Дисперсти жуйелер

Сирек жер элементтерінің комплексті аумақтарының зерттеу барысында белгілі рН реттелген ерітінділер құрамындағы ішкікомплекстік катиондар туралы қосымша мағлұматтар алынды [7].

Сирек жер иондары мен 8-оксихинолин-5-сульфон қышқылдарының  ішкікомплекстік катиондары толығымен сипатталды, олардың тұрақтылығы оксинаттардың ішкікомплекстік катиондарынан жоғары екені анықталды. Тұрақтылықтың жоғарлауы, 8-оксихинолин-5-сульфон қышқылдарының комплексіндегі координация гидроксил мен сульфотопшадағы оттегі атомдары есебінен болуы мүмкін [8].  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

II ТАРАУ  ТӘЖІРИБЕЛІК БӨЛІМ

 

2.1 Сорбентті алу методикасы

Бастапқы шикізат ретінде құрғақ өріктің сүйектерінің қалдықтары қолданылды. Түрлендіруді ағаш қалдықтарын модификатормен 2:1қатынаста термиялық өңдеу арқылы жүргізді. Модификатор ретінде ортофосфор қышқылы (10 моль/л) алынды. Алынған қоспаны тұрақты массаға келгенше,  периодты түрде араластыра отырып, 2-3 тәулік бойы, 102-105˚С температура барысында кептірді. Кептірілген үлгіні термиялық өңдеуге ұшыратты. Қыздыру жылдамдығы 10 град/мин құрады, ал соңғы температура 800˚С болды. Кейін карбонатталған өнім дистилденген сумен жуылып, 1,5 сағат шамасында, 60˚С температура кезінде бейтарап ортаға келгенше кептірілді.

 

2.2 Металл ионына (Ce3+)  қатысты сорбция үрдісінің жүргізу методикасы

Сорбентті (0,5 г) бастапқы концентрациясы бар (10-3 мг/л) металл ерітіндісіне салады, әрбір сорбцияны жүргізу барысында белгіленген уақыт аралығында металл ерітіндісінің рН-н тексеріп отырады. рН мәнін сандық рН метр көмегімен анықтайды. Сынаманы белгілі бір уақыт аралығында (30 мин, 60 мин, 90 мин)  30 мл көлемінде алып, фильтр арқылы өткізеді. Араластыруды бірқалыпты тұрақты түрде жүргізді, сорбент пен ерітіндінің байланысу ұзақтығы 2-кестеде келтірілген.

 

Кесте - 2

Сорбцияны жүргізу шарттары (тәжірбиені жоспарлау әдісі бойынша)

 

№	Уақыт, мин	Температура	Металдың бастапқы концентрациясы, мг/k	Сорбент массасы, г
Ce3+	30	25	10-3	0,5
	60	25	10-3	0,5
	90	25	10-3	0,5

 

 

 

 

 

 

2.3 Ерітіндідегі церийді (III) анықтау методикасы

Алдымен анализдеуші ерітіндіні дайындайды. Сыйымдылығы 200 см3 болатын конусты колбаға анализденетін ерітіндіні құйып, күкірт қышқылының ерітіндісін H2SO4 құяды, оның концентрациясы сұйылтқаннан кейін 0,5 н. тең болуы керек. Ол үшін 2,8 мл H2SO4 (конц.)  100 мл суға қосып, кейін анализденетін ерітіндіні қосады да, белгісіне дейін сумен толтырады. Тотықтырғыш ретінде 1 мл көлемдегі AgNO3 ерітіндісі (0.1 н.) және (NH4)2S2O8 (2 г сулы ерітіндіде) қолданылады. (NH4)2S2O8 орнына K2S2O8-ті қолдануға болады. Кейін анализденетін ерітіндіні дайын болғаннан соң, колбаны 25 мин уақыт аралығында қыздырып, бөлме температурасына дейін суытады. Жұмыс ерітіндісі ретінде 0,1 н. FeSO4 ерітіндісі пайдаланылады. Ол үшін 27,8 г. FeSO4 * 6 H2O 50 мл 5 н. H2SO4 ерітеді де, 1 л. Келгенше сумен толтырады. Сонымен қатар, 0,5 %  дифениламин индикаторын дайындау қажет. Реактивтің 0,5 г сулы ерітіндідегі 3 мл H2SO4 конц қосып, 100 мл ерітеді. Титрлеуді жүргізгенде стандартты ерітінді ретінде 0,1 н. FeSO4 қолданылады. Кейін анализденетін ерітіндіні FeSO4 ерітіндісімен ақшыл-жасыл түске енгенше титрлейді. Осы зерттеу жұмысының есептеу жолдары келесідей жүргізіледі:

