Адсорбция ионов меди(II) цеолитом, модифицированным кремнийорганическим тиосемикарбазидом

  • Александр Дмитриевич Чугунов Иркутский национальный исследовательский технический университет, Иркутск https://orcid.org/0000-0002-7700-884X
  • Елена Геннадьевна Филатова Иркутский национальный исследовательский технический университет, Иркутск https://orcid.org/0000-0002-3387-2089
  • Сергей Николаевич Адамович Иркутский институт химии им. А.Е. Фаворского СО РАН, Иркутск
  • Елизавета Николаевна Оборина Иркутский институт химии им. А.Е. Фаворского СО РАН, Иркутск
  • Игорь Алексеевич Ушаков Иркутский институт химии им. А.Е. Фаворского СО РАН, Иркутск
DOI: https://doi.org/10.17308/sorpchrom.2023.23/11865
Ключевые слова: адсорбция, природные цеолиты, тиосемкарбазид, кинетический анализ, термодинамический анализ, ионы меди(II)

Аннотация

Статья посвящена расчету кинетики и термодинамики адсорбции ионов меди(II) цеолитом, активированным соляной кислотой и модифицированным 1-(3-триэтоксисилилпропил)тиосемикарбазидом. Для расчета кинетических параметров использовали уравнение Лагергрена, Хо и Маккея. Нахождение энергии активации производили с помощью уравнения Аррениуса. Для расчета термодинамических параметров использовали линеризованное уравнение Вант-Гоффа и уравнение Гиббса-Гельмгольца. Сравнение коэффициентов детерминации модели псевдо-первого (от 0.815 до 0.892) и псевдо-второго (от 0.995 до 0.999) порядка позволило отдать предпочтение последней как ведущей модели адсорбции ионов Cu(II). Константы скорости псевдо-второго порядка в зависимости от температуры лежат в интервале 0.201-3.915 г⋅ммоль-1⋅мин.-1. Найденное значение энергии активации
42.3 кДж·моль-1 лежит в интервале 40-120 кДж, что характерно для хемосорбции ионов Cu(II). Изотермы адсорбции хорошо описываются моделью Ленгмюра. Адсорбция протекает с образованием монослоя сорбата на внешней поверхности. Предельные значения адсорбции составляют от 0.0016 до 0.0039 моль·г-1 в зависимости от температуры от 238 до 309 К. Процессы адсорбции ионов Cu(II) на поверхности модифицированного цеолита протекают самопроизвольно. Наблюдали уменьшение энергии Гиббса ΔG0 (с -14.20 до -16.29 кДж·моль-1) с повышением температуры. Положительное значение энтальпии Δ𝐻0 (3.6 кДж·моль-1) указывает на то, что адсорбция ионов Cu(II) протекает эндотермически. Положительное значение энтропии Δ𝑆0 (58.15 Дж·моль-1) свидетельствует о возрастании хаотичности на межфазной границе вследствие разрушения сольватных оболочек, окружающих ионы переходного металла в растворе. Таким образом, соотношения кинетических и термодинамических величин свидетельствуют о том, что значительный вклад в процесс адсорбции ионов Cu(II) модифицированным цеолитом вносят процессы, связанные с химическим взаимодействием молекул адсорбата и функциональных азот- и серо-содержащих групп тиосемикарбазида.

Скачивания

Данные скачивания пока не доступны.

Биографии авторов

Александр Дмитриевич Чугунов, Иркутский национальный исследовательский технический университет, Иркутск

аспирант кафедры химии и биотехнологии им. В.В. Тутуриной, Иркутский национальный исследовательский технический унисеврситет, Иркутск, Россия

Елена Геннадьевна Филатова, Иркутский национальный исследовательский технический университет, Иркутск

доцент кафедры химии и биотехнологии им. В.В. Тутуриной, к.т.н., Иркутский национальный исследовательский технический университет, Иркутск, Россия

Сергей Николаевич Адамович, Иркутский институт химии им. А.Е. Фаворского СО РАН, Иркутск

в.н.с., д.х.н., Иркутский институт химии им .А.Е. Фаворского СО РАН, Иркутск, Россия

Елизавета Николаевна Оборина, Иркутский институт химии им. А.Е. Фаворского СО РАН, Иркутск

с.н.с., к.х.н., Иркутский институт химии им .А.Е. Фаворского СО РАН, Иркутск, Россия

Игорь Алексеевич Ушаков, Иркутский институт химии им. А.Е. Фаворского СО РАН, Иркутск

 с.н.с., к.х.н., Иркутский институт химии им .А.Е. Фаворского СО РАН, Иркутск, Россия

Литература

Wani A., Muthuswamy E., Savithra G.L., Mao G., Brock S., Oupický D. Surface Functionalization of Mesoporous Silica Nanoparticles Controls Loading and Release Behavior of Mitoxantrone. Pharm Res, 2012; 29(9): 2407-2418. https://doi.org/10.1007/s11095-012-0766-9

Krishnani K., Meng X., Cristodoulatos C., Boddu V. Biosorption mechanism of nine different heavy metals onto biomatrix from rice husk. J Hazard Mater, 2008; 153(3):1222-1234. https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2007.09.113

SenthilKumar P., Ramalingam S., Sathyaselvabala V., Kirupha S.D., Sivanesan S. Removal of copper(II) ions from aqueous solution by adsorption using cashew nut shell. Desalination, 2011; 266(1-3): 63-71. https://doi.org/10.1016/j.desal.2010.08.003

