Исследование адсорбции ионов никеля(II) природными сорбентами
Аннотация
Природные цеолиты обладают целым рядом уникальных свойств, что обуславливает многофункциональность их практического применения. Такие минералы широко используют для извлечения ионов тяжелых металлов, в том числе ионов никеля(II) из промышленных сточных вод, концентрированных растворов и техногенных образований. В работе исследована адсорбция ионов никеля(II) природными цеолитами Сокирницкого (Закарпатье, Украина) и Холинского (Восточное Забайкалье) месторождений. По данным рентгенофазового анализа цеолитсодержащий образец Сокирницкого месторождения содержит не менее 75 масс.% клиноптилолита, а образец Холинского месторождения состоит из гейландита (не менее 75 масс.%). Для образца Сокирницкого месторождения цеолитовый модуль (отношение Si/Al) составил 3.85-4.13, а для образца Холинского месторождения – 3.5. Оценку адсорбционной способности цеолитов по отношению к ионам никеля(II) проводили на основании анализа изотерм адсорбции. Водородный показатель среды исследуемых водных растворов составил 5.5–5.8. Время установления адсорбционного равновесия, отвечающее постоянству концентрации никеля(II) в растворе, соответствует 2 часам. Полученные изотермы свидетельствуют о том, что величина адсорбции ионов никеля(II) гейландитом в два раза больше, чем для клиноптилолита и составляет 0.104 ммоль/г (6.1 мг/г). Адсорбция ионов никеля(II) исследована с использованием моделей Ленгмюра, Фрейндлиха и Дубинина-Радушкевича. Значения коэффициентов детерминации свидетельствуют, о том, что адсорбцию ионов никеля(II) наилучшим образом описывает модель Ленгмюра для цеолита Холинского месторождения и модель Дубинина-Радушкевича для цеолита Сокирницкого месторождения. На основании модели адсорбции Дубинина-Радушкевича определены значения свободной энергии адсорбции (Е=4.36 кДж/моль), указывающие на физическую природу взаимодействия адсорбтива и адсорбента, в случае цеолита Сокирницкого месторождения. Показано, что адсорбция ионов никеля(II) цеолитом Холинского месторождения протекает по ионообменному механизму (Е=8.45 кДж/моль). При этом ионы Са(II) гейландита, очевидно, обмениваются на ионы Ni(II), присутствующие в водном растворе, что объясняет и более высокие значения адсорбции ионов никеля(II) этим образцом.
Скачивания
Литература
Nezamzadeh-Ejhieh А., Kabiri-Samani М. Effective removal of Ni (II) from aqueous solutions by modification of nano particles of clinoptilolite with dimethylglyoxime. Journal of Hazardous Materials. 2013; 260(15): 339-349. https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2013.05.014
Shirzadi Н., Nezamzadeh-Ejhieh А. An efficient modified zeolite for simultaneous removal of Pb (II) and Hg (II) from aqueous solution. Journal of Molecular Liquids. 2017; 230(15): 221-229. https://doi.org/10.1016/j.molliq.2017.01.029
Alyuz B., Veli S. Kinetics and equilibrium studies for the removal of nickel and zinc from aqueous solutions by ion exchange resins. Journal of hazardous mate-rials. 2009; 167(1-3): 482-488. https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2009.01.006
Malamis S., Katsou E. Review on zinc and nickel adsorption on natural and modified zeolite, bentonite and vermiculite: Examination of process parameters, kinetics and isotherms. Journal of hazardous materials. 2013; 252: 482-488. https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2013.03.024
Qiu W., Zheng Y. Removal of lead, copper, nickel, cobalt, and zinc from water by a cancrinite-type zeolite synthesized from fly ash. Chemical engineering journal. 2009; 145(3): 483-488. https://doi.org/10.1016/j.cej.2008.05.001
Borba C. E., Guirardello R., Silva E. A. et al. Removal of nickel(II) ions from aqueous' solution by biosorption in a fixed bed column: Experimental and theoretical breakthrough curves. Biochemical engineering journal. 2006; 30(2): 184–191. https://doi.org/10.1016/j.bej.2006.04.001
Wang Xue-Song, Huang Juan, Hu, Huai-Qiong et al. Determination of kinetic and equilibrium parameters of the batch adsorption of Ni(II) from aqueous solutions by Namordenite. Journal of hazardous materials. 2007; 142(1-2): 468-476. https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2006.08.047
