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硬度的有效的解决方案通过使用吸附技术在高岭石绿土吸附剂从水溶液

*通信:

马哈茂德·Fathy埃及石油研究所、应用石油部门,埃及,电话:+ 227478474 (202);电子邮件: (电子邮件保护)

文摘

高硬度的地下水会导致一些问题在家庭和工业使用。因此,本研究进行了。几个参数影响Ca2 +的吸附行为和Mg2 +从溶液到粘土矿物,即。、pH值、交换时间、初始离子浓度和温度。所有因素通过批处理技术。最佳pH值Ca2 + 6.0和Mg2 +吸附被发现。以及一些热力学参数计算ΔGΔSΔH表明吸附是自发的,放纵和吸热的。等温线的建模研究,结果表明,弗伦德里希等温线模型安装比朗缪尔,表明异构Ca2 +的场所和Mg2 +吸附。

关键字

高岭石蒙脱石复合材料;吸附;硬度;软化;钙;镁

介绍

世界上某些地区像埃及依赖地下水作为水的主要来源。硬度高的地下水会导致问题在家庭和工业应用Ca的反应^{2 +}、镁^{2 +}锰^{2 +}用肥皂阴离子在洗(1]。数量的杂质的净化饮用水、地下水和水道是可取的日常使用和生产使用。随着污染物,僵硬的水吸收矿物质如钙、镁、铁、锰离子可以回复用肥皂洗期间阴离子,减少光滑的有效性。矿物质的刺激规模问题和威胁灾害管的水库,温暖散射电子机器组成的洗衣机、洗碗机和蒸汽熨斗。消除二价离子,许多礼仪来解决问题已经广泛开展水能力的方法(2软化像化学沉淀、离子交换过程,纳滤,反渗透和电膜电渗析技术实例,反向电渗析除盐逆转,但吸附在粘土硬度特别天然粘土验证是有效的解决方案如高岭石、蒙脱石、montmorilite、膨润土、蛭石、针铁矿比较其他技术(3]。

吸附在粘土有很多优势,如低成本、可用性、盈利能力、易于操作,效率和有效性。吸附过程是通过粘土层发生肿胀,以适应吸附水和离子物种。以及粘土可交换阳离子和阴离子的表面可以用Ca交换^{2 +}和毫克⁺离子从溶液中4]。在这项研究中使用的材料都是沉积岩Bayda,埃及石油收集可以利用孔隙度和去除金属离子的水溶液,因为它们对环境安全。

这些特点是重叠的岩石低渗透率和高孔和缝隙,这样石油释放只有在高温、高压或化学处理的实验室。这些岩石富含蒙脱石和少量的高岭石。蒙脱石和montmorilite似乎是相同的矿物质。它可以通过膨润土的提纯。它由₂O₃、SiO₂、铁₂O₃曹在大量,NaO,分别以和K₂O在小数量。本研究旨在确定Ca的吸附行为^{2 +}和毫克^{2 +}在高岭石组合(KSC)蒙脱石粘土矿物考试从溶液pH值的影响,温度和不同浓度在基隆表面离子的吸附。

实验方法

材料和设备

所有化学品没有进一步净化然后从BDH所有材料都存在(英格兰)然而珞巴化学(印度)。在所有的实验中,水是用于分析目的去离子装置,从拜粘土矿物的清洗,埃及。在这项研究中使用的仪器是紫外线可见分光光度计,XRD, FTIR和酸度计,常用于实验室。

制备吸附质和吸附剂

联系50克的粘土被石油壳自然复合500毫升的HLD乐动体育官网₂O₂。治疗粘土是留给两个小时摆脱有机材料。粘土是进一步处理后0.1盐酸酸了两个小时的玻璃烧杯,去除金属离子。最后,泥渣与过多的热蒸馏de-ionized洗水、倾析和晒干的。样本然后粉,通过网格大小的筛子500μm 800μm获得酸改性粘土(5,6]。

