Исследование механизмов адсорбции ионов Fe(II) и Cu(II) бентонитом, модифицированным углеродными нанотрубками

  • О. В. Атаманова Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А., г. Саратов, Россия
  • Е. И. Тихомирова Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А., г. Саратов, Россия
  • А. С. Глубокая Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А., г. Саратов, Россия
  • А. А. Подоксенов Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А., г. Саратов, Россия
DOI: https://doi.org/10.25514/CHS.2020.2.18010
Ключевые слова: адсорбция, модифицированный бентонит, углеродные нанотрубки, ионы железа(II) и меди(II), изотермы адсорбции

Аннотация

Приведены результаты исследований механизмов адсорбции ионов Fe(II) и Cu(II) на бентоните, модифицированном углеродными нанотрубками (УНТ), при высокотемпературной (550°С) термической обработке. Исследования проведены на трех фракциях модифицированного бентонита Саригюхского месторождения (Республики Армения): мелкая (0,001–0,099 мм), средняя (0,10–0,99 мм) и крупная (1,0–3,5 мм). Экспериментально получены основные адсорбционные характеристики бентонита, модифицированного УНТ, при высокотемпературной термической обработке для  каждой из трех фракций по отношению к ионам Fe(II) и Cu(II) в статических условиях. Наилучшие адсорбционные характеристики показала средняя фракция модифицированного бентонита, которые составили для ионов железа (ионов меди): статическая обменная емкость 0,502 (0,36) мг-экв/г, коэффициент межфазного распределения 0,14 (0,13) мг/дм3, степень извлечения 90,1 (87,0)%. Построены изотермы адсорбции, и проведен анализ механизма адсорбции ионов Fe(II) и Cu(II) бентонитом, модифицированным УНТ, в рамках моделей Ленгмюра, Фрейндлиха и Бронауэра-Эммета-Тейлера. Установлено, что процесс адсорбции ионов Fe(II) на указанном сорбенте наиболее точно описывается в рамках изотермы Ленгмюра, что свидетельствует о преимущественном образовании мономолекулярных слоев адсорбата на поверхности сорбционного материала. Процесс адсорбции ионов Cu(II) на бентоните, модифицированном УНТ, наиболее точно описывается в рамках изотермы Фрейндлиха, что свидетельствует о преимущественном формировании смешанных слоев «адсорбент-адсорбат».

Литература

Istrashkina, M.V., & Atamanova, O.V. (2019). Results of monitoring of open water bodies of the Saratov region. In: Environmental problems of industrial cities. Proceedings of 9th International Scientific and Practical Conference. Saratov: Yuri Gagarin STU of Saratov, pp. 138 - 141 (in Russ).

Pandey, S. (2017). A comprehensive review on recent developments in bentonite-based materials used as adsorbents for wastewater treatment. Journal of Molecular Liquids, 241(9), 1091 - 1113. https://doi.org/10.1016/j.molliq.2017.06.115

Prabhu, P.P., & Prabhu, B. (2018). A review on removal of heavy metal ions from waste water using natural/modified bentonite. MATEC Web Conf., 144, 02021. https://doi.org/10.1051/matecconf/201814402021

Bourg, I.C., Bourg, A.C.M., & Sposito, G. (2003). Modeling diffusion and adsorption in compacted bentonite: a critical review. Journal of Contaminant Hydrology, 61(1-4), 293 - 302. https://doi.org/10.1016/S0169-7722(02)00128-6

Pandey, S., & Ramontja, J. (2016). Recent modifications of bentonite clay for adsorption applications. Focus on Medical Sciences Journal, 2(4), 1 - 10. DOI: 10.21859/focsci-020455

Mohammed, I.M., & Baytak, S. (2016). Synthesis of bentonite-carbon nanotube nanocomposite and its adsorption of rhodamine dye from water. Arabian Journal for Science and Engineering, 41, 4775 - 4785. https://doi.org/10.1007/s13369-016-2190-7

Kurnosov, D., Burakov, A., & Burakova, I. (2019). Development of a bentonite clay/carbon nanotubes composite for liquid-phase adsorption. Materials today: Proceedings, 11(1), 398 - 403. https://doi.org/10.1016/j.matpr.2019.01.003

