Изучение сорбционных свойств активного угля в статических условиях Текст научной статьи по специальности «Химические науки»

Н. А. Дроздова, Ю. Л. Юрьев ИЗУЧЕНИЕ СОРБЦИОННЫХ СВОЙСТВ АКТИВНОГО УГЛЯ В СТАТИЧЕСКИХ УСЛОВИЯХ

Ключевые слова: активный уголь, сорбция.

Выявлена зависимость концентраций катионов Fe3+, Мп2+, Zn2+ в модельных растворах после контакта с образцом модифицированного древесного активного угля от продолжительности процесса сорбции. Построены изотермы сорбции, определена энергия Гиббса.

Keywords: activated charcoal, sorption.

Revealed dependence of concentrations cations, Fe3 +, Mn2+, Zn2+ in the model solution after contact with a sample of modified activated charcoal duration of the sorption process. Sorption isotherms, determine dbythe Gibbsenergy.

Активные угли на основе древесины являются перспективными сорбентами для очистки воды, используемой в пищевой промышленности [1].

Нами проведено исследование сорбционных свойств березового активного угля (БАУ) в статических условиях по отношению к катионам Fe3+ , Мп2+, Zn2+ , с целью построения изотерм сорбции. Определялись сорбционные характеристики БАУ в статических условиях по катионам металлов от продолжительности контакта углей и раствора, содержащего определенный катион металла. Навеска угля помещалась в колбу с определенным объемом модельного раствора, содержащего катион металла, по истечении определенного промежутка времени определялась концентрация катиона металла в растворе. Концентрацию катионов Fe3+, Zn2+, Mn2+ в исходном растворе, а также в растворах после контакта с активным углем определяли эмиссионным спектральным анализом с индуктивно-связанной плазмой на оптическом эмиссионном спектрометре «ICAP 6300 Duo» фирмы «Thermoscientific» США.

Результаты исследования сорбционных характеристик березового активного угля по катионам Fe3+ представлены на рисунке 1.

Рис. 1 - Зависимость сорбции на БАУ от равновесной концентрации ионов Ре3+ в модельном растворе

Характер сорбции на БАУ от концентрации

т-" 3+

ионов Ре в модельном растворе не подчиняется уравнению изотермы Лэнгмюра. Это свидетельствует о том, что сорбция ионов железа на БАУ про-

текает не по механизму ионного обмена, а имеет коагулятивный характер. В нейтральной среде железо находится в форме малорастворимого гидроксида. В этом случае угольная загрузка работает, как механический фильтр.

Результаты исследования сорбционных характеристик березового активного угля по катионам Мп2+ представлены на рисунках 2 и 3.

Рис. 2 - Зависимость сорбции на БАУ от равновесной концентрации ионов Мп2+ в модельном растворе

Рис. 3 - Зависимость отношения начальной концентрации модельного раствора и сорбции БАУ от равновесной концентрации ионов Мп2+ в модельном растворе

S3

аяА = (123,28-0,25)/(8,65-0,99)=16,06 CtgA = Гм

1/Гю* К = 1,71 Кравновесия = 1,71 / (1/16,06) = 27,46 Дв = - ЯТІпК = - 8,314* 293 * 1п 27,46 = - 8,314* 293 * 3,31 = - 8063 Дж/моль

Дв< 0, следовательно, процесс самопроизвольный

CtgA = (39,72-0,99)/(2,63-0,97)=23,33 CtgA = Гм

1/Гм* К = 0,59 Кравновесия =0,59 / (1/23,33) = 13,76 Дв = - ЯТ1пК = - 8,314* 293 * 1п 13,76 = - 8,314* 293 * 2,62 = - 6382 Дж/моль

Дв< 0, следовательно, процесс самопроизвольный

Результаты исследования сорбционных характеристик березового активного угля по катионам 2п2+ представлены на рисунках 4 и 5.

Рис. 4 - Зависимость сорбции на БАУ от равновесной концентрации ионов Zn2+ в модельном растворе

В результате проведенных исследований были определены константы равновесия сорбции катионов Мп2+, 2п2+и найдена энергия Гиббса. Выяснено, что сорбция ионов железа на БАУ протекает не по механизму ионного обмена, а имеет коа-гулятивный характер, в отличие от сорбции катионов Мп2+, 2п2+, которая протекает самопроизвольно и осуществима в любых условиях. Сорбция катионов цинка на БАУ протекает быстрее сорбции катионов марганца.

Литература

1. Н.А.Дроздова, Ю.Л. Юрьев Активация березового и осинового угля, Вестник КНИТУ, №13, Казань, 147-149 (2012).

2. Свиридов, В.В. Физическая химия. Учебное пособие / В.В.Свиридов, А.В. Свиридов, В.Т. Брунов, В.Ф. Чернышов // УГЛТУ. - Екатеринбург. - 2о03г. - Ч.1. - 243 с.

Рис 5 - Зависимость отношения начальнойкон-центрации модельного раствора и сорбции БАУ от равновесной концентрации ионов Zn2+ в модельном растворе

© Н. А. Дроздова - асп. каф. химической технологии древесины Уральского госуд. лесотехнич. ун-та; Ю. Л. Юрьев - канд. техн. наук, проф., зав. каф. химической технологии древесины Уральского госуд. лесотехнич. ун-та, [email protected].