Регрессионные модели адсорбции ионов цинка из водных растворов цеолитом Холинского месторождения, модифицированным серосодержащим полимером

В настоящей статье представлены результаты обработки экспериментальных данных методом регрессионного анализа. Данные получены при изучении процесса сорбции ионов цинка из модельных водных растворов с помощью цеолита (тип клиноптилолитовый, Холинское  месторождение), который  был  модифицирован серосодержащим полимером.  Отмечены различия в ИК-спектрах цеолита, модифицированного серосодержащим полимером, до и после сорбции Zn²⁺ из водного раствора. Изучено влияние на адсорбционную емкость модифицированного цеолита следующих технологических параметров: величины рН, начальной концентрации ионов Zn в растворе, температуры и времени сорбции. Показано, что адсорбционная активность модифицированного цеолита Холинского месторождения не может быть аппроксимирована классическими уравнениями Фрейндлиха и Ленгмюра, поскольку механизм  сорбции ионов Zn(II) является комплексно-координационным. Выявлено, что уравнением Фрейндлиха описывается только 40 % экспериментальных данных адсорбции ионов цинка модифицированным цеолитом, а уравнением Ленгмюра – 71 %. Поэтому для обработки результатов измерения использован регрессионный анализ. Найдены нелинейные регрессионные модели, достоверно описывающие отмеченные закономерности сорбции и десорбции. Кинетические кривые при разных температурных режимах раствора описываются экспоненциальными моделями . Рассмотрена адсорбционная активность к ионам цинка различных сорбентов: активированного угля, природного и модифицированного цеолитов. Сопоставление выявило существенные преимущества модифицированного цеолита: модификация поверхности цеолита серосодержащим полимером позволила увеличить его сорбционную способность в 4,5 раза по сравнению с природным цеолитом и в 9 раз по сравнению с активированным углем.

1. Аширов А. Ионообменная очистка сточных вод, растворов и газов. Л.: Химия, 1983. 295 с.

2. Кельцев Н.В. Основы адсорбционной техники; 2-е изд., перераб. и доп. М.: Химия, 1984. 592 с.

3. Колотов Ю.А., Золотарев П.П., Елькин Г.Е. Теоретические основы ионного обмена. Сложные ионообменные системы. М.: Химия, 1986. 286 с.

4. Inamuddin I., Luqman M. Ion Exchange Technology I: Theory and Materials. Springer Science& Business Media Springer. Dordrecht. Heidelberg. New York. London, 2012. 560 p. https://doi.org/10.1007/978-94-007-1700-8

5. Солдатов B.C. Волокнистые иониты для сорбции ионов тяжелых металлов // Теория и практика сорбционных процессов.1991. N 21. С. 154–164.

6. Dąbrowski A., Hubicki Z., Podkościelny P., Robens E. Selective removal of the heavy metal ions from waters and wastewaters by ion-exchange method // Chemosphere. 2004. Vol. 56. Issue 2. P. 91–106. https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2004.03.006

7. Yamazaki H., Inoue Y., Kikuchi N., Kurihara H. Ion-exchange properties and thermal stability of hydrous titanium(IV) – zirconium(IV) oxide ion exchanger // Bull. Chem. Soc. Jpn. 1991. Vol. 64 Issue 2. P. 566–575.

8. Иканина Е.В., Марков В.Ф., Каляева М.И. Композиционные сорбенты для извлечения тяжелых металлов: итоги последних лет // Бутлеровские сообщения. 2016. Т. 48. N 11. С. 101–113.

9. Ануров С.А., Белевич А.А., Яттара Б. Очистка сточных вод от тяжелых металлов минеральными поглотителями // Современные наукоемкие технологии. 2018. N 2. С. 9–14.

10. Скороходов В.И., Аникин Ю.В., Радионов Б.К. Сорбционное извлечение цветных металлов из шахтных вод // Цветные металлы. 2000. N 11-12. С. 71–73.

11. Ласкорин Б.Н., Голдобина В.А., Жукова Н.Г., Писаренко Л.Н. Сорбция меди различными ионитами из сернокислых рудных растворов и пульп // Цветные металлы. 1970. N 10. С. 20–27.