Rajic N., Stojakovic D., Jovanovic M. et al. Removal of nickel(II) ions from aqueous solutions using the natural clinoptilolite and preparation of nano-NiO on the exhausted clinoptilolite. Applied surface science. 2010; 257: 1524-1532. https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2010.08.090
Merrikhpour H., Jalali M. Comparative and competitive adsorption of cadmium, copper, nickel, and lead ions by Iranian natural zeolite. Сlean technologies and environmental policy. 2013; 15(2): 303-316. https://doi.org/10.1007/s10098-012-0522-1
Cabrera C., Gabaldon C., Marzal P. Sorption characteristics of heavy metal ions by a natural zeolite. Journal of chemical technology and biotechnology. 2005; 80(4): 477-481. https://doi.org/10.1002/jctb.1189
Jimenez R.S., Dal Bosco S.M., Carvalho W.A. Heavy metals removal from wastewater by the natural zeolite scolecite - Temperature and pH influence in single-metal solutions. Quimica nova. 2004; 5: 734-738. https://doi.org/10.1590/S0100-40422004000500011
Ansanay-Alex S., Lomenech C., Hu-rel C. et al. Adsorption of nickel and arse-nic from aqueous solution on natural sepiolite. International journal of nanotechnology. 2012; 9(3-7): 204-215. https://doi.org/10.1504/IJNT.2012.045327
Hannachi Y., Ghorbel A., Lasram T. et al. Removal of Ni(II) ions from aqueous solutions using clinoptilolite: equilibrium, kinetic and thermodynamic studies. Chemistry and ecology. 2012; 28(5): 481–481-495. https://doi.org/10.1016/j.jenvman.2012.02.026
Belova T. P. Adsorption of heavy metal ions (Cu2+, Ni2+, Co2+ and Fe2+) from aqueous solutions by natural zeolite. Heliyon. 2019; 5(9); e02320. https://doi.org/10.1016/j.heliyon.2019.e02320
Filatova E.G., Pozhidaev Y.N., Pomazkina O.I. Аdsorption of zinc(II) and chromium(III) ions by modified zeolites. Protection of Metals and Physical Chemistry of Surfaces. 2020; 56(5): 911-916. (in Russ.).
Pomazkina O.I., Filatova E.G., Pozhidaev Y.N. Adsorption of copper(II) ions by calcium heulandite. Protection of Metals and Physical Chemistry of Surfaces. 2015; 51(4): 518-522. (in Russ.).
Filatova E.G., Pomazkina O.I., Pozhidaev Y.N. Development of the zeo-lite-sorption process for electroplating wastewater treatment. Journal of Water Chemistry and Technology. 2014; 36(6): 303-308. (in Russ.).
Filatova E.G. Wastewater treatment from heavy metal ions, based on the physico-chemical processes. Izvestiya Vuzov. Prikladnaya Khimiya I Biotekhnologiya = Proceedings of Universities. Applied Chem-istry and Biotechnology. 2015; 2 (13): 97-109. (in Russ.).
Tsitsishvili G.V., Аndronikoshvili T.G., Kirov G.N., Filizova L.D. Prirodnye tseolity. M.: Nauka. 1988. 128 p. (in Russ.).
Marczenko Z. Spectrophotometric Determination of the Elements, Ellis Hor-wood Series in Analytical Chemistry, New York: John Wiley and Sons, 1976.
Lyr’e YU.YU., Rybnikova A.I. Chemical analysis of industrial wastewater. M.: Chemistry. 1974. P. 336. (in Russ.).
Liu Q.S., Zheng T., Wang P., Jiang J.P., Li N. Adsorption isotherm, kinetic and mechanism studies of some substituted phenols on activated carbon fibers. Chemi-cal engineering journal. 2010; 157: 348-356.
Grechanovskaya E. E. metric of the elemental cell and Si/Al-ratio in zeolites of the geylandite - clinoptilolite series of Sokirnitsky origin (Transcarpathia, Ukraine). Mineralogical Journal. 2010; 32(4): 12-22. (in Ukraine)
Filatova E., Soboleva V. Extraction of oil and petroleum products from water solutions by natural adsorbents. Chem-ChemTech. 2019; 62(6): 131-137. (in Russ.)
Chelishhev H. F., Volodin V.F., Kryukov V.L. Ionoobmennye svojstva pri-rodnykh vysokokremnistykh tseolitov. M.: Nauka. 1988. 128 p. (in Russ.)
Filatova E.G., Pozhidaev Y.N., Pomazkina O.I. Investigation of adsorption of heavy metal ions by natural aluminosilicate. Protection of Metals and Physical Chemistry of Surfaces. 2016; 52(3): 438-442. (in Russ.).
Tsivadze A.Yu., RusanovA.I., Fom-kin A.A., et al. Fizicheskaya khimiya adsorbtsionnykh yavlenii (Physical Chemistry of Adsorption Phenomena), M.: Granitsa, 2011. 304 p. (in Russ.).
