Адсорбция ионов серебра природным цеолитом – клиноптилолитом

Ирена Марковска,

доцент, доктор наук,

Тодор Михалев,

аспирант, руководитель лаборатории экологии,

Университет «Профессор доктор Асен Златаров», г. Бургас, Болгария.

Введение

Природные цеолиты представляют собой микропористые тела, обладающие высокими адсорбционными свойствами, такие выводы были сделаны в работе Дубинина и соавторов [1]. Цеолиты являются алюмосиликатными материалами, которые поглощают катионы через его свободно отрицательный заряд. Это уникальное свойство делает их исключительно полезными в очистке, как питьевой воды, так и сточных вод от различных тяжелых металлов [2-6]. Природные цеолиты являются носителями пестицидов и гербицидов [7]. Их успешное применение в медицине происходит благодаря адсорбции ионов серебра [8]. В данной работе проведено исследование адсорбционной способности и скорости адсорбции ионов серебра с природным цеолитом – клиноптилолитом.

Материалы и методы

Адсорбат

Для целей эксперимента был использован стандартный раствор серебра 3,14 мг / л, (изначальный стандартный раствор Scharlau, Silver, standard solution 1000 mg/l Ag for AA (silver nitrate in nitric acid from 0,5 mol/l – 1000 mg/l Ag)).

Адсорбент

В качестве адсорбента используется болгарский природный цеолит (клиноптилолит) из месторождения с. Бели Пласт, СВ Родопы. На рис. 1 представлен рентгеноструктурный анализ содержания клиноптилолита. Проведенная дифрактограма помогла установить следующий минеральный состав:

Клиниптилолит (Na, K, Ca)₆(Si,Al)₃₆O₇₂.20H₂O – 98 %

Кварц (SiO₂) - 2 %

Соответственно, для целей эксперимента, цеолит подвергся следующей обработке – перемелет мельницей модели «Retsch», просеян через вибрационное сито модели «Retsch, высушен при температуре 120°С в течение 2 ч в сушильной камере модели «J.P.SELECTA,s.a.», термоактивирован при температуре 400°С в течение 2 ч в печи модели «Carbolite CSF 1100». Полученный таким образом цеолит был использован в ходе эксперимента.

Рис. 1. Дифрактограмма рентгеноструктурного анализа природного цеолита с. Бели Пласт, Болгария.

Эксперементальная часть

Эксперимент проведен путем использования фондового стандартного раствора серебра концентрацией 1000 мг/л, из которого используется аликвотный раствор и получается стандартный раствор концентрацией 3,14 мг/л. Взвешивается 0,20 г цеолита (термобработанного), с точностью до второго знака после запятой техническими весами модели «Sartorius». Затем в стакан объемом 150 мл смешивается адсорбент (цеолит 0,20 г) и адсорбат (100 мл от 3,14 мг / л стандартного раствора ионов серебра), с помощью магнитной мешалки «HANNA» с регулируемыми оборотами интенсивно гомогенизируются раствор при температуре 20°С. Происходит прерывание процесса адсорбции на первой минуте, третьей, пятой и десятой минутах. Прерывание осуществляется в том случае, когда раствор адсорбента и адсорбата фильтруют под вакуумом через фильтр 0,45 µm. Раствор сорбата получен на первой, третьей, пятой и десятой минутах, что проанализировано с помощью ICP-OES Analysis (Inductively Coupled Plasma Optical Emission Spectroscopy). Результаты анализов представлены на рис. 2. На рис. 3 представлен капацитет адсорбции (Qе) ионов серебра, которые рассчитываются по следующей формуле:

Qe = (С1- С2)*V/M,

где: С1 – концентрация элемента в исходном растворе mg/l, С2 – остаточная концентрация элемента в исходном растворе mg/l, M – масса адсорбента в mg, V – объем исследованного раствора в l, Qe – адсорбционный капацитет катионния а, mg/g сорбент.