12. Челищев Н.Ф. Цеолиты – новый тип минерального сырья. М.: Недра, 1987. 176 с.

13. Обуздина М.В., Руш Е.А., Шалунц Л.В. Решение экологических проблем очистки сточных вод путем создания сорбента на основе цеолита // Экология и промышленность России. 2017. Т. 21. N 8. С. 20–25. https://doi.org/10.18412/1816-0395-2017-8-20-25

14. Домрачева В.А., Вещева Е.Н. Модифицирование углеродных сорбентов для повышения эффективности извлечения тяжелых металлов из сточных вод и техногенных образований // Вестник ИрГТУ. 2010. N 4 (44). С. 134–138.

15. Шачнева Е.Ю., Поляков О.А. Сорбционно-фотометрическое определение свинца и кадмия в промышленных объектах // Вестник Кемеровского государственного университета. 2015. Т. 5. N 2 (62). С. 172–175.

16. Aslamova V.S., Chernysheva E.A., Grabelnykh V.A., Levanova E.P., Russavskaya N.V. Regression analysis of the regularities of extraction of zinc and cadmium ions from aqueous solutions with a sulfur-based sorbent based on lignin // Izvestiya Vuzov. Prikladnaya Khimiya i Biotekhnologiya = Proceedings of Universities. Applied Chemistry and Biotechnology. 2018. Vol. 8. Issue 4. P. 174–183. https://doi.org/10.21285/2227-2925-2018-8-4-174-183

17. Макаров А.В., Синеговская Л.М., Корчевин Н.А. Физико-химические исследования процесса адсорбции ионов тяжелых металлов на модифицированных алюмосиликатах // Вестник ИрГТУ. 2013. N 2 (73). С. 147–154.

18. Пат. № 2475299. Российская Федерация. Способ получения серосодержащих сорбентов для очистки сточных вод от тяжелых металлов/ А.В. Рединова, О.Н. Игнатова, В.А. Грабельных, Е.П. Леванова, Н.В. Руссавская, С.В. Терек [и др.]; заявитель и патентообладатель ФГБОУ ВПО ИрГУПС. № 2010153438/05; заявл. 27.12.2010, опубл. 20.02.2013. Бюл. № 5.

19. Пат. № 2624319. Российская Федерация. Способ получения сорбента для извлечения соединений тяжелых металлов из сточных вод/ М.В. Обуздина, Е.А. Руш, А.В. Днепровская, Л.В. Шалунц, О.Н. Игнатова, Е.П. Леванова [и др.]; заявитель и патентообладатель ФГБОУ ВПО ИрГУПС. № 2016112068; заявл. 30.03.2016; опубл. 03.07.2017. Бюл. № 19.

20. Асламова В.С., Шалунц Л.В., Обуздина М.В., Грабельных В.А. Моделирование процессов адсорбции в системе жидкость – твердое тело: регрессионный анализ извлечения меди из водных растворов цеолитом Холинского месторождения, модифицированным серосодержащим полимером // Известия вузов. Прикладная химия и биотехнология. 2019. Т. 9. N 2. С. 351–359. https://doi.org/10.21285/2227-2925-2019-9-2-351-359

21. Асламова В.С., Шалунц Л.В., Обуздина М.В., Руш Е.А. Регрессионные модели извлечения ионов никеля из водных растворов модифицированным цеолитом // Математические методы в технике и технологиях (ММТТ-31): сб. тр. XXXI Междунар. науч. конф.: в 12 т. (Санкт-Петербург, 10–14 сентября 2018 г.). Т. 10. СПб.: Издво Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого, 2018. С. 37–40.

22. Сильверстейн Р., Вебстер Ф., Кимл Д. Спектрометрическая идентификация органических соединений / пер. с англ. Н.М. Сергеева, Б.Н. Тарасевича. М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2011. 557 с.

23. Алыков Н.М., Павлова А.В., Нгуэн Кхань Зуй, Абуова Г.Б., Утюбаева Н.В. Новый сорбент для очистки воды от ионов токсичных металлов // Естественные науки. 2009. N 4 (29). С. 150–158.