16ПОЛИВИНИЛХЛОРИД АСОСИДАГИ ПОЛИАМФОЛИТГА МИС (II) ВА НИКЕЛ (II) ИОНЛАРИНИНГ СОРБЦИЯСИНИНГ ПСЕВДО-БИРИНЧИ ВА ПСЕВДО-ИККИНЧИ ТАРТИБЛИ КИНЕТИК МОДЕЛЛАРИ
Суюн Юсуп угли Хушвактов
PhD, Чирчик давлат педагогика университети E-mail: suyunkhushvaktov91 @gmail.com
Мурод Махмаражаб угли Жураев
PhD, Чирчик давлат педагогика университети E-mail: murodjurayevkimyo@gmail. com
Даврон Абдисаматович Эштурсунов
Укитувчи, Чирчик давлат педагогикауниверситети E-mail: eshtursunovd@gmail.ru
АННОТАЦИЯ
Поливинилхлорид асосидаги янги полиамфолитга суньий эритмалардан Си2+ ва Ni2+ ионларининг ютулиш конуниятлари тадкик килинди. Тадкикот натижалари асосида металл ионларининг полиамфолитга сорбциясини псевдо -биринчи ва псевдо-иккинчи тартибли кинетик моделлар урганилди. Олинган кинетик параметрлар жараённинг псевдо-иккинчи тартибли моделга буйсуниши хдмда, поливинилхлорид асосидаги полиамфолитга Си2+ ионлари Ni2+ ионларидан купрок сорбцияланиши аникланди.
Калит сузлар: поливинилхлорид пластикат, полиамфолит, сорбция, ионит, мис ва никел иони, кинетика, псевдо биринчи ва иккинчи кинетик модел.
PSEVDO-FIRST AND PSEVDO-SECOND ORDER KINETIC MODELS OF SORBTION OF COPPER (II) AND NICELLE (II) IONS IN POLYAMPHOLITE BASED ON POLYVINYL CHLORIDE
ABSTRACT
The regularities of the absorption of Cu2+ and Ni2+ ions from artificial solutions based on polyvinyl chloride containing amino and sulfur groups have been studied. Based on the results of the study, blue pseudo-first and pseudo-random kinetic models of sorption of metal ions by polyampholyte were studied. Obtained kinetic parameters of the pagan obedience to the pseudo-second order model In rare cases, it was found that
October, 2022
5
Cu2+ ions from polyvinyl chloride polyampholyte polyampholyte receive proabsorption from Ni2+ ions.
Keywords: PVC compound, polyampholyte, sorption, ion exchanger, nickel and copper ions, kinetics, pseudo-first and pseudo-second kinetic model.
КИРИШ
Бугунги кунда саноат корхоналаридан чикаётган окава сувлар таркибидаги огир ва захарли булган металл ионларини ажратиб олишнинг аньанавий усулларини иктисодий жихатдан кимматлиги хакида хавотирлар пайдо була бошлади. Шунингдек гидрометаллургия усулида металларни ажратиб олиш давомида хосил булган технологик эритмалар таркибида мис, никел, кургошин, симоб каби рангли ва огир металл ионлари мавжуд булиб [1]. Купгина саноат тармокларидан чикадиган окова сувлар таркибида турли хил
2~ь 3+
огир металларнинг деярли барчасини учратиш мумкин [2]. Айникса Со , Cr , Cu2+, Ni2+, Pb2+, Zn2+ каби ионларнинг сувдаги концентрацияларининг ортиши атроф мухитга зарарли таъсирини курсатиб келмокда [3, 4].
Куплаб саноат корхоналарида окова сувлар таркибидаги огир металл ионлари микдорини назорат килиш, хозирги кунда экологиянинг долзарб вазифаларидан бири булиб хисобланади [5]. Ифлосланган окова сувлар таркиби анализ килингандан сунг мос равишда турли хил кимёвий моддалар ва ионлардан тозаланади. Юкори ишлаб чикариш жараёни таъсирида ифлосланган окова сувларини табиатга чикариш, бундай холатда турли хил экологик муаммоларни келтириб чикаришга олиб келади, бунинг олдини олиш учун окова сувларини захарли ва огир метал ионларидан тозалаш талаб килинади [6]. Бу каби ижтимоий ва экологик муаммони хал килиш учун яъни сувда эриган металл ионларини ажратиб олишда бир канча усуллари мавжуд. Металл ионларини эритмаларидан ажратиб олишда тескари осмос, электродиализ, биокимёвий усул, чуктириш каби анаънавий усуллар куп энергия талаб килади ва катта микдордаги чикиндиларни хосил килади. Сунгги йилларда гидрометалургияда эритма таркибидаги металл ионларини ажратиб олишда, сувларни тузсизлантиришда ва окова сувларини захарли ионлардан тозалаш учун энг кенг кулланиладиган, иктисодий жихатдан арзон ва самарали булган усуллардан бири ионитлар ёрдамида ион алмашиниш усулида чуктириш хисобланади.
