平衡和热力学研究的铁(III)激活水浮莲Stratiotes叶子纳米碳

文摘

本研究是在铁(III)离子的吸附活化水浮莲Stratiotes叶子纳米碳。它使用批处理吸附技术。接触时间的影响,初始浓度、吸附剂的雷竞技网页版用量和溶液pH值的影响。RL值的等温线的研究表明,吸附过程是有利的。热力学参数,如ΔH0ΔS0和ΔG0评估。数据表明,吸附是自发的,是一个吸热大自然。吸附动力学与伪测试——第二个订单,Elovich模型和内部粒子扩散模型。动力学研究表明吸附伪——第二订单的反应。这项研究表明,内部粒子发挥了重大作用,铁(III)离子的吸附机制。活化的水浮莲Stratiotes叶子纳米碳具有较高的吸附容量和吸附速率除铁(III)的离子从溶液。

关键字

吸附、铁(III)离子,动力学,激活水浮莲Stratiotes叶子纳米碳,热力学

介绍

移除重金属如铅、铁、铬、Cd,有限公司,从地面和工业用水等,是一种极大的兴趣,特别是在国家有限的水资源。铁离子的研究已经引起了很多人的关注的重金属之一,他们被发现在许多制造业如金属加工和镀锌管(1]。铁离子的存在在地面和工业用水变得有毒,然后可能会导致在高水平环境和人类健康问题(2,3]。岩石圈的主要成分是铁由大约5%。在大多数城市的城市垃圾废水含有铁,因为他们生产的钢铁行业。在大多数的部分表面的水的形式是沉积物形成的铁与硫酸复合物。铁的主要担忧饮用水减少水的味道。饮用水的味道可以很容易地发现即使在低浓度铁1.8毫克/升(4铁毒性引起许多问题,据说包括厌食、oligura,腹泻,体温过低,二相的冲击,代谢性酸中毒,甚至死亡。它也会导致血管堵塞的胃肠道大脑、肝脏、肾脏、心脏、肾上腺和胸腺。急性铁中毒,损伤的发生可能导致的胃肠道和肝脏铁浓度和高水平的自由基的生产导致heptatoxicity通过脂质/肝线粒体的氧化和破坏。由于铁储存疾病,肝脏成为肝硬化。原发性肝癌,肝癌已成为患者最常见的死亡原因,血色沉着病(5]有机污染物,可以bio-degraded,重金属不降解成无害的最终产品(6]。

在目前的调查铁离子的吸附活性纳米碳准备马马钱子l .通过与硫酸碳化已经实现。获得的动能和平衡吸附数据被用来描述样本准备(7]。吸附的数量和利率

铁上面使用激活纳米碳从水中被测量。三种简化动力学模型包括伪一阶,伪二阶方程和Elovich方程被用来描述吸附过程。

材料和方法

吸收剂

的水浮莲Stratiotes树叶(Akayat-tamarai)收集从附近Thiruvarur区被激活在1200°C的马弗炉5小时取出,地面细粉和存储在一个真空干燥器。

批量吸附研究

各种参数的影响在除铁(III)激活水浮莲Stratiotes叶子纳米碳进行了研究。使用的所有化学品在商用AR级的高纯度。股票的解决方案被吸附物含有1000 mg / L(铁(III)是由溶解铁(III)铵硫酸盐的7.0200 g十水合物de-ionized水。股票的解决方案是稀释到所需的初始浓度(范围25到125 mg / L)。在每个吸附实验中,50毫升已知浓度的金属离子溶液添加25毫克的激活水浮莲Stratiotes叶子纳米碳在30 250毫升塞玻璃烧瓶,40、50和60°C,混合搅拌的机械振动器120分钟。

样本撤回在适当的时间间隔和吸附剂的分离是在1500转离心10分钟。残留的分析了浮在表面的铁(III)浓度和测量治疗前后的原子吸收分光光度计(珀金埃尔默2380)。pH值对吸附率的影响是研究使用铁(III) 50 mg / L的浓度持续激活水浮莲Stratiotes叶子纳米碳。pH值调整与1 n盐酸和1 n氢氧化钠溶液。的吸附过程进行了在不同温度下(30、40、50、60°C)。这是帮助评估变更的影响热力学参数引起的温度效应。的吸附量在时间t, qt(毫克/ g),可以使用以下公式确定;

其中C_t是金属离子液相浓度(毫克/升),在任何时候,C_o初始浓度的金属离子在溶液中(毫克/升),V是溶液的体积(L) W是吸附剂的质量(g)的吸附平衡问_e(毫克/ g)被使用以下公式计算