吸附过程

动力学研究:动态调查与分析运行的影响达到吸附的Ca^{2 +}还毫克^{2 +}KSC以前,在pH值8。股票解决方案1,000 mg / L用来准备解决已知主要集中500 mg / L, 250 mg / L, 125 mg / L, 75 mg / L。这是由溶解2 g的吸附剂与100毫升的特定污染物的解决方案在pH = 5。批量吸附测试实现不时接触时间(0 - 150分钟)。LD乐动体育官网需要时间,离心管的000 rpm和实现利用紫外可见分光光度计检查20分钟。

吸附的离子作为pH值的函数

批Ca的吸附^{2 +}和毫克^{2 +}在不同的pH值是由震动测试1000毫克在肯尼迪1000 mg / L Ca的50毫升^{2 +}和毫克^{2 +}24 h。吸附溶液的pH值调整使用0.01 N氢氧化钠或盐酸。记录的内容然后离心机和吸光度是利用紫外可见分光光度计(7]。粘土吸附密度(毫克/ g吸附剂)确定的方程:

(1)

问在哪里_e粘土吸附的平衡吸附容量是单位质量的吸附剂(毫克/克),C_o和C_e最初的和最后的浓度(毫克/升),依次,V是吸附物溶液的体积(左)和m是吸附剂的质量(g) (8]。

百分比消除的计算使用以下关系:

(2)

不同的重量自然复合的效果

在这项研究中,不同的权重(1 g 5 g)自然复合粘土的制备和放置在钙、镁离子的溶液的浓度500 mg / L。pH值调整为准备解决方案,确保8低氢氧化物沉淀。24小时后达到化学平衡的解决方案,我们测量解决方案约10毫升样品确定后的残余离子的浓度吸收过程的解决方案,计算了吸附离子通过紫外线设备。

吸附等温线

初步的浓度的影响^{2 +}和毫克^{2 +}变成坚定的pH值6从七十五- 500 mg / L, 278, 298和323海里分别为了计算吸收反应的热力学变量,也是吸附实验在100毫升厄伦美厄烧瓶内的援助增加0。1 g吸附剂粘土在50毫升的钢离子解决方案。

结果与讨论

XRD分析石油壳肯尼迪

一个样本检查使用x射线衍射仪和下面的代表。从考试,XRD的复合模式(22.48 77.52%的蒙脱石和高岭石)从Bayda,埃及表明这是一个非常小的晶体,主要是x射线非晶态。一些矿物质可能或多或少与确定性(图1):石英SiO₂7.61%,方解石85.26%,赤铁矿和一些微量元素2.47%以下两个表1和2。高岭石绿土产生x射线衍射模式表现为基底反射不同暴露于某些有机分子的矿物质成分,热处理和可交换阳离子9]。

表1。XRD分析结果Bayda岩石。

表2。XRD结果Bayda岩石微量元素。

XRD的复合模式代表了一种完全晶体材料。图1蒙脱石与高岭土复合材料显示清晰的倒影12和25的价值特征对高岭石和蒙脱石的另一个反射5特征。

红外光谱分析的石油壳基隆

至关重要的是确定独特的有效组织外部的肯尼迪被吸附的金属离子解决方案负责。这些官能团是由傅里叶转换红外决定光谱学(红外光谱)分析。当肯尼迪与特定阳离子(Ca湿透了^{2 +}、镁^{2 +}二氧化碳+ pb2 +),红外波段的位置和形状的复合材料已经非常类似的或近相等(图2)。KSC粉末的红外光谱谱了拉伸和弯曲振动的记录那些强大的公司(1]。

蒙脱石的Si-O扩大振动是在里面的位置,半厘米¹和不信它的能力是通过水在矿物吸附的影响。水分子已经不完全排除的帮助下复合材料内部的离子,减少水的标志带大约645厘米¹在红外光谱(例如,图2),约三、四百厘米¹(光谱现在没有显示)。减少水环境也可能导致Si-O拉伸乐队的转变。然而,许多作者发现,而水分含量减少⁺和钠⁺供过于求蒙脱石、1厘米的一半¹乐队变得较弱。044厘米¹乐队KSC就读于本研究的先进但现在不是削弱。