Ион алмашинувчи материаллар бу турли суньий ва технологик эритмалардан ионларини ажратиб оладиган ва узлари эримайдиган моддалардир. Технологик эритмалардан
October, 2022
6
тузни тозалаш вактида сувнинг иккиламчи ифлосланиши билан боглик куплаб муаммоларни самарали хал килишда энг куп ишлатиладиган ионитлардан АБ -17-8 анионитининг физик - кимёвий хусусиятлари аникланган. Бу турдаги анионитлар стирол ва 8% дивинилбензол асосида олинган [7]. Шунингдек ПВХ ни аминлаш реакциялари Япония олимлари томонидан хам амалга оширилган [8]. Айни ишда ПВХ ни этилендиамин (ЭДА)нинг турли хил концентрацияларида аминлаш реакциялари келтирилган. Натижада таркибида аминогурухлари тутган ионалмашинувчи полимер материаллар олинган.
Эронлик олим Ахмед бошчилигидаги бир катор олимлар томонидан поливинилхлоридни суюк аммиак билан босим остида, 100-140К хароратда диоксан ёки диметилформамид ва дихлорэтан хамда метанол мухитида аминланиши натижасида мустахкамлиги юкори булган полимер олинган (азот микдори 1% дан 9% гача) [9]. Полиамфолитлар синфига тегишли булган комплекс хосил килиш хоссасига эга булган ион алмашинувчи материаллар рангли металларнинг технологик эритмаларини концетратциялаш учун кенг кулланилади. Бу материаллар захарли моддаларни, хатто уларнинг концентрацияси жуда кичик булган хаво ва сувли мухитдан юкори унум билан ажратиб олиш хусусиятига эга [10]. Комплекс хосил килувчи полимерлар каторига бир катор огир ва рангли металларга нисбатан юкори сорбцион сигим ва селективликка эга булган амино-сульфоли турсимон сополимерлар киради, бу полимерлар комплексининг полидентатлиги билан хам, амино ва сульфатли гурухлар иштироки билан комплекс хосил килишда хелат эффекти билан хам богланади [11]. Полиамфолитлар бир вактнинг узида хам анион хам катион гурухлари тутган маьлум бир ишорали зарядлар эритма рН кийматлари билан ишлай оладиган, катион ва анионларни алмашинувчи полимер моддалар. Кулай шароитда стерик жихатдан полианион ва поликатионларнинг иккала гурухларини аник белгилай оладиган полиамфолитнинг ички тузини хосил киладиган формалари мавжуд. Полианионларнинг осмотик фаоллиги бироз паст булганлиги учун оз гидратланади ва бироз гидрофилланади. Баьзан ички туз хосил килувчи формаси ионлар билан узаро аьлока килиб бироз нейтралланган полиэлектролит комплексларни хосил килади.
Турли хил ионоген гурухларнинг битта полимер звеносида ёки матрицасида булишига караб битта звеноли ва турли звеноли полиамфолитлар мавжуд. Полиамфолитлар хар кандай анион ва катион марказларини матрицанинг турли звеноларида жойлашган ионитларни уз
ичига олади [12].
October, 2022
Ион алмашинуви жараёнларини тавсифлаш учун куплаб назариялар мавжуд [13, 14]. Куп йиллар давомида турли хил ионалмашинувчи реакцияларнинг тезлик константаларини моделлаштиришда Лагергрен тенгламаси ва бошкалар асосан кинетик тахлил жараённинг узгаришларига эътибор каратдилар [15, 16, 17].