Atamanova, O.V, Tikhomirova, E.I, Kasymbekov, Zh.K., & Podoksenov, A.A. (2020). Improving the sorption ability of modified bentonite during wastewater treatment by means of its activation. Voda i ekologiya: Problemy i resheniya = Water and Ecology: Problems and Solutions, 1(81), 3 - 12 (in Russ.). DOI: 10.23968/2305-3488.2020.25.1.3-12

Patent Application № 2020129510, Russian Federation, 07.09.2020 (А.V. Koshelev, O.V. Atamanova, E.I. Tikhomirova, E.V. Skidanov, A.A. Podoksenov).

PNDF (Federal environmental regulation) 14.1: 2.50-96. Method for measuring mass concentration of total iron in natural and waste waters by photometric method with sulfosalicylic acid (in Russ.).

GOST (State Standard) 4011-72. Drinking water. Methods for measuring mass concentration of total iron (in Russ.).

PNDF (Federal environmental regulation) 14.1: 2: 4.48-96. Method for measuring mass concentration of copper ions in drinking, surface and waste waters by photometric method (in Russ.).

Zelentsov, V.I., & Datsko, T.Ya. (2012). Application of adsorption models to describe equilibrium in the aluminum oxyhydroxide-fluorine system. Elektronnaya obrabotka materialov = Electronic Materials Processing, 48 (6), 65 - 73 (in Russ.).

Kosarev, A.V., Stoudentsov, V.N., & Budyak, D.K. (2014). Adsorption efficiency for adsorption of a series of oligomer resins on reinforcing yarns. Fibre Chemistry, 45(6), 372 - 375. https://doi.org/10.1007/s10692-014-9544-2

Simon, J.M., Inzoli, I., Bedeaux, D., & Kjelstrup, S. (2007). Numerical evidence for a thermal driving force during adsorption of butane in silicalite. Molecular Simulation, 33(9-10), 839 - 841. https://doi.org/10.1080/08927020701370620

Hameed, B.H., & Rahman, A.A. (2008). Removal of phenol from aqueous solutions by adsorption onto activated carbon prepared from biomass material. Journal of Hazardous Materials, 160(2-3), 576-581. https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2008.03.028

Gogate, P.R. (2008). Treatment of wastewater streams containing phenolic compounds using hybrid techniques based on cavitation: A review of the current status and the way forward. Ultrasonics Sonochemistry, 15(1), 1 - 15. https://doi.org/10.1016/j.ultsonch.2007.04.007

Nasyrov, I.A., Mavrin, G.V., Fazullin, D.D., & Shaikhiev, I.G. (2019). Investigation of the influence of ultrasonic treatment on the sorption properties of the pyrolysis product of wood waste. Journal of Physics: Conference Series, 1347, 012080. https://doi.org/10.1088/1742-6596/1347/1/012080

Atamanova, O.V., Tikhomirova, E.I., Istrashkina, M.V., & Podoksenov, A.A. (2020). Study of mechanism of p-dinitrobenzene adsorption by modified bentonites when water purification in static conditions. Voda i ekologiya: Problemy i resheniya = Water and Ecology: Problems and Solutions, 2(82), 3 - 11 (in Russ). DOI: 10.23968/2305-3488.2020.25.2.3-11

Опубликован
2020-12-27
Как цитировать
Атаманова, О. В., Тихомирова, Е. И., Глубокая, А. С., & Подоксенов, А. А. (2020). Исследование механизмов адсорбции ионов Fe(II) и Cu(II) бентонитом, модифицированным углеродными нанотрубками. Химическая безопасность, 4(2), 147 - 159. https://doi.org/10.25514/CHS.2020.2.18010
Выпуск
Том 4 № 2 (2020)
Раздел
Технологии ликвидации источников химической опасности

Copyright (c) 2020 Ольга Атаманова, Е. И. Тихомирова, А. С. Глубокая, А. А. Подоксенов

Лицензия Creative Commons

Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution-NonCommercial» («Атрибуция — Некоммерческое использование») 4.0 Всемирная.