 

       (3)

 

мұндағы, - титрлеуге жұмсалған көлемі, см3; стандартты темір (II) ерітіндісінің нормалдылығы, г/экв; – анализденетін ерітінді көлемі.

 

2.4 Қолданылған реактивтер мен ерітінділер

Барлық реактивтер «х.ч.» және «ч.д.а» квалификациясына ие болды. Тәжірбие үшін келесі приборлар мен реактивтер қолданылды.

Электрондық таразы;

Магнитті айналдырғыш ММ-5;

Әмбебап индикатор қағазы, ТУ6-09-1181;

Церий сульфаты ерітіндісі, 10-3М;

Цилиндрлер  (100 мл);

Өлшеуіш пробиркалар мен цилиндрлер;

H2SO4 (конц) ерітіндісі;

AgNO3 (0.1 н.) ерітіндісі, көлемі 1 мл;

(NH4)2S2O8 ерітіндісі;

 

ІІІ ТАРАУ АЛЫНҒАН НӘТИЖЕЛЕРДІ ТАЛҚЫЛАУ

 

Бұл зерттеулердің негізгі мақсаты церий иондарына  (ІІІ) қатысты өрік сүйектері негізінде көміртекті сорбенттің сорбциялық қабілеті мен кинетикасын зерттеу және осы ионның сорбциялық сыйымдылығына температура әсерін байқау болып табылады. Сорбциялық сыйымдылық сорбенттің 1 грамымен  байланысқан церий иондарының санымен анықталады.  Байланысқан иондардың мөлшерін церий ионының бастапқы және қалдық мөлшерлерінің айырмашылығымен анықтады. Сорбенттің адсорбциялық қасиеттері тәжірбие бойынша алынған көрсеткіштерге сүйене отырып,  адсорбция мәніне сәйкес бағаланды.  Адсорбция шамасының есептеулерін келесі тәуелділік бойынша жүргізді:

 

             (4)

 

мұндағы, С0, Степе-тең – церий ионының бастапқы және тепе-теңдік концентрациялары ммоль/л; V – ерітінді көлемі, л; m – сорбент сынамасының массасы, г. 

Теориялық адсорбциялық қабілет Фрейндлих және Ленгмюр теңдеулерімен сипатталуы мүмкін, ол адсорбент табиғатына байланысты біріншісіне немесе екіншісіне бағынады.

Фрейндлих теңдеулерін логарифмдік түрде қолдану тиімді болып табылады:

             (5)

 

мұндағы, К және 1/n – константалар; x/m– адсорбция.

 

Константалар (K) адсорбент адсорбат табиғатына тәуелді болып келеді және кең шекараларда ауытқу мәнін көрсетеді. 1/n – адсорбат табиғатына тәуелді адсорбциялық көрсеткіш.

 

Константалар шамалар  логарифмдік тәуелділіктер бойынша анықталды:

 

                      (6)

 

 

 

 

Ленгмюр теңдеуі:

 

      (7)

 

мұндағы, А∞; b – константалар; С – тепе-теңдік  концентрациясы.