红外光谱的粉末在Ca^{2 +}和毫克^{2 +}吸附所示图2显示了定义良好的峰值为713.66,875.68,1419.61,2515.18,2912.5和3410.15(1 /厘米)。最后一个可能被任命为醇羟基的存在(-哦)延伸。这个结果意味着Ca^{2 +}和毫克^{2 +}与金属氧化物噢,官能团在KSC粉(10,11]。

扫描电镜显微图和观察

扫描电子显微镜显微图的表示图3。复合粘土的SEM显微图呈现和谐的表面形式的盘子。絮凝的面料是典型的高度肿胀土壤盐浓度高,减少了粒子间斥力。大部分的样品开启了结构(例如,玉米片的微观结构)由KS层流粒子保持边缘和edge-to-face联系人,如LD乐动体育官网图3(1,12]。KSC ultrafine-grained小于2微米级的常规粒度分类,因此可能需要特定的分析技术识别和研究。肯尼迪是由变量集群的大小不同患病率粒子的小球。观察到一些孔隙度粘土有趣预测吸附剂表面的性质。在普遍可以注意到总面料完全各向同性,由非系统(无向)的原子。

pH值的影响

pH值的解决方案极大地影响官能团的电离的冰糕由于质子的强劲竞争冰沙的解决方案。此外,pH值控制溶液中金属离子的化学形态,也决定了吸附剂的表面电荷。

溶液的pH值在不同pH值检查5 - 9的Ca^{2 +}和毫克^{2 +}在吸附剂去除。所示的去除效率取决于pH值图4。获得的最大吸附离子的pH值8。在pH值< 5.0,H⁺离子与钙^{2 +}和毫克^{2 +}离子的吸附剂的表面会阻碍金属离子的结合位点斥力作用造成的冰糕。在pH > 9, Ca^{2 +}和毫克^{2 +}将因形成沉淀钙和氢氧化镁沉淀与氢氧根离子(11,13]。为此,pH值最大的尊重是8。在pH = 8。的最消除观察有效性Ca的98.24%和99.24%^{2 +}和毫克^{2 +},在这个秩序。

用量的影响

图5礼物消除Ca的效率^{2 +}和毫克^{2 +}离子吸附剂用量,变成了无数的指示在1 g / L, 4 g / L,其他操作变量(pH值、接触时间、初始离子浓度和粒子长度)一直保存稳定的搅拌速度保持在25°C和二百rpm,在相同的顺序。LD乐动体育官网的后果图5,越来越多的剂量的吸附剂去除引用离子的性能。这是预测,因为更大的离子加入网站可用较高的吸附剂剂量。这表明一个小数量的吸附剂用量为活性部位而引起更多的竞争更大的可用性的可交换的网站可以找到大量的吸附剂用量。此外,在积极的剂量的吸附剂,吸附达到最高,随后,在没有增加消除吸附剂的性能高于1 g回答因为宽松的离子的数量保持不变(14]。

初始金属离子浓度的影响

所占的比例消除Ca的^{2 +}和毫克^{2 +}通过吸附剂起初上涨迅速生长浓度和速度降低,直到达到125 mg / L (图6)。在较低的浓度,Ca^{2 +}和毫克^{2 +}答案可能与内离子加入网站。在浓度含量过高;额外的离子在回答倾向的结合位点。这一点对那些积极较小数量的有利的网站包含在水溶液中的离子浓度上升。

不同的离子机制替代过程期间进一步吸附方法ion-change方法,离子吸附剂的毛孔,除了段落安排晶格,而且他们需要取代可交换的阳离子(1,15]。传播更快通过毛孔并没有准时而离子移动通过直径较小的通道。在这种情况下,离子吸附可能想专门导致ion-change反应微孔吸附剂的收益。

接触时间的影响LD乐动体育官网

LD乐动体育官网接触时间是一个重要的参数,因为这个因素可以反映一个吸附剂的吸附动力学吸附物的对于一个给定的初始浓度。接触时间的影响是Ca开始检测LD乐动体育官网^{2 +}和毫克^{2 +}离子浓度(100毫克。l¹)和吸附剂质量1 g。图7显示了Ca的开始吸附率^{2 +}和毫克^{2 +}离子接触到15分钟的时间,然后,吸附率几LD乐动体育官网乎成为常数,然后达到平衡点后60分钟。