Ушбу маколада сунъий эритмалардан рангли металл ионларини ажратиб олишда ПВХ асосида олинган таркибида амино ва сульфогурухлари тутган полиамфолитдан фойдаланилди. Бунда полиамфолитга Cu2+ ва Ni2+ ионларини сорбция жараёнларининг механизмларига турли омилларнинг таьсири урганилди.
МЕТОДОЛОГИЯ
2+ .2+
ПВХ асосида олинган полиамфолитга сунъий эритмалардан Си ва Ni
ионларининг сорбцияси урганилди. Бунинг учун Cu(NO3)2OH2O ва
2+ . 2+
Ni(NO3)2-6H2O кристаллигидратларидан фойдаланиб Си ва Ni ионларининг 0,25; 0,125; 0,1; 0,075; 0,05; 0,025; 0,0125; 0,01 мольл-1 концентрацияли эритмалар тайёрланди ва тайёрланган сунъий эритмалардан металл ионларининг сорбция давомийлиги 1, 2, 4, 6, 8, 10 соатларда урганилди. Бунинг учун HCl буйича статик алмашиниш сигими 4,5 мг-экв г-1, NaOH буйича 3,5 мг-экв г-1 булган курук сорбент 0,3 г дан аналитик тарозида улчаб олиниб, хажми 250 мл булган конуссимон колбаларга солинди ва 100 мл дан туз эритмалари куйилди. Сорбциядан олдинги ва кейинги эритмалардаги металл ионларининг концентрация узгариши Спектрофотометр (Mikroplanshet rider Perkin Elmer) (А^Ш) ёрдамида аникланди (Cu2+ учун 760 нм, Ni2+ учун 720 нм тулкин узунликда) [18, 19].
Сорбентга ютилган металл иони микдори куйидаги тенглама оркали хисоблаб чикилган.
х
m
Бунда: qе-ионитга ютилган металл иони микдори моль/г, C0 - металл ионларининг дастлабки концентрация моль/л, Cp - металл ионларининг мувозанат концентрацияси моль/л; V - эритма хажми л; m - курук сорбент массаси(г) [20, 21, 22].
Адсорбция кинетикасини урганиш
Маълумки сорбция жараёнининг механизмини (кимёвий реакция тезлиги, диффузияни бошкариш ва масса узатилишини) аниклашда кинетик моделлардан
October, 2022 Multidisciplinary Scientific Journal
8
фойдаланилади. Сунгги йилларда турли хил кинетик моделлар псевдо биринчи тартибли, псевдо иккинчи тартибли ва бошка бир канча усуллардан фойдаланилмокда. Бунинг учун натрий гидроксид буйича САС киймати 3,5 мг-экв/г ва хлорид кислота буйича САС киймати 4,5 мг-экв/г гранулалар улчами 0,315-1,875 мм дан кам булмаган пластикат ПВХ асосида олинган таркибида амино ва сульфогурухлари тутган полиамфолит ишлатилди.
Ушбу ишда куйидаги кинетик моделлардан фойдаланилди
Псевдо-биринчи тартибли кинетик модель Псевдо-биринчи тартибли кинетик модел куйидаги Лагергрен тенгламаси билан ифодаланади:
log( qe - qt ) = log qe -
2,303
-t
Бу тенгламада: qt ва qe маълум вактдаги ва мувозанатдаги сорбентнинг металларни сорбциялаган микдори (мг/г). к1-биринчи тартибли сорбция жараёни тезлик константаси (мин-1) булиб, log (qe - qt) ва t вактга нисбатан тузилган чизикли графигида кесишиш киялигининг бурчак киймати - k1/2,303 га тенг.
Тажрибада хисобланган Си2+ ва Ni2+ ионларининг ПВХ асосидаги полиамфолитга сорбцияланиш жараёни кинетикаси 1 - расмда, log(qe - qt) ва t вактга нисбатан тузилган графикдан псевдо биринчи тартибли кинетик параметрларини топиш оркали бахоланди.
'ул.
1 - расм. ПВХ асосидаги полиамфолитга Ni (а) ва Си (б) ионлари сорбциясининг псэвдо-биринчи тартибли кинетик модели.
2+ .2+
Шунингдек Си ва Ni ионларининг ПВХ асосидаги полиамфолитга сорбцияланиш жараёни кинетикаси псевдо-иккинчи тартибли кинетик параметрларини топиш оркали бахоланди.