其中C₀和C_e是液相的铁(III)离子浓度(毫克/升)最初在平衡。铁(III)离子的去除百分比可以计算为:

其中C₀是初始铁(III)在溶液中离子浓度(毫克/升),和Ce是平衡铁(III)在溶液中离子的浓度(毫克/升),

结果与讨论

接触时间对铁(III雷竞技网页版)离子吸附

在批处理吸附过程中接触时间是强有力的因素之一。雷竞技网页版在合成过程中所有的参数除了接触时间、温度(30、40、50和60°C),吸附剂剂量(25毫克,50毫升)和搅雷竞技网页版拌速度(120 rpm),是保持不变的。的最大去除铁(III)激活水浮莲Stratiotes叶子纳米碳需要接触时间60分钟,这是代表(雷竞技网页版图1),据透露,除铁(III)随着接触时间的增加而增加,和最佳的去除效率就达到40分钟。雷竞技网页版有最大的吸附发生在40分钟后吸附阶段达到一个平衡。在这一点上最大的铁(III)吸附在特定的条件下。(图1),表明,时间变化曲线是单一的、连续的和光滑的,它显示了外部接口上形成单层覆盖的吸附剂7- - - - - -9]

最初的铁(III)浓度的影响

研究初始铁(III)的影响离子在吸附层面不同浓度(25、50、75100和125 mg / L)在恒定的温度下(30、40、50和60 0 c), pH值6.5搅拌速度(120 rpm), 25通用的吸附剂剂量(25毫克/ 50毫升)。最初的去除效率的影响铁(III)离子浓度得到的实验结果(表1),这表明增加初始铁(III)浓度结果减少铁(III)离子的去除效率。的低铁(III)离子浓度的比值初始金属离子的摩尔数可用吸附剂的表面积大,随后部分吸附成为独立的初始浓度(10]然而在更高浓度的金属离子吸附的可用的网站变得更少,因此去除金属离子的比例取决于初始浓度

吸附剂用量的影响

不同吸附剂剂量的影响研究运用(25、50、75、100和125毫克)。他们是激动与50毫升的铁(III)离子解决方案。数据表表2。吸附剂用量对吸附影响的铁(III)离子APSNC表示(图2),这是表明吸附剂剂量的增加与增加铁(III)离子去除效率。这是由于吸附剂的表面积增加了联系。雷竞技网页版更可能对铁(III)离子吸附在吸附和吸附效率增加。因此整个研究进行的吸附剂剂量25毫克50毫升的吸附物的解决方案。

溶液pH值的影响

溶液的pH值是最重要的因素之一,控制金属离子的吸附在吸附剂材料。吸附能力可以归因于溶液中重金属的化学形态在特定的pH值(即纯离子金属形式或羟基形式)。此外,由于不同的吸附剂表面的官能团,成为活跃的金属绑定在一个特定的pH值的影响吸附可以大幅改变。因此,pH值的增加可能导致增加或减少吸附,导致不同的最适pH值依赖于类型的吸附剂。检查除铁效果的pH值%(3)离子,溶液的pH值从2.0到10.0通过添加不同酸和碱Thisincreases股票的解决方案可能是由于表面的负电荷的吸附剂,响应金属绑定。然而,随着pH值降低,氢离子与金属离子吸附剂吸附的网站,整体表面电荷的粒子成为积极和希德绑定的带正电的金属离子11]。在另一方面,减少吸附pH > 6.5可能是由于占领下的氢氧根离子的吸附网站阻碍这种离子的方法进一步对吸附剂表面。从实验结果,最佳pH值范围的吸附铁(III)离子是2.0 - 6.5所示Figure.3。

吸附等温线 朗缪尔等温线模型

朗缪尔等温线模型(12]研究了溶质的饱和单层覆盖表面的吸附剂。朗缪尔等温线模型的线性表达式应用于表单

Ce是平衡常数的金属离子(毫克/升),量化宽松是金属离子吸附量的平衡(毫克/ g), Qm常数相关最大吸附容量(毫克/克),b是朗缪尔吸附常数相关的能量。从方程的线性情节Ce / qe对Ce应该是一条直线。这表明吸附遵循朗缪尔等温线模型。常数Qm和b可以计算斜率和截距的情节和给出的值Table.2。朗缪尔等温线的形状可以通过无量纲因子,表达了RL (13,14),RL值给一个想法的本质下面给出的吸附过程。