Ibrahim R.K., Hayyan M., AlSaadi M.A., Hayyan A., Ibrahim S. Environmental application of nanotechnology: air, soil, and water. Environ Sci Pollut Res, 2016; 23(14):13754-13788. https://doi.org/10.1007/s11356-016-6457-z

Dada A.O., Olalekan A.P. Olatunya A.M. Langmuir, Freundlich, Temkin and Dubinin–Radushkevich Isotherms Studies of Equilibrium Sorption of Zn2+ Unto Phosphoric Acid Modified Rice Husk. IOSR J Appl Chem, 2012; 3(1): 38-45. https://doi.org/10.9790/5736-0313845

Sandoval O.M., Trujillo G.D., Orozco A.L. Amorphous silica waste from a geothermal central as an adsorption agent of heavy metal ions for the regeneration of industrial pre-treated wastewater. Water Resour Ind, 2018; 20: 15-22. https://doi.org/10.1016/j.wri.2018.07.002

Chugunov A.D., Filatova E.G. Adsorption of petroleum products by modified and activated adsorbents. Proc Univ Appl Chem Biotechnol, 2021; 11(2): 318-325. https://doi.org/10.21285/2227-2925-2021-11-2-318-325

Ferella F., Leone S., Innocenzi V., De Michelis I., Taglieri G., Gallucci K. Synthesis of zeolites from spent fluid catalytic cracking catalyst. J Clean Prod, 2019; 230: 910-926. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2019.05.175

Wamba A.N., Kofa G.P., Koungou S.N. Grafting of Amine functional group on silicate based material as adsorbent for water purification: A short review. J Environ Chem Eng, 2018; 6(2): 3192-3203. https://doi.org/10.1016/j.jece.2018.04.062

Pomazkina O.I., Filatova E.G., Pozhidaev Y.N. Adsorption of Ni(II), Cu(II), and Zn(II) ions by natural alumosilicate modified with N,N’-bis(3-triethoxysilylpropyl)thiocarbamide. Prot Met Phys Chem Surfaces, 2017; 53(3): 416-421. https://doi.org/10.1134/S2070205117030182

Filatova E.G., Chugunov A.D., Pozhidaev Yu.N., Oborina E.N., Ushakov I.A., Adamovich S.N. Povyshenie adsorbtsionnoi aktivnosti prirodnogo alyumosilikata modifikatsiei solyanoi kislotoi i kremniiorganicheskim tiosemikarbazidom. Protection of Metals and Physical Chemistry of Surfaces, 2023; 59(1): 10-16. https://doi.org/10.31857/S0044185622700097

Marczenko, Z., Spectrophotometric Determination of the Elements, Ellis Horwood Series in Analytical Chemistry, New York: Wiley, 1976. 643.

Taşar Ş., Kaya F., Özer A. Biosorption of lead(II) ions from aqueous solution by peanut shells: Equilibrium, thermodynamic and kinetic studies. J Environ Chem Eng, 2014; 2(2): 1018-1026. https://doi.org/10.1016/j.jece.2014.03.015

Adamovich S.N., Filatova E.G., Chugunov A.D., Pozhidaev Y.N., Ushakov I.A., Oborina E.N., Rozentsveig I.B., Ver-poort F. Natural zeolite modified with 4-(3-triethoxysilylpropyl) thiosemicarbazide as an effective adsorbent for Cu(II), Co(II) and Ni(II). Journal of the Taiwan Institute of Chemical engineers. 2021; 123: 1-14. https://doi.org/10.1016/j.jtice.2021.09.014

Eren E., Tabak A., Eren B. Performance of magnesium oxide-coated bentonite in removal process of copper ions from aqueous solution. Desalination, 2010; 257(1-3): 163-169. https://doi.org/10.1016/j.desal.2010.02.028

Nunes L.M., Airoldi C. Some fea-tures of crystalline -titanium hydrogenphosphate, modified sodium and N-butylammonium forms and thermodynamics of ionic exchange with K+ and Ca2+. Thermochim. Acta. 1999; 328: 297-305. https://doi.org/10.1016/S0040-6031(98)00654-6

Singha, S.K. Das, Adsorptive removal of Cu(II) from aqueous solution and industrial effluent using natural/agricultural wastes. Colloids Surfaces B Biointerfaces. 2013; 107: 97-106. https://doi.org/10.1016/j.colsurfb.2013.01.060.

Prabhu P.P., Prabhu B. A Review on Removal of Heavy Metal Ions from Waste Water using Natural/ Modified Bentonite. Raghuvir PB, Mathew TM, eds. MATEC Web Conf, 2018; 144: 02021. https://doi.org/10.1051/matecconf/201814402021

Опубликован
2024-02-12
Как цитировать
Чугунов, А. Д., Филатова, Е. Г., Адамович, С. Н., Оборина, Е. Н., & Ушаков, И. А. (2024). Адсорбция ионов меди(II) цеолитом, модифицированным кремнийорганическим тиосемикарбазидом. Сорбционные и хроматографические процессы, 23(6), 1042-1050. https://doi.org/10.17308/sorpchrom.2023.23/11865
Выпуск
Том 23 № 6 (2023): Сорбционные и хроматографические процессы
Раздел
Статьи