October, 2022
9
Псевдо-иккинчи тартибли кинетик модель
Псевдо-иккинчи тартибли кинетик моделл куйидаги тенглама билан ифодаланади [23].
t 1 ,1.
- = ~ 2 + (~)t q k2qe qe
Дастлабки сорбция даражаси (t=0) куйидагича топилади:
h = к 2 qe2
Келтирилган тенгламаларда k2 тезлик константаси, qe - маълум массали
сорбентга ютилган металл ионларининг микдори (мг/г), t-вакт (минут).
2+ .2+
Си ва Ni ионларининг ПВХ асосидаги полиамфолитга сорбцияланиш жараёни кинетикаси 2 - расмда t/qe ва t вактга нисбатан тузилган графикдан псевдо иккинчи тартибли кинетик параметрларини топиш оркали бахоланди.
2+
2 - Расм. ПВХ асосидаги полиамфолитга Ni (а) ва ^ (б) ионлари сорбциясининг псэвдо-иккинчи тартибли кинетик модели.
2+ .2+
ПВХ асосидаги полиамфолитга Си ва Ni ионларининг сорбцияланиш жараёни кинетикаси юкорида келтирилган 1 ва 2 - расмлардан фойдаланиб топилган тезлик константалари (k1 ва k2) ва коррелация коеффицентлари (R ) 1 -жадвалда келтирилган.
October, 2022 Multidisciplinary Scientific Journal
10
Полиамфолит
н
й р
(Я р
О
"о
о о о о
К) "о "о "о о "о
ю о ю
о о о о
00
ю ю о 00 00
К) и> "о
"о К) 00 о
о о
"о "о "о "о _ _ "о "о
о о о о о о
ю ю ю К } К }
и> и> и>
1—1 1—1 1—1 1—1 1—1 1—1
"оо "оо "оо "оо
ю
ю 00
ю ю
00
и> К) "оо "сл
К) ю
"о "о "о "о "о "о "о "о
о о о о о о о о
о о о о о о о о
о о о о о и>
о ю ю ю
ю ю 00
_р о
"ю "оо Ъо "оо "ю
00 о 00 00
00 0^
Полиамфолит
н
й р
(Я р
"ю "о "о "о о "о
ю о ю
о о о о
00
00 К)
"ю и) V
"о "о "о "о "о "о "о "о
о о о о о о о о
ю ю ю ю ю ю
ю и> и> и> и>
1—1
"ю "ю "ю "оо "оо
ю 00 о
ю ю 00
ю
о ю о
00 К) "ю "сл "ол
"о "сл "ю "о "о ю
"о "о "о "о "о "о "о "о
. , о _ о о о о _ о о _ о
К» о ю к» 00 о 00 о ^ о ^О о 00 о о
ю 00 и> и>
ю 00 ю и> 00
о
"ю "ю "ю "ю "ю "ю "ю "ю
00 00
ю
ы
Сорбент Металлар
Дастлабки коне, (моль/л)
(71
С\
оо
чо
■Р 2
»
ь о о "в о\ с
03
н о
и »
Я
Я РГ
я ~
Р 2
8 Я
№
Ьа О
о "в о\ с
03
н о
и »
Я
я.
о №
И
Я
о п 03 Й
0
1
о\
"в
Я Л Я н
"в н
о\
и
Я
Я
о п 03 Й
0
1
К К Я Я
л я
н »
"в н
о\
и
Я
я я
к я
ЕС
Г6
н
К
Я Я
^с о
м
Г5 О Г5
Я
Й м
я
я
м 2
я -в-Л о
и
м та я
я м
•9-
м о
£э м ЕС
я Е
ш ЕЕ
1 Я М
Г5
Я н
м
Г) с
ы +
я м
ы +
я
о
ЕЕ
^
м
та
я
Г5
о
та
о\
в
я н^
а
Г5 к
я
ЕЕ м
я Й
ЕЕ а
»1 м
нн ^
<*> п
2 а
п
ы 3 — с.