目前的RL值是0到1的调查。RL值了表。3。结果表明朗缪尔等温线模型非常适合选择的吸附物和吸附剂系统。

弗伦德里希等温线

金属离子分布液相与固相之间可以通过使用弗伦德里希等温线模型描述(15),著名的弗伦德里希等温线模型给出的方程

量化宽松政策在哪里的铁(III)离子吸附在吸附剂每单位重量(毫克/克)、kf是弗伦德里希常数,它与衡量吸附容量(毫克/克)。1 / n的吸附强度(毫克/升)和Ce平衡浓度(毫克/升)。日志的线性情节量化宽松对日志Ce Kf和1 / n值可以得到的斜率和截距分别为和的值列表表。2。当1 / n值介于1到10的线性弗图显示的形成多层的铁(III)吸附剂表面。弗伦德里希吸附系数Kf的铁(III)激活水浮莲Stratiotes叶子纳米碳被发现是4.7951,4.8733,4.4842和5.0665 mg / L。从1 / n的值和Kf确认石膏对更为高效的除铁(III)离子。

热力学参数

标准自由能(ΔG等热力学参数⁰)标准(ΔH焓变化⁰熵的变化(ΔS)和标准⁰)利用平衡常数计算(K0)随温度改变(T),自由能变化可以由以下方程(16]。

在ΔG⁰是吸附过程的自由能变化(焦每摩尔),Ko平衡常数,T (K)的温度,通用气体常数R。表达的自由能变化可能的吸附焓变化作为温度的函数如下

吸附系数K0可以通过组合和重新排列方程式(6)和(7)

在ΔH⁰是标准的热变化的吸附,ΔS吗⁰是吸附的熵变(焦每摩尔)。标准自由焓和熵的变化的斜率和截距值评价线性情节lnk0 1 / T。热力学参数值得到方程(8)的铁(III)离子的吸附活化水浮莲Stratiotes叶子纳米碳和的值列表Table.4。负的自由能变化的自发吸附的性质确认铁(III)激活水浮莲Stratiotes叶子纳米碳和积极的价值观ΔH确认吸热吸附过程的性质。积极的价值观显示增加随机性在固体溶液界面吸附的金属离子激活水浮莲Stratiotes叶子纳米碳。

伪二阶模型

pseudo -第二个订单率表达式基于固相的吸附能力通常是表示(17]

在k2二级吸附的速率常数(g.mg吗¹.min¹),同样的边界条件方程式的综合形式(9)

如果初始吸附率h (mg.g¹最小值¹)在t = 0被定义为

k2和h值可以计算斜率和截距的块(t / qt)与t pseudo -第二点速率常数k吗₂价值观、h值和相关系数(γ)值了表。5。公平程度的计算值和实验值之间的协议被发现在pseudo -二阶模型。吸附的相关系数的铁(III)被发现非常高(γ= 0.99)。这表明,价值,吸附能力(qe)非常接近计算吸附能力,吸附的铁(III)离子激活水浮莲Stratiotes叶子纳米碳遵循伪秒的顺序模式。

Elovich方程模型

Elovich模型(18,19)相关的不同吸附表面积和吸附率。通常表示为;

其中α是初始吸附率(mg.g吗¹最小值¹),β是解吸常数(g . mg¹),在任何一个实验。积分方程边界条件的方程式(12)

如果铁(III)吸附符合qt的阴谋Elovich模型与ln (t)应该产生一个线性关系(1 /β)的斜率和截距(1 /β)的ln(α,β),Elovich方程的参数α,β和相关系数(γ)中Table.5。从Elovich模型表明,初始吸附温度增加而增加在所有大小的吸附剂。

intra-particle扩散模型

韦伯和莫里斯(20.)建议下面的动力学模型来识别所涉及的机制内部粒子的吸附过程是扩散模型。通常表示为

孩子在哪里intra-particle速率常数(毫克/ g / min1/2), c是拦截,qt的金属离子吸附(毫克/ g),在时间t。情节的qt Vs t1/2, intra-particle速率常数可以确定边坡的阴谋。C的值给知道边界层厚度。在计算内部粒子扩散参数表5。γ值表明,内部粒子扩散过程控制吸附率。

结论

铁(III)的吸附活化水浮莲Stratiotes叶子纳米碳调查研究工作。吸附平衡好与朗缪尔模型和弗伦德里希等温线模型。吸附动力学过程被发现伪秒的顺序模式。等温线和动力学研究表明,APSNC可以有效地用于铁(III)离子的吸附。热力学结果表明,铁(III)离子的吸附APSNC自发和物理吸附。

确认

作者衷心感谢大学拨款委员会,新德里从主要研究项目提供资金

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