Исследование кинетических закономерностей твердофазного концентрирования ионов кальция природными сорбентами

  • Елизавета Анатольевна Сютова ФГБОУ ВО «Астраханский государственный медицинский университет», Астрахань
  • Людмила Александровна Джигола ФГБОУ ВО «Астраханский государственный университет», Астрахань
Ключевые слова: сорбционное концентрирование, хемосорбция, изотермы, внутренняя диффузия, внешняя диффузия, природные сорбенты.

Аннотация

Для борьбы с зимней скользкостью широкое применение нашли комбинированные противогололедные смеси, имеющие в составе механическую часть из природных материалов и небольшие количества солей. В основе получения таких смесей лежит сорбционное насыщение различными модифицирующими компонентами, среди которых наиболее распространены хлориды натрия, калия, кальция и магния. Данное исследование посвящено определению оптимальных условий адсорбции ионов кальция природными сорбентами Астраханской области, а также оценке аппроксимаций химических и диффузионных моделей для описания кинетики сорбционного концентрирования c целью создания противогололедных смесей. Путем нехимической переработки природного сырья Астраханской области, добываемого открытым карьерным способом получены сорбенты: мергель, минерал опал мергелевого типа (опока), глина.
Кинетические исследования адсорбции ионов кальция проводили, оценивая убыль сорбата в
различные промежутки времени методом прямой потенциометрией с ионселективным электродом
марки «ЭЛИС-121Са» относительно хлорсеребряного электрода сравнения «ЭВЛ-1М3.1» с учетом
фона. Исследование влияния среды на адсорбцию проводили с помощью комбинированного стеклянного электрода марки ЭСК-10601/7, что позволило установить максимальную ёмкость поглощения ионов кальция опалом мергелевого типа при рН=6.94, мергелем при рН=5.61 и при рН=6.45 глиной.
Анализ изотерм адсорбции ионов Са2+ при исследуемых температурах позволяет отметить характер процесса: на глине и мергеле – эндотермический; на опале мергелевого типа – экзотермический. Максимальной сорбционной емкостью к ионам Са2+ обладает опал мергелевого типа, для глины
и мергеля данные значения приблизительно одинаковы. Для выявления сорбатных взаимодействий,
были вычислены изостерические теплоты адсорбции ионов Са2+. Анализ характера изменения изостерических теплот адсорбции при различных величинах степени заполнения сорбента указывает на то, что изучаемые природные сорбенты имеют гетерогенную поверхность с центрами различной степени активности.
Интерпретация кинетических закономерностей адсорбции ионов кальция на природных сорбентах позволяет отметить, что поглощение ионов кальция протекает в смешаннодиффузионном режиме. Графическое нахождение и теоретический расчет: констант внешней и внутренней диффузии,
значения критерия Био, кажущейся энергии активации позволяют сделать вывод, что определяющей в стадии лимитирования является внутренняя диффузия для мергеля и глины, внешняя – для опала мергелевого типа. Установлен вклад в общую скорость процесса стадии химического взаимодействия
сорбата с поверхностью сорбентов, что подтверждается соответствием экспериментальных данных и
кинетической модели Хо-Маккей. Экспериментально найденные количественные характеристики
адсорбции ионов кальция, позволяют сделать вывод о возможности применения изучаемых сорбентов в качестве носителей для производства фрикционных противогололедных материалов. Процесс работы полученных противогололедных систем происходит за счет выделения энергии при совместном физико-химическим взаимодействии носителей и ионов кальция с поверхностью льда.

 

 

 

 

 

ЛИТЕРАТУРА 

1. Lv J., Song Y., Jiang L., Wang J. // American Chemical Society. 2014. Vol. 8(4).
pp. 3152-3169. DOI:10.1021/nn406522n.
2. Farnam Y., Dick S., Wiese A., Davis J. et al. // Cement and Concrete Composites. 2015.
Vol. 64. pp. 1-15.
3. Алыков Н.М., Сютова Е.А. // Экологические системы и приборы. 2007. № 8. С. 46-48.
4. Сютова Е.А., Алыков Н.М. // Экология и промышленность России. 2012. № 2. С. 47-51.
5. Громалова В.О., Федотов А.И., Зедгенизов В.Г., Гергенов С.М. // Вестник Сибирского государственного автомобильно-дорожного университета. 2018. Т. 15. № 1 (59). С. 55-60.
6. Джигола Л.А., Садомцева О.С., Шакирова В.В., Каргина К.В. и др. // Известия высших учебных заведений. Серия: Химия и химическая технология. 2018. Т. 61. № 9-10. С. 105-112.
7. Джигола Л.А., Сютова Е.А. // Известия высших учебных заведений. Серия: Химия и
химическая технология. 2018. Т. 61. № 9-10. С. 98-104.
8. Sirotkina E. E., Novoselova L. YU. // Chemistry for Sustainable Development. 2005.
Vol. 13. pp. 359-375.9. Дударев В.И., Иринчинова Н.В., Филатова Е.Г. // Изв. вузов. Химия и хим. техноло-
гия. 2017. Т. 60. № 1. С. 75-80.
10. Tataeva S.D., Ramazanov A.Sh., Magomedov K.E., Bakhmudova A.G. // Journal of
Analytical Chemistry. 2014. Vol. 69(1). pp. 45-50.
11. Бойд Д.Е., Адамсон А.В., Майерс Л.С. Хроматография. М. Изд-во иностр. лит-ры,
1949. 333 с.
12. Рамазанов А.Ш., Есмаил Г.К. // Вестник Дагестанского государственного университета. 2014. Т. 1. С.179-183.
13. Низамова Г.Р., Галимова Р.З., Шайхиев И.Г. // Вестник технологического университета. 2017. Т. 20. № 11. С. 142-148.
14. Киекпаев М.А., Строева Э.В. // Вестник ОГУ. 2006. № 5. С. 35-39.
15. Пимнева Л.А., Нестерова Е. Л. // Вестник омского университета. 2011. № 2. С. 130-134.
16. Брилинг И.А. Фильтрация в глинистых породах. М. ВИЭМС. 1984. 61 с.
17. Bleza M.A., Figliolia N.M., Maroto A.J.G., Regazzoni A.E. // J. of Colloid and Int. Sci. 1984. Vol. 101(2). pp. 410-418.
18. Макаров А.В. Дисс. канд. техн. наук. Томск. 2013. 154 с.
19. Hawari A., Rawajfih Z., Nsour N. // J. Hazard. Mater. 2009. Vol. 168. pp. 1284-1289
20. Алосманов Р.М. // Вестн. Моск. ун-та. Сер.2. Химия. 2011. Т. 52. № 2. С. 145-148.
21. Алыков Н.М., Сютова Е.А., Алыков Е.Н. Патент РФ. № 2378311. 2007.

Скачивания

Данные скачивания пока не доступны.

Биографии авторов

Елизавета Анатольевна Сютова, ФГБОУ ВО «Астраханский государственный медицинский университет», Астрахань

старший преподаватель кафедры химии фармацевтического факультета, ФГБОУ ВО Астраханский
государственный медицинский университет, Астрахань

Людмила Александровна Джигола, ФГБОУ ВО «Астраханский государственный университет», Астрахань

к.х.н., доцент, заведующая кафедрой аналитической и физической химии, ФГБОУ ВО «Астраханский
государственный университет», Астрахань

Опубликован
2020-02-12
Как цитировать
Сютова, Е. А., & Джигола, Л. А. (2020). Исследование кинетических закономерностей твердофазного концентрирования ионов кальция природными сорбентами. Сорбционные и хроматографические процессы, 20(1), 64-78. https://doi.org/10.17308/sorpchrom.2020.20/2381