оо г>
' Я
1 <т> оо Й
СП » п
3
И а с
п »
о*
с/з
л* 9 п п
VI
Ч
15 Г>
о
00 V©
сл
нн
сл
, <
»а
К» С
— 3
сл л
Й *
ч —
нн
• к и
СЛ и
с 5
нн
1 ы
к» к»
дaдолaт беpaди, хдмдa псевдо-иккинчи тapтибли кинетик моделнинг
• 9+ 9 9-1-
коppелятцион коеффисенти тегишли paвишдa Ni2+ (R2=0,705-0,986) Ba Cu
2 9+
(R =0,843-0,985) кдймaтлap тенлиги aникдaнди. Бу эсa Cu Ba Ni ионлapинг ПВХ aсосидa олингaн полиaмфолитгa соpбциялaнишидa метaдл ионлapи билaн биp кaтоpдa соpбент тapкибидaги aмино Ba сyльфогypyхдap хдм тaъсиp кypсaтгaнлигидaн дaдолaт беpaди. Шунингдек эpитмaдapдaги aдсоpбция констaнтaси кдймaтининг х1apоpaт тaъсиpидa yзгapишини Аppениyс кУйидaги тенглaмa оpкaди ифодaдaди [24].
in k2 = in a - E i RT
Бу еpдa: A0 экспонентaд фaктоp, Ea - фaоллaниш энеpгияси Ba k2 (г/мг мин) тypли хдpоpaтлapдaги псевдо-иккинчи тapтибли кинетик констaнтa.
Cоpбция жapaëнидa метaлл ионлapининг фaоллaниш энеpгияси никель иони учун 49,52 кж/моль, мис иони учун 54,15 кж/моль бу кдймaтлap aсосидa
.9+ 9+
жapaëн соpбцияси кyйидaги кетмa - кетлик
Ni2+<Cu2+
aсосидa фaоллaниш
энеpгияси оpтиб боpиши aникдaнди. Метaдд ионлapининг соpбцияси метaдл кaтионлapи вa ионит юзaсидaги - SO- гypyхдapи оpaсидaги электpостaтик тaъсиp aсосидa хдмдa ионит тapкибидaги >NH гypyхдapи оpaсидaги коpдинaцион боFлaниш aсосидa боpaди. Бyндaн тaшкapи оpaдик метaдл ионлapи ионит билaн коpдинaтцион боF хосил килиш кучи хдм мухим axдмиятгa эгa. Шyндaй килиб Cu2+ ионлapи Ni2+ ионлapигa нисбaтaн ионитгa ку^ок ютилиши aникдaнди. Бу эсa олингaн полиaмфолит сaноaт микëсидa оковa сyвлap тapкибидaн метaдл ионлapини aжpaтиб олиш имконини беpaди.
REFERENCES
1. Kowanga K.D., Erastus G., Godfrey O.M., Eliakim M.M. Kinetic, sorption isotherms, pseudo-first-order model and pseudo-second-order model studies of Cu(II) and Pb(II) using defatted Moringa oleifera seed powder. The Journal of Photopharmacology. 2016; 5(2): 71-78.
2. Krim L., Nacer S. and Bilango G. Kinetics of chromiumsorption onbiomass fungi from aqueous solution. Am. J. Environ. Sci., 2006. 2: 27-32.
3. Yisa J. Heavy metals contamination of road deposited sediments. Am. J.AppliedSci., 2010. 7: 1231-1236.
4. Ong M.C. and Kamruzzaman B.Y. An assessment of metals (Pb and Cu) contamination in bottom sediment from South China Sea coastal waters, Malaysia.Am. J. Applied Sci., 2009. 6: 1418-1423.
5. 3onoTOB ro.A., ^3HH T.H., ^MmpneHKO C.r., MopocaHOBa E.H. Сop6цнoннoе KOH^HTpnpoBaHHe MHKpoKOMnoHemoB H3
October, 2022
12
растворов. Применение в неорганическом анализе. - М.: Наука, 2010. 564 с.
6. Raghav S., Kumar D., Adsorption equilibrium, kinetics, and thermodynamic studies of fluoride adsorbed by tetrametallic oxide adsorbent, J. Chem. Eng. Data 63 (2018) 1682-1697.
7. Slavinskaya G.V., Kurenkova O.V. Water supply, sewerage, building construction of water resources protection influence of filter materials on water quality Voronezh State Technical University Issue № 4 (36), 2017 ISSN 2542-0526.
