ИССЛЕДОВАНИЕ АДСОРБЦИИ ЖЕЛЕЗА(II) ИЗ ВОДНЫХ РАСТВОРОВ МОДИФИЦИРОВАННЫМ УГЛЕРОДНЫМ МАТЕРИАЛОМ НА ОСНОВЕ АНТРАЦИТА

Abstract

Listen

Translate article

Исследована возможность повышения адсорбционной емкости сорбента “Пуролат-Стандарт” - дешевого углеродного материала на основе антрацита, по отношению к ионам железа(II). В качестве модификаторов были использованы серная кислота, аминоэтановая кислота и их сочетание. Изучено влияние модифицирования на пористую структуру и состояние поверхности анализируемых сорбентов, установлено, что только обработка серной кислотой заметно сказывается на характеристиках структуры углеродного материала. Сравнение микрофотографий образцов до и после адсорбции ионов железа позволило предположить его адсорбцию на поверхности макропор. С помощью рентгенофазового анализа показано, что выбранные способы модифицирования не изменяют фазовый состав сорбентов. Согласно данным спектроскопических исследований, процесс модифицирования образцов сорбента приводит к изменению качественного и количественного состава поверхностных групп. Проведено исследование адсорбции ионов железа(II) на исходном и модифицированных образцах углеродного материала в условиях равновесия. Выявлено, что использование в качестве модификатора аминоэтановой кислоты кардинально изменяет форму изотерм адсорбции иона металла, что обусловлено различным составом функциональных групп на поверхности образцов и изменением типа взаимодействия сорбент-сорбат. При использовании модели Ленгмюра и модифицированного для случая адсорбции ионов уравнения Дубинина-Радушкевича рассчитаны основные адсорбционные характеристики. Сделано предположение, что для исходного и обработанного серной кислотой сорбентов, а также для модифицированных аминоэтановой кислотой образцов при низких равновесных концентрациях железа адсорбция происходит за счет ионного обмена. В области более высоких равновесных концентраций для обработанных аминокислотой сорбентов возможно образование комплексов ионов железа с модификатором. Установлено, что наиболее перспективным образцом для применения в качестве сорбента для извлечения ионов железа из подземных вод является модифицированный и серной, и аминоэтановой кислотами (при последовательной пропитке) углеродный материал, обладающий наибольшей адсорбционной емкостью. The possibility to increase the adsorption capacity of the sorbent Purolat-Standard, a cheap anthracite-based carbon material (CM), towards iron(II) ions was studied. Sulphuric acid, aminoethanoic acid, and their combination were used as modifiers. The effect of modification on the porous structure and surface state of the analysed sorbents was examined. It has been found that only treatment with sulphuric acid has a significant impact on the structural characteristics of the carbon material. A comparison of microphotographs of the samples before and after iron ion adsorption suggests its adsorption on the surface of macropores. It is shown with the help of X-ray diffraction analysis that the chosen modification methods do not change the phase composition of the sorbents. According to the data of spectroscopic studies, modification of sorbent samples leads to changes in the qualitative and quantitative composition of surface groups. The adsorption of iron(II) ions on the initial and modified samples of carbon material was studied under equilibrium conditions. It was found that using AEA as a modifier fundamentally alters the shape of the metal ion adsorption isotherms. The use of aminoethanoic acid as a modifying agent has been determined to strongly alter the shape of metal ion adsorption isotherms, which is due to different composition of functional groups on the sample surface and changes in the sorbent-sorbate interaction type. Using the Langmuir model and a modified Dubinin-Radushkevich equation for ion adsorption, the main adsorption characteristics were calculated. It is assumed that for the initial sorbent and the sample treated with sulphuric acid, as well as for the samples modified with aminoethanoic acid, in the case of low equilibrium iron concentration, adsorption proceeds via ion exchange. At higher equilibrium concentrations, the formation of iron ion complexes with the modifier is possible for the sorbents treated with the amino acid. It is established that the most promising sample for use as a sorbent for extracting iron ions from groundwater is the carbon material modified with both sulphuric and aminoethanoic acids (by sequential impregnation), which demonstrates the highest adsorption capacity.