
Метаданные
10. Рис. 9. Зависимости коэффициента распределения Kd от равновесной концентрации ионов аммония Ce в растворе для дозы сорбента 1 г; 1 – эксперимент, изотермы: Темкина (2), Дубинина–Радушкевича (3).

Скачать (9KB)
Метаданные
11. Рис. 10. Зависимости эффективности извлечения ионов аммония E, %, от концентрации ионов аммония C0 в исходном растворе для дозы сорбента 1 г; 1 – эксперимент, изотермы: Темкина (2), Дубинина–Радушкевича (3).

Скачать (9KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024