 

Константаларды анықтау үшін 1/A = f(1/ΔC) графикалық тәуелділік қолданылды. А∞ константасы адсорбенттің максималды сыйымдылығын анықтап, сорбент молекуларының өлшемдерінен тәуелді болып келеді. Адсорбциялық үрдістің тепе-теңдік константасы «b» адсорбаттың адсорбентке ұқсастығына байланысты. Егер ол үлкен шамады болса, онда ұқсастығы байқалады. Церий (III) ионының қалдық концентрациясының сорбция үрдісінің уақытына байланысты өзгерісі 3-кестеде келтірілген.

 

Кесте 3

298, 318 К  кезіндегі сорбциядан кейінгі  ерітіндідегі церий иондар (III) концентрациясының  өзгерісі (С, ммоль/л)

 

t, мин	Бастапқы материалдан алынған сорбент		Бастапқы материалды ксантогенатпен түрлендіруден кейінгі сорбент
	298 К	318 К	298 К	318 К
0	-	-	-	-
30	0,435	0,42	0,890	0,61
60	0,415	0,41	0,810	0,59
90	0,395	4,0	0,730	0,55

 

Сурет 1.  Сорбенттердің 298, 318 К температуралардағы  уақытқа байланысты сорбциялық сыйымдылығының өзгерісі (1- бастапқы материал, 2-модифицирленген материал)

 

1-суреттен  байқағанымыздай, үшвалентті церий  иондары модифицирленген сорбентке  қарағанда бастапқы сорбентте  жақсы сорбцияланады. Бұл құбылысты  церий иондары (III) үшін гидратация, гидролиз, полимеризация және комплекстүзу  процестері тән екендігімен түсіндіруге  болады [9]. Бейтарап және қышқылды сулы ерітінділерде (біздің жағдайда рН = 5; рН = 6) церий иондар аквакомплекс [Ce(H2O)n]3- және [Ce(H2O)nOH]2+гидроксиаквакомплекстер түрінде болады, мұндағы n=5-8.

Модифицирленген сорбентті қолданған жағдайда бастапқы ерітінді концентрациясымен салыстырғанда, ерітіндідегі жалпы концентрация жоғары болып келеді, бұл ерітіндіге сорбент бетінен модификатордың біртіндеп ауысуымен түсіндіріледі. Концентарцияның артуы церий (III) комплекстерінің берік болуына әкеледі, бұл гидратты қабықшадағы энергия бөлінуінің нәтижесінде сорбция үрдісінің төмендеуіне негізделген.  Барлық жағдайларда сорбент пен сорбат арасындағы байланыс уақыты адсорбция шамасының артуына әкеледі. Ортаның температурасын 20 К көтергенде, церий иондарының (III) адсорбциясының жоғарлауын көрсетеді. Сонымен қатар, барлық жоғарыда аталған өзгерістер тазалау дәрежесінің мәніне де әсер ететіні анықталды (2-сурет).

 

 

 

 

Сурет 2. Сорбент қатысындағы церий (III)  иондарының тазалану дәрежесі (1-бастапқы материал,  2-модифицирленген материал)

 

298 К кезіндегі  сорбция үрдісінің интегралдық  қисықтарын сипаттайтын теңдеулер  алынды:

 

A= 0,057*LN(t) - 0,151 (1-ші сорбент үшін)

 

A= 0,014*LN(t) + 0,177 (2-ші сорбент үшін)

 

Адсорбциялық қабілет теориялық түрде Фрейндлих пен Ленгмюр теңдеулерімен сипатталды. Константалар шамасына сәйкес келетін графикалық тәуелділіктер бойынша анықтады. Фрейндлих теңдеулерінің коэффициенттері графикалық тәуелділіктер бойынша табылды:

 

                   (8)

 

 

1. сорбент 1 - К=8,83*10-4 (298 К), К=1,92*10-5 (318 К).
2. сорбент 2 - К=6,71*10-3 (298 К), К=2,00*10-9 (318 К).

