Регрессионные модели адсорбции ионов никеля (II) углеродными сорбентами

Резюме: Использование недорогих материалов в качестве сорбентов повышает конкурентные преимущества удаления ионов тяжелых металлов, в том числе ионов никеля (II), из водных растворов и сточных вод. К таковым материалам можно отнести активные угли – углеродные сорбенты. В качестве объекта исследования использовали окисленный углеродный сорбент АД-05-2 и его исходный аналог. Окисление углеродного сорбента АД-05-2 осуществляли раствором азотной кислоты и мочевины по известной методике. В результате окисления улучшены текстурные характеристики углеродного сорбента. Увеличен суммарный объем пор, в том числе и объем микропор, что положительно повлияло на сорбционные свойства полученного образца. В работе исследована адсорбция ионов никеля (II) окисленным углеродным сорбентом АД-05-2 и его исходным аналогом. Для обоих образцов время установления адсорбционного равновесия в системе адсорбат–адсорбент составило 4 ч, рН = 9,6, интервал исследуемых температур – 298–338 К. Полученные экспериментальные данные по адсорбции ионов никеля (II) обработаны в пакете программы Statgraphics Plus. Изотермы адсорбции описаны регрессионными моделями параболического типа, которые охватывают 98,86–99,99% экспериментальных данных. Адсорбция ионов никеля (II) повышается с увеличением температуры, о чем свидетельствует рост значения первой производной dA/dCp, по-видимому, за счет роста скорости внешней диффузии. Особенно крутой подъем изотерм соответствует температуре 338 К, что свидетельствует о воздействии диффузии на процесс адсорбции. Даны оценки точности регрессионных моделей: среднеквадратическая σ и абсолютная Δ ошибки. По критерию Дарбина – Уотсона (DW) оценена автокорреляция опытных данных. Полученные модели регрессии могут быть использованы для расчета оптимальных параметров процесса адсорбции ионов никеля (II) из водных растворов и технологических сред с применением окисленного углеродного сорбента АД-05-2 и его исходного аналога.

1. Nezamzadeh-Ejhieh А., Kabiri-Samani М. Effective removal of Ni (II) from aqueous solutions by modification of nano particles of clinoptilolite with dimethylglyoxime // Journal of Hazardous Materials. 2013. Vol. 260. P. 339–349. https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2013.05.014

2. Borba C.E., Guirardello R., Silva E.A., Veit M.T., Tavares C.R.G. Removal of nickel (II) ions from aqueous' solution by biosorption in a fixed bed column: Experimental and theoretical breakthrough curves // Biochemical Engineering Journal. 2006. Vol. 30. Issue 2. P. 184–191. https://doi.org/10.1016/j.bej.2006.04.001

3. Zawisza B., Sitko R., Malicka E., Talik E. Graphene oxide as a solid sorbent for the preconcentration of cobalt, nickel, copper, zinc and lead prior to determination by energy-dispersive X-ray fluorescence spectrometry // Analytical Methods. 2013. Vol. 5. Issue 22. P. 6425–6430. https://doi.org/10.1039/c3ay41451e

4. Zawisza B., Baranik A., Malicka E., Talik E., Sitko R. Preconcentration of Fe (III), Co (II), Ni (II), Cu (II), Zn (II) and Pb (II) with ethylenediaminemodified graphene oxide // Microchimica Acta. 2016. Vol. 183. Issue 1. P. 231–240. https://doi.org/10/1007/s00604-015-1629-y

5. Zhou Q., Xing A., Zhao K. Simultaneous determination of nickel, cobalt and mercury ions in water samples by solid phase extraction using multiwalled carbon nanotubes as adsorbent after chelating with sodium diethyldithiocarbamate prior to high performance liquid chromatography // Journal of Chromatographya. 2014. Vol. 1360. P. 76–81. https: //doi.org/10.1016/j.chroma2014.07.084

6. Amais R.S., Ribeiro J.S., Segatelli M.G., Yoshida I.V.P., Luccas P.O., Tarley C.R.T. Assessment of nanocomposite alumina supported on multi-wall carbon nanotubes as sorbent for on-line nickel preconcentration in water sample // Separation and Purification Technology. 2007. Vol. 58. Issue 1. P. 122–128. https://doi.org/10.1016/j.seppur.2007.07.024

7. Lu C., Liu C., Rao G.P. Comparisons of sorbent cost for the removal of Ni2+ from aqueous solution by carbon nanotubes and granular activated carbon // Journal of Hazardous Materials. 2008. Vol. 151. Issue 1. P. 239–246. https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2007.05.078

8. Di Natale F., Gargiulo V., Alfe M. Adsorption of heavy metals on silica-supported hydrophilic carbonaceous nanoparticles (SHNPs) // Journal of Hazardous Materials. 2020. Vol. 393. Article number 122374. https://doi.org/10.1016/j.hazmat2020.122374

9. Behbahani M., Bide Y., Bagheri S., Salarian M., Omidi F., Nabid M.R. A pH responsive nanogel composed of magnetite, silica and poly (4-vinylpyridine) for extraction of Cd (II), Cu (II), Ni (II) and Pb (II) // Microchimica Acta. 2016. Vol. 183. Issue 1. P. 111–121. https://doi.org/10.1007/s00604-015-1603-8

10. Behbahani M., Salarian M., Amini M.M., Sadeghi O., Bagheri A., Bagheri S. Application of a new functionalized nanoporous silica for simultaneous trace separation and determination of Cd (II), Cu (II), Ni (II), and Pb (II) in food and agricultural products // Food Analytical Methods. 2013. Vol. 6. Issue 5. P. 1320–1329. https://doi.org/10.1007/s12161-012-9545-9

11. Rao M., Parwate A.V., Bhole A.G. Removal of Cr (VI) and Ni (II) from aqueous solution using bagasse and fly ash // Waste Management. 2002. Vol. 22. Issue 7. P. 821–830. https://doi.org/10.1016/S0956-053X(02)00011-9

12. Hannachi Y., Shapovalov N.A., Hannachi A. Adsorption of nickel from aqueous solution by the use of low-cost adsorbents // Korean Journal of Chemical Engineering. 2010. Vol. 27. Issue 1. P. 152–158. https://doi.org/10.1007/s11814-009-0303-7

13. Тарковская И.А. Окисленный уголь. Киев: Наукова думка, 1981. 200 с.

14. Гурьева Р.Ф., Саввин С.Б. Спектрофото-метрические методы определения благородных металлов // Журнал аналитической химии. 2002. Т. 57. N 11. С. 1158–1175.

15. Лурье Ю.Ю., Рыбникова А.И. Химический анализ производственных сточных вод. М: Химия. 1974. 336 с.

16. Дударева Г.Н., Иринчинова Н.В. Сорбционное извлечение никеля в хлораммонийной технологии переработки окисленных руд // Известия вузов. Прикладная химия и биотехнология. 2016. Т. 6. N 2. С. 83–89. https://doi.org/10.21285/2227-2925-2016-6-2-83-89

17. Дударев В.И., Иринчинова Н.В., Филатова Е.Г. Адсорбция ионов никеля (II) из водных растворов углеродными адсорбентами // Известия высший учебных заведений. Серия: Химия и химическая технология. 2017. Т. 60. N 1. С. 75–80. https://doi.org/10.6060/tcct.2017601.5455

18. Dudareva G.N., Irinchinova N.V., Dudarev V.I., Petukhova G.A. Study of removal of nickel (II) from aqueous solutions by sorption // Protection of Metals and Physical Chemistry of Surfaces. 2019. Vol. 55. Issue 5. P. 488–495. https://doi.org/10.1134/S2070205 119050071