Исчисление средней скорости адсорбции происходит путем использования следующей формулы:

Vср.= ΔС/ΔТ,

где: ΔС = Сн – Скр., различие между начальной и крайней концентрации исследуемого участка времени ΔТ, в mg/l; ΔТ = Тн. – Ткр., где Тн. является начальным и Ткр. – крайним отрезком времени исследуемого интервала времени ΔТ, в min.

Рис. 2. Адсорбция ионов серебра.

Рис. 3. Адсорбционный капацитет ионов серебра.

Таблица. 1

Обсуждение результатов

От проведенного эксперимента абсорбции серебра с клиноптилолитом из болгарского месторождения с.Бели палст, можно сделать следующее заключение: При проведении рентгеновой дефрактограммы стало ясно, что образец содержит 98% клиноптилолита и 2% диоксида кремния. Поглощение ионов серебра показаны на рис. 1 и графично представлены адсорбционной способности иона на рис. 2, где видно, что клиноптилолит поглощает ионы серебра с существенной скоростью в течение короткого времени.

Насыщение ионами серебра из водных растворов клиноптилолита может быть достигнуто в течение первой минуты, что является коротким технологическим временем и экономически рентабельным для использования в медицине в качестве препарата в терапевтических целях.

Из таблицы 1 видно, что время, которое требуется для насыщения ионами серебра, наступает в течение первой минуты со скоростью адсорбции 0,064 мг / л / мин. Последующее насыщение значительно замедляется и технологически не способствует большим его насыщением ионами серебра клиноптилолитом.

Выводы

1.                   С помощью эксперимента была установлена кривая поглощения ионов серебра в зависимости от времени контакта между адсорбентом (природный цеолит) клиноптилолитом и адсорбатом – ионами серебра.

2.                   Установлен абсорбационный капацитет и скорость поглощения ионов серебра природным цеолитом.

3.                   Опыт показал, что самая высокая скорость адсорбции происходит в диапазоне первой минуты. Последующее время насыщения не может быть весомым вкладом в процесс адсорбции ионов серебра.

Литература

1.                   М.М.Дубинин, Н.С.Ложкова, Б.А.Онусайтис. В кн.: Клиноптилолит, „Мецниереба“, Тибилиси, 1977, 101-108.

2.                   T.Michalev, I. Petrov, The Removal of Heavy Metal Ions by Synthetic Zeolites: A Review, Proceedings, University of Ruse, 2012, vol. 51, book 9.1, 79-84.

3.                   Т.Михалев, Ив.Петров, Ив.Чомаков, Премахване на медни и никелови йони във водни разтвори от природен зеолит, Science & Technologies,Volume III, Number 4, 2013, 51-55

4.                   Т.Михалев Ив.Петров, Ив.Пейчев, Премахване на оловни и кадмиеви йони във водни разтвори с природен зеолит (клиноптилолит): I.Термодинамика , Proceedings, University of Ruse, 2013, vol. 52, book 10.1, 225-229

5.                   Todor Michalev, Ivan Petrov and Ivan Pejchev , The removal of Cu(II) ions from aqueous solutions on synthetic Zeolite NaA, XLIX international scientific conference on information, communication and energy systems and technologies, 2014 г.,Nis, Serbia

6.                   Т.Михалев, Ив.Петров, Ив.Пейчев, Премахване на оловни и кадмиеви йони във водни разтвори с природен зеолит (клиноптилолит): I.Термодинамика , Proceedings, University of Ruse, 2013, vol. 52, book 10.1, 225-229

7.                   F.A.Mumpton. In: Natural Zeolites. Occurence, Properties, Use. Pergamon Press, 1978, 3-27.

8.                   Ц.Блакански, Т. Михалев, Средство за лечение на рани. Свидетелство за полезен модел № 2002/05.01.2015 г, публ. в бюлетин 12/30.12.2014 г. на патентното ведомство, България.

Поступила в редакцию 14.04.2015 г.