Ленгмюр теңдеулерінің коэффициенттері (сорбция тұрақтылары) Фрейндлих-Бедеккер теңдеуімен алынған мәндермен сәйкес келеді.

Алынған нәтижелер негізінде сорбция үрдісінің термодинамикалық көрсеткіштерін есептеу жұмыстары жасалды, олар 4-кестеде келтірілген.

 

Кесте 4

Сорбция үрдісінің термодинамикалық көрсеткіштері

 

Анықталатын шама	Температура, К	Сорбенттер
		1	2
-ΔG∙10-3, кДж/моль	298	2143,74	16279,2
	318	46,69	0,0485
-ΔН, кДж/моль		150,747	591,93
-ΔS, J·mole/К	298	505,854	1986,29
	318	474,046	1861,41

 

Алынған нәтижелерді саралай келе, зерттелген сорбент қатысындағы үшвалентті церий ионының сорбция үрдісі тез жүретінін анықтайды. Анықталған энтальпия мен изобара-изотермиялық потенциалдардың теріс мәндері сорбция үрдісінің спонтанды табиғатын көрсетеді.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ҚОРЫТЫНДЫ

 

Қорытындылай келе, өрік сүйегін түрлендіру барысында алынған көміртекті сорбент сорбция үрдісін жүргізуге біршама тиімді болып табылады. Сорбция үрдісін жүргізу барысында зерттелген сорбенттің церий (ІІІ) ионына қатысты қасиеттері анықталып, сәйкесінше тазалану дәрежесі белгіленді. Сорбенттің адсорбциялық қасиеттері тәжірбие бойынша алынған көрсеткіштерге сүйене отырып,  адсорбция мәніне сәйкес бағаланды. Алынған нәтижелер Ленгмюр және Фрейндлих теңдеулерімен өңделді. Зерттеу нәтижесінде, церий иондары (Ce3+) модифицирленген сорбентке қарағанда бастапқы сорбентте жақсы сорбцияланатынын көрсетті. Анықталған энтальпия мен изобара-изотермиялық потенциалдардың теріс мәндері сорбция үрдісінің спонтанды табиғатын көрсетеді. Осылайша, зерттелген сорбент адсорбция үрдісіне қатыса алады және жоғары сорбциялық белсенділікті анықтады.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ПАЙДАЛАНЫЛҒАН ӘДЕБИЕТТЕР

 

 

1. Хотунцев Ю.Л. Человек, технологии, окружающая среда. - М.: Устойчивый мир, 2001. - 275 с.
2. Смирнов А.Д. Сорбционная очистка воды. - Л.: Химия, 1982. - 168 с.
3. Rivas B. L. Preparation and adsorption properties of the chelating resins containing carboxylic, sulfonic, and imidazole groups/ B.L. Rivas, M. Jara, E. D. Pereira// J.Appl. Pol. Sci. - 2003. Vol. 89, № 10. - P. 2852-2856.
4. http://www.rae.ru/fs/section=content&op=show_9
5. Салдадзе К.М., Копылева-Валова В.Д. Комплексообразующие иониты (комплексоны). - М.: Химия, 1980. - 336 с.
6. Манин Н.Г., Кустов А.В., Вандышев В.Н., Королев В.П., Сб.науч.тр. «Химия растворов и технология жидкофазных материалов. Достижения и перспективы.» .Иваново: ИХР РАН, 2006. 332 с.
7. Батов Д. Б., Вандышев В.Н.,Королев В. П., Крестов Г.А. Журн. физ. Химии. 1983.Т.57.№1. С.253.
8. Васильев В.П., Козловский Е.В.,Бородин  В.А.  Журн.неорган.химии.1988.Т.33.С.1047.
9. Кожевникова Н.М. Сорбция ионов церия (III) из водных растворов природным клипотилолитсодержащим туфом//Вестник Бурятского государственного университетаю-2012.-№3.-СС.43-46.