Асламова Вера Сергеевна - доктор технических наук, профессор.
664074, Иркутск, ул. Чернышевского, 15
Vera S. Aslamova - Dr. Sci. (Engineering), Professor.
15, Chernyshevsky St., Irkutsk, 664074
Шалунц Лиана Валерьевна - соискатель.
664033, Иркутск, ул. Карла Маркса, 7
Liana V. Shalunc - Applicant.
Асламов Александр Анатольевич - кандидат технических наук, доцент.
Alexander A. Aslamov -тCand. Sci. (Chemistry) - Associate Professor.
60, Tchaikovsky St., Angarsk, 665835
Грабельных Валентина Александровна - кандидат химических наук, научный сотрудник.
664033, Иркутск, ул. Фаворского, 1
Valentina A. Grabel'nykh - Cand. Sci. (Chemistry), Researcher.
1, Favorsky St., Irkutsk, 664033
Рассмотрены комплексно-хелатный и комплексно-координационный механизмы сорбции серосодержащими сорбентами по отношению к ионам тяжелых металлов, которые обладают сродством с атомами серы. Показаны преимущества и недостатки серосодержащих сорбентов, полученных модификацией природных материалов. В среде Statgraphics Plus выполнен анализ применимости классических линеаризованных уравнений Фрейндлиха и Ленгмюра для описания изотерм адсорбции ионов цинка, меди и никеля из водных растворов цеолитом Холинского месторождения модифицированным серосодержащим полимером. Показано, что изотермы сорбции Zn2+ исследованным сорбентом довольно точно описываются классическим уравнением Фрейндлиха при температуре водного раствора от 20 до 40 °С, а изотермы Ni2+ - T = 20 °С. Использование уравнения Фрейндлиха для описания изотерм сорбции Cu2+ нецелесообразно ввиду его невысокой точности. Наиболее применимы для названных целей регрессионные модели аппроксимации экспериментальных данных или линеаризованное уравнение Ленгмюра. Показано, что уравнение Ленгмюра при температурах водного раствора 20, 40 и 60 °С описывает соответственно 99,35; 98,41 и 92,12% экспериментальных величин сорбции Cu2+. Отмечено, что с увеличением температуры модельного раствора константа равновесия и равновесная адсорбционная емкость возрастают, а точность описания изотерм убывает. Изотермы сорбции Zn2+, Ni2+ не подчиняются уравнению Ленгмюра, что можно объяснить с привлечением теории «жестких» и «мягких» кислот и оснований Пирсона, согласно которой ионы Zn2+ и Ni2+ относятся к кислотам промежуточной жесткости, а ион Cu2+ - к «мягким» кислотам, которые образуют наиболее прочные соединения с мягкими основаниями (атомами серы полимера). Ионы Zn2+ и Ni2+ связываются не только с атомами серы, но и с атомами кислорода (жесткое основание) цеолитной матрицы и могут перемещаться по поверхности сорбента «в поиске более удобных для координации мест». Таким образом, для ионов Zn2+ и Ni2+ нарушается один из принципов теории Ленгмюра - локализация сорбата на поверхности сорбента. Видимо, по этой причине уравнение Ленгмюра для них «не работает».
This paper considers complex-chelating and complex-coordinating mechanisms of sorption of heavy metal ions, which have an affinity for sulphur atoms, by sulphur-containing sorbents. The advantages and disadvantages of sulphur-containing sorbents obtained by modification of natural materials are shown. The STATGRAPHICS Plus environment was used to analyse the applicability of classical linearized Freundlich and Langmuir equations for describing the adsorption isotherms of zinc, copper and nickel ions from aqueous solutions by the Kholinsky zeolite modified with a sulphur-containing polymer. It is shown that the classical Freundlich equation accurately describes the sorption isotherms of Zn2+ and Ni2+ by the sorbent under study at the aqueous solution temperatures of 20-40 °C and 20 °C, respectively. The use of the Freundlich equation to describe the sorption isotherms of Cu2+ is impractical due to its low accuracy. For this purpose, regression models for approximating experimental data or a linearized Langmuir equation are more suitable. It is shown that the Langmuir equation describes 99.35, 98.41 and 92.12% of the experimental values of Cu2+ sorption at the aqueous solution temperatures of 20, 40 and 60 °C, respectively. It was established that an increase in the temperature of the model solution leads to an increase in the equilibrium constant and equilibrium adsorption capacity, at the same time as decreasing the accuracy of isotherm description. The sorption isotherms of Zn2+ and Ni2+ do not obey the Langmuir equation, which can be explained by the Pearson acid-base concept (HSAB). According to this concept, Zn2+ and Ni2+ ions are acids of intermediate hardness, while Cu2+ ions refer to ‘soft’ acids capable of forming the strongest compounds with ‘soft’ bases (polymer sulphur atoms). Zn2+ and Ni2+ ions bind not only to sulphur atoms, but also to oxygen atoms (‘hard’ base) of the zeolite matrix, thus moving along the sorbent surface in search of sites more convenient for coordination. Therefore, for Zn2+ and Ni2+ ions, one of the basic principles of the Langmuir theory is violated, i.e. localization of the sorbate on the sorbent surface. Apparently, it is for this reason that the Langmuir equation is not applicable for describing the Zn2+ and Ni2+ sorption.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.