Применение композиционных угольно-цеолитных адсорбентов для очистки промышленных сточных вод

1. Применение композиционных угольно-цеолитных адсорбентов для очистки промышленных сточных вод от ионов Co2+ и Cu2+

Научные руководители работы:
Докладчик: ученик 10 «Б» класса
кандидат химических наук, доцент,
Медицинского лицея при СГМУ
доцент СГТУ имени Гагарина Ю.А.
им. В.И.Разумовского
А.В. Косарев;
Багмат Даниил Александрович
учитель математики высшей
категории Медицинского лицея при
СГМУ имени В.И.Разумовского
Е.Б. Карпова
Саратов-2016

2.

Цели работы: определение адсорбционной активности углей марок БАУ-А и
КАУ по отношению к ионам Cu2+ и Co2+, а также минеральных сорбентов –
вермикулита и клиноптилолита, и композитов на их основе.
Задачи работы:
исследование применимости моделей адсорбции Ленгмюра, Фрейндлиха,
Ленгмюра-Фрейндлиха;
установление механизма адсорбции ионов Cu2+ и Co2+ на указанных
систамах;
определение равновесных характеристик процесса адсорбции;
определение влияния углей КАУ и БАУ на эффективность адсорбции Cu2+ и
Co2+ вермикулитом и клиноптилолитом.

3.

СТРУКТУРА АДСОРБЕНТОВ
Алюмосиликаты
(вермикулит и клиноптилолит)
Активированные угли
(КАУ и БАУ)

4.

МЕТОДИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ЭКСПЕРИМЕНТА
Содержание ионов Co2+ определялось фотометрическим методом с помощью
реагента нитрозо-R-соли (длина волны λ=520 нм)
Содержание ионов Cu2+ определялось фотометрическим методом с помощью
диэтилдитиокарбаматом натрия (длина волны λ=430 нм)
Спектрофотометр КФК-3-01

5. Модели адсорбции Ленгмюра и Фрейндлиха

Изотерма адсорбции Ленгмюра в линеаризованном виде может быть
представлена так:
1
1 1
1
Г
Г K C
Г
,
где Г-это значение величины адсорбции, отвечающее данной равновесной
концентрации С в растворе;(моль/г)
Г∞ - предельная адсорбционная ёмкость;
К-константа равновесия адсорбционного процесса.
Изотерма адсорбции Фрейндлиха в линеаризованном виде может быть
представлена так:
1
lg Г lg С lg K ,
n
где n- степенной показатель, характеризующий
интенсивность адсорбции;
K-константа Фрейндлиха

6. Интерпретация полученных результатов в рамках изотермы адсорбции Ленгмюра

3
1/Г, г/ммоль
2,5
2
y = 3,5889x + 1,6176
R2 = 0,9477
1,5
1
0,5
0
0
0,1
0,2
0,3
1/Сост(Со2+), л/ммоль
Система «Сo2+ - клиноптилолит»

7.

3,5
1/Г, г/ммоль
3
2,5
y = 5,4602x + 1,7646
R2 = 0,9487
2
1,5
1
0,5
0
0
0,1
0,2
0,3
1/Cост(Сu2+), л/ммоль
Система «Cu2+ - КАУ»

8.

• Интерпретация полученных результатов в
рамках изотермы адсорбции Фрейндлиха
0
0
-0,2
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1,2
1,6
2+
lgCост(Cu )
lgГ
-0,4
-0,6
1,4
y = 0,3772x - 1,2233
R2 = 0,9467
-0,8
-1
-1,2
Система «Cu2+ - клиноптилолит»

9.

0
0
lgГ
0,5
1
-0,1
-0,2
y = 0,288x - 0,6670
R2 = 0,9852
-0,3
-0,4
-0,5
-0,6
Система «Cu2+ - КАУ»
lgCост(Cu2+)
1,5

10. Интерпретация полученных результатов в рамках обобщенной модели Ленгмюра-Фрейндлиха

Интерпретация полученных результатов в
рамках обобщенной модели ЛенгмюраФрейндлиха
Обобщенная изотерма адсорбции Ленгмюра-Фрейндлиха имеет
вид:
n
Г
KС
Г 1 KC n
Параметры Г∞,K и n данной модели определялись нелинейным
методом наименьших квадратов, реализованном в программном
продукте «wxMaxima» .

11.

Результаты численного
моделирования адсорбции
в рамках обобщенной модели
Ленгмюра-Фрейндлиха
система «БАУ-А-вермикулит»
система «Cu2+ - «КАУ-вермикулит»

12. Результаты экспериментов

Система
вермикулит-Cu2+
вермикулит-Co2+
клиноптилолит-Cu2+
клиноптилолит-Co2+
БАУ-Cu2+
БАУ-Co2+
КАУ-Cu2+
КАУ-Co2+
БАУ-вермикулит-Co2+
БАУ-вермикулит-Cu2+
КАУ-вермикулит-Cu2+
По Ленгмюру
Г∞, моль/г К л/моль R²
0,694
0,713
0,218
0,618
-
0,641
0,448
0,231
0,451
По Фрейндлиху По Ленгмюру-Фрейндлиху
К
n
R²
Г∞ K
n
S²
0,9971 0,356 4,631 0.9639
0,706 0,647
0,8514 0,448 4,049 0,8286 0,775 3,140
0,9057 0,061 2,653 0,9467 0,200 0,291
0,9477 0,218 2,451 0,9477 0,603 0,443
Г∞ = 0,0738( по критерию Граббса), S²=0,00037
Г∞ = 0,256( по критерию Граббса), S²=0,36784
0,567 0,323 0,9487 0,216 3,472 0.9852
0,656 0,355
0,405 0,211 0,9742 0,112 2,833 0,8403 0,321 0,067
0,348 1,730
0,405 3,980
0,618 1,960
0,937
0,892
0,966
1,070
0,00010
0,00202
0,00815
0,00217
0,718
2,520
0,518
3,090
1,330
0,00248
0,00194
0,00527
0,00813
0,00592

13. Выводы

формирование адсорбционных слоёв для систем «Cu2+ (Co2+ )- вермикулит
и клиноптилолит» происходит с формированием преимущественно
мономолекулярных слоёв и описывается изотермой адсорбции
Ленгмюра;
достижение предельной адсорбционной емкости для систем «Cu2+ (Co2+ )КАУ и БАУ-А» достигается раньше установления межфазного
распределения ионов металла между объемом раствора и адсорбента;
добавление указанных углей к вермикулиту и клиноптилолиту приводит к
формированию смешанных слоев «адсорбент-адсорбат», что удачно
описывается изотермой адсорбции Ленгмюра-Фрейндлиха;
формирование композиционных угле-минеральных адсорбентов на
основе
изученных
компонентов
отвечает
формированию
композиционного адсорбента, активность которого в отношении ионов
Cu2+ и Co2+ отличается от таковой для отдельных составляющих адсорбента.

14.

СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ!