Кинетика и механизм адсорбции сульфат-ионов на активированном угле КМ-2

Джаннет Алексеевна Свешникова; Сагим Икрамович Сулейманов; Руслан Хажсетович Хамизов

doi:10.17308/sorpchrom.2021.21/3635

Джаннет Алексеевна Свешникова Институт проблем геотермии и возобновляемой энергетики, Филиал ОИВТ РАН, Махач-кала
Сагим Икрамович Сулейманов Аналитический центр коллективного пользо-вания, ДФИЦ РАН, Махачкала
Руслан Хажсетович Хамизов Институт аналитической химии и геохимии им. В. И. Вернадского (ГЕОХИ) РАН, Москва

DOI: https://doi.org/10.17308/sorpchrom.2021.21/3635

Ключевые слова: адсорбция, элетросорбция, сульфат-ион, смешаннодиффузионная кинетика, псевдо-первый, псевдо-второй порядок, квантово-химические расчеты

Аннотация

Статья посвящена изучению кинетики адсорбции и электросорбции (адсорбции под катодным потенциалом) ионов SO₄^2- на активированном угле КМ-2. Исследования проведены в статическом режиме в ограниченном объеме раствора. Экспериментальные данные по кинетике адсорбции SO₄^2- на неполяризованном и поляризованном угле были обработаны с использованием кинетических диаграмм для смешанной диффузии и линейной изотермы. Сопоставление экспериментальных данных с теоретическими зависимостями показало, что адсорбция сульфата на неполяризованном угле лучше описывается уравнением смешаннодиффузионной кинетики близкой к внешней диффузии, чем электросорбция этих ионов.

Обнаружено, что катодная поляризация увеличивает величину сорбции данных ионов, кроме того, при электросорбции в условиях катодной поляризации существенная часть ионов SO₄^2- сорбируется необратимо, избыточная часть адсорбтива не десорбируется при изменении поляризации. Исследования показали, что процессы адсорбции ионов SO₄^2- на неполяризованном и катодно-поляризованном угле КМ-2 могут быть удовлетворительно описаны моделями формальной кинетики, допускающей возможность химического лимитирования скорости таких процессов. Исходя из факта необратимости адсорбции исследуемых ионов, сделан вывод о влиянии химического механизма торможения на кинетику процесса электросорбции сульфата на АУ КМ-2 в условиях катодной поляризации.

Полуэмпирическим методом PM3 с помощью программы Gaussian 09W проведено квантово-химическое изучение процесса адсорбции сульфат-иона на поверхности активированного угля, моделируемого кислородсодержащим углеродным кластером С₉₇H₂₂O₆. Показано, что ионы SO₄^2- могут давать прочные соединения с углеродным кластером.

Скачивания

Данные скачивания пока не доступны.

Биографии авторов

Джаннет Алексеевна Свешникова , Институт проблем геотермии и возобновляемой энергетики, Филиал ОИВТ РАН, Махач-кала

к.х.н., ведущий научный сотрудник, Институт проблем геотермии и возобновляемой энергетики. Филиал ОИВТ РАН, Махачкала

Сагим Икрамович Сулейманов , Аналитический центр коллективного пользо-вания, ДФИЦ РАН, Махачкала

к.х.н., научный сотрудник, Аналитический центр коллективного пользования, ДФИЦ РАН, Махачкала

Руслан Хажсетович Хамизов , Институт аналитической химии и геохимии им. В. И. Вернадского (ГЕОХИ) РАН, Москва

д.х.н., заведующий лабораторией сорбционных методов, ГЕОХИ РАН, Москва

Литература

Benatti C.T., Tavares C.R.G., Lenzi E., J. Environ. Manag., 2009, Vol. 90, pp. 504-511.

Tait S., Clarkeb W.P., Keller J., Bat-stonea D.J., Water Research, 2009, Vol. 43, pp. 762-772.

Basha C.A., Selvi S.J.,Ramasamy E., Chellammal S., Chem. Eng. J., 2008, Vol. 141, pp. 89-98.

Lee H.J., Oh S.J., Moon S.H., Wat. Res., 2003, Vol. 37, pp. 1091-1099.

Galliana-Aleixandre M.V., Iborra-Clar A., Bes-Pifi A. et al., Desalination, 2005, Vol. 179, pp. 307-313.

Bodalo A., Gomez J.L. Gomez E., Leon G., Tejera M., Desalination, 2004, Vol. 162, pp. 55-60.

Boukhalfa C., Desalination, 2010, Vol. 250, pp. 428-432.

Kolics A., Polkinghorne J.C., Wieckow-ski A., Electrochimica Acta, 1998, Vol. 43, pp. 2605-2618.

Ljng R., Liu Y., Wang X., Huang J., J. Chem. Eng. Data, 2011, Vol. 56, pp. 3890-3896.

Rahmati, Yeganeh G., Esmaeili H., Acta chim. Slov., 2019, Vol. 66, pp. 886-898.

Salman M.S., Al-Khwarizmi Eng. J., 2009, Vol. 5, pp. 72-76.

Mahmudov R., Huang Ch.P., Sep. Pur. Technol., 2011, Vol. 77, pp. 294-300.

Ota K., Amano Y., Aikawa M., Appl. Sur. Sci., 2013, Vol. 276, pp. 838-842.

Yusupova (Ramazanova) A.A., Svesh-nikova D.A., Ramazanov A Sh., Vestnik DGU. Estestvenniye nauki, 2006, No 1, pp. 38-44.

Sveshnikova D.A., Gafurov M.M., Shabanova Z.E., Asvarov A.Sh. et al., Izv. vysshikh utshebnykh zavedenii. Khimiya and Khimitsheskaya tekhnologiya, 2009, Vol. 52, pp. 38-41.

Sveshnikova D.A., Ramazanov A.Sh., Gafurov M.M., Kunzhueva K.G. et al., Sorbtsionnye i khromatograficheskie protsessy, 2012, Vol. 12, No 5, pp. 789-796.

Sveshnikova D.A., Gafurov M.M., Ataev M.B. Rabadanov K.Sh. et al., Chemis-try, Phyzik and Surface Technology, 2013, Vol. 4, No 1, pp. 27-36.

Sveshnikova D.A., Abakarov A.N., Dribinski A.V., Gafurov M.M. et al., Rus. J. Phys. Chem., 1993, Vol. 67, No 7, pp. 1439-1443.

Reznikov A.A., Mulikovskaya E.P., Sokolov Yu., Metody analiza prirodnykh vod, M., Gos.nauchno-tekh. izd-vo literatury po geologii i okhrane nedr, 1963, 404 s.

Rudzinski W., Plazinski W., Appl. Surf. Sci., 2007, Vol. 253, pp. 5827-5840.

Rudzinski W., Plazinski W., J. Phys. Chem. C, 2007, Vol. 111, pp. 15100-15110.

Plazinski W., Dziuba J., Rudzinski W., Adsorption, 2013, Vol. 19, pp. 1055-1064.

Azizian S., J. Colloid Interface Sci, 2004, Vol. 276, pp. 47-52.

Khamizov R.Kh., Sveshnikova D.A.,Kutsherova A.E., Sinyaeva L.A., Rus. J. Phys. Chem.. 2018, Vol. 92, pp.1451-1460. DOI: 10.1134/S0044453718090121

Khamizov R.Kh., Rus. J. Phys. Chem., 2020, Vol. 94, pp. 125-130. DOI:10.31857/S0044453720010148

Venitsianov E.V., Rubinshtein R.N., Dinamika sorbtsii iz zhidkikh sred, M., Nau-ka Publ, 1983, 237 p.

Nikashina V.A., Sorbtsionnye i khromatograficheskie protsessy, 2008, Vol. 8, pp. 227-240.

Lagergren S., Kungliga Svenska Vetenkapsakademiens. Handlingar, 1898, Vol. 24, pp. 1-39.

Ho Y.S., McKay G., Process. Biochem., 1999, Vol. 34, pp. 451-465.

Boehm H.P. Chemical Identification of Surface groups. In: Advances in catalysis and related subjects. 1966, Vol. 16, pp.179-274.

Runtti H., Tuomikoski S., Kangas T. et al., BioResources, 2016, Vol. 11, pp. 3136-3152.

Walter T., WIREs Comput. Mol. Sci., 2014, Vol. 4, pp. 145-157.

Dral P.O., Wu X., Thiel W., J. Chem. Theory Comput., 2019, Vol. 15, pp. 1743-1760.

Solov’ev M.E., Solov’ev M.M., Kom-puternaya khimiya, M., SOLON-Press Publ, 2005, 536 p.

Khamizov R.Kh., Sveshnikova D.A., Kutsherova A.E., Sinyaeva L.A., Rus. J. Phys. Chem., 2018, Vol. 92, pp. 1619-1625. DOI: 10.1134/S0044453718100114