等温线的建模

摘要平衡吸附剂和被吸附物之间的关系成为了朗缪尔的定义的使用和弗伦德里希等温线方程。

朗缪尔模型:朗缪尔等温线的吸附被重新安排在以下线性方程的形式:

(3)

在那里,问_e(数量(mg)每个g的吸附剂)的阳离子的吸附平衡阳离子浓度C_eC_e是在溶液中阳离子的平衡浓度(毫克/升),问吗_米(数量(mg)的溶质吸附g(吸附剂)是最高吸附能力之后一张K朗缪尔常数相关报道能源的吸附(L每个毫克的吸附剂的吸附物)(16]。

线性轮廓可以通过策划C_e/ Q_e与C_e。朗缪尔常数问_米可以计算和K的斜率和截距线性方程。朗缪尔等温线是依靠三个州:吸附不能远离mono板覆盖,所有的表面网站都是一样的,最多只能房子一个吸附原子,或能力的分子吸附在给定网站是独立于占领相邻17]。

弗伦德里希模型:指定的弗伦德里希等温线是对数的线性方程模型如下:

(4)

问在哪里_e是阳离子的量了吸附剂的平衡(吸附密度:毫克每克吸附剂吸附物),C_e是阳离子的浓度平衡常数K_f,n经验常数依赖许多变量和n大于1 (18]。

LnQ的轮廓_e与信号_e给一条直线显示验证弗伦德里希等温线的吸附。常数n和K可以从斜率和截距,解决订单。这两种形式广泛使用,前面的假设最高吸附发生在被吸附物的表面被一张涂层;而后者是纯粹的经验(19]。研究结果建议离子(Ca^{2 +}和毫克^{2 +})KSC粘土有利于弗伦德里希等温线朗缪尔等温线多有以下原因:

相关系数独秀的代表形式。弗研究离子远远高于朗缪尔等温线是所示表3。此外,弗伦德里希例子1 / n给吸附idealness的迹象。n > 1.0的估计是积极的吸附条件。这个结果表明吸附过程主要是物理吸附(即。,physical adsorption) on structurally heterogeneous adsorbent with minimum interaction between the adsorbed ions. From the above discussion, Ca^{2 +}和毫克^{2 +}物理吸附。因此,可以得出结论,吸附剂表面在微观和纳米尺寸都是异构;和表面吸附通常是多层的形式完成的。

表3。朗缪尔和弗伦德里希等温线的吸附参数^{2 +}和毫克^{2 +}在石油壳肯尼迪。

温度的影响

Ca的吸附行为^{2 +}和毫克^{2 +}在复合反应温度的增加而上升,从303年到348±1 K。这些结果显示吸附系统本质上是吸热的。这一趋势可能归因于这些研究离子的流动和提高反应温度。著名的热力学参数如免费能源改变(ΔG)、焓变化(ΔH)和熵变(ΔS)已被应用于评估可达到吸附技术通过以下方程:

(5)

(6)

K_c吸附的分布系数,R是通用气体常数(8.314 J /摩尔¹K)和T是绝对温度(K) (18,20.]。积极的价值观(ΔH)表明吸热吸附过程的本质,同时为CaΔS积极的价值观^{2 +}和毫克^{2 +}表明增加随机性在固溶体接口这些阳离子的吸附在油壳KSC (图8和表4)。

表4。Ca的热力学参数^{2 +}、镁^{2 +}吸附到油壳基隆。

自由的负值能源改变(ΔG)研究了金属离子表明,吸附过程是自发过程,暗示的优越的吸附阳离子KSC粘土相比,H⁺离子(20.]。

结论

复合吸附剂显示Ca的去除效率^{2 +}和Mg 2 +水的解决方案。移除效率取决于pH值,初始离子浓度和接触时间的解决方案,平衡时间是15分钟,吸附剂研究离子浓度约1克。LD乐动体育官网热力学的研究变量热力学吸附是自发的,在通常情况下吸热过程。平衡数据拟合弗伦德里希等温线,表明吸附和吸附过程中的异构性是物理吸附。

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