9. Eun Ji Park., Byoung Chul Park., Young Joong Kim., Ali Canlier., Taek Sung Hwang. Elimination and Substitution Compete During Amination of ро1у (vinyl chloride) with Ehtylenediamine: XPS Analysis andApproach of Active Site Index Article in Macromolecular Research. June 2018. DOI: 10.1007/s13233-018-6123-z.
10. Ahmed I.S., Ghonaim A.K., Abdel Hakim A.A., Moustafa M.M., Kamal El-Din A.H. Synthesis and characterization of some polymers for removing of some heavy metal ions of industrial wastewater // J Appl Sci Res. 2008; 4: pp. 1946-1958.
11. Лейкин Ю.А., Мясоедов Б.Ф., Лосев В.В., Кириллов Е.А. Модифицированные сорбенты для селективного извлечения аммиака и его производ- ных. // Хим. Физика. 2007. Т. 26. № 10. С. 18-33.
12. Brown C.-J., Sheedy, M.: A new ion exchange process for softening high TDS produced water, SPE/Petroleum Society of CIM/CHOA, Technical Paper No 78941, Eco-Tec Inc., 2002.
13. Лейкин Ю.А. Исследование в области химии комплексообразующих фосфорсодержащих полимеров трехмерной структуры: Дис. д-ра хим. наук. М.: МХТИ им. Д.И. Менделеева, 2009. 440 с.
14. Keno David Kowanga., Erastus Gatebe., Godfrey Omare Mauti, Eliakim Mbaka Mauti Kinetic, sorption isotherms, pseudo-first-order model and pseudo-second-order model studies of Cu(II) and Pb(II) using defatted Moringa oleifera seed powder The Journal of Phytopharmacology 2016; 5(2): 71-78.
15. Нецкина О.В. Адсорбция из растворов на твёрдой поверхности Новосибирск 2015;3-15.
16. Foo K.Y., Hameed B.H.: Insights into the modeling of adsorption isotherm systems, Chemical Engineering Journal, 2010, 156(1), 2-10.
17. Juraev M., Khushvaktov S., Botirov S., Bekchanov D., Mukhamediev M. Kinetics of Sorption of Ca (II) And Mg (II) Ions from Solutions To a New Sulphocathionite. International Journal of Advanced Science and Technology Vol. 29, No. 7, (2020), (iyun) pp. 3395-3401 /
https://sersc.org/journals/index. php/IJAST/article/view/21894.
October, 2022
18. Rengaraj S., Yeon J.W., Kim Y., Yongju, J: Adsorption characteristics of Cu(II) onto ion exchange resins 252H and 1500H: Kinetics, isotherms and error analysis, Journalof Hazardous Materials, 2007, 143(1-2), 469-477;
19. Rengaraj S., Yeon J.W., Kim Y., Yongju J. Adsorption characteristics of Cu(II) onto ion exchange resins 252H and 1500H: Kinetics, isotherms and error analysis, Journalof Hazardous Materials, 2007, 143(1-2), 469-477.
20. Хушвактов С.Ю., Жураев М.М., Бекчанов Д.Ж., Мухамедиев М.Г. Сорбция ионов меди (II) и никеля (II) на азот и серосодержашем полиамфолите. //UNIVERSUM: Химия и биология. (2019) № 11 (65).
21. Bogdan Bandrabur, Ramona-Elena Tataru-Färmu§, Liliana Lazär, Laura Bulgariu, Gheorghe Gutt. Use of strong acid resin Purolite C100E Forremoving permanent hardness of water - factors affecting cationic exchange capacity Scientific Study & Research. 2012, 13 (3), pp 295 - 304.
22. Bekchanov D.J., Mukhamediev M.G., Sagdiev N.J. «Study sorption of heavy metals nitrogen - and- phosphorus containing polyampholytes» Journal " American Journal of Polymer Sceans" America 2016 year, № 6. (2). pp 46-49.
23. Хушвактов С.Ю., Жураев М.М., Бекчанов Д.Ж., Мухамедиев М.Г. Поливинилхлорид асосидаги азот ва олтингугурт тутган поликомплексонга оралик металл ионларининг сорбцияси. O'zbekiston kimyo jurnali, 2020, №4, 3645 б. (02.00.00., №6).
24. Mittal A., Teotia M., Soni R.K., Mittal J. Applications of egg shell and egg shell membrane as adsorbents: a review, J. Mol. Liq. 223 (2016) 376-387.
October, 2022
