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数量:17 (1)DOI: 10.37532 / 0972 - 768 x.2019.17 (1) .305

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预测钠离子的吸附机理ACTF表面上通过一个新的理论模型

*通信:

Hosny R
生产部门,埃及石油研究所
开罗,埃及
电话:(202)22747847
电子邮件:(电子邮件保护)

文摘

在这个迷人的和广泛的框架,我们所描述的属性ACTF和他们的应用程序作为钠离子的吸附剂。因钠离子吸附行为的实验工作是不可用是由于消耗金钱和实验时间,它是至关重要的使用经验相关性方程推导出钠离子的吸附行为定量ACTF浓度(质量控制)。使用的数据模型获得76数据点的钠离子QC (100 mg / L)收集来自不同地方在埃及在不同的时期和不同的温度35 - 65°C和5 - 130分钟,分别。在这项研究中,钠离子的吸附行为(QC) ACTF预计通过理论计算,作为时间的函数和温度。高精度的新经验模型,提出了非线性回归分析(r2 = 93.52%),表明可靠性高的相关性。新模型验证了用72种不同的数据点获得高精度的r2 = 89.8, 90.0和91.0%,35°C 45°C和65°C,分别。最后,得到了理论计算结果出现这个模型更统计的准确性和相关首次被应用在这个领域。

关键字

碳纳米结构;ACTF;钠离子吸附;非线性回归分析;统计的准确性

介绍

可再生lingo-cellulosic丰富和廉价的来源之一生物质是可再生农业浪费每年,它使用吸引更多的关注,特别是关于新化学改性材料的生产环境友好型工业使用。年末,表面修饰的碳初学者与提高吸附碳材料的限制,特别是在非晶碳(1- - - - - -3]。氯化钠的主要组件使海水盐,水的海水是一个很好的来源,但其盐度不允许它供人类消费的(4,5]。海水不仅是由氯化钠,尽管氯化钠主要是现在和高(5- - - - - -7]。简单的过程像吸附或分离有利于去除氯化钠从海水8]。纳米技术是反映在一层薄薄的non-crystallized碳的制备(ACTF) [9),结构和毛孔,导致非物质吸收过程(10]。碳的原始孔隙结构,特别是ACTF,会吸引注意力从水中吸收钠而不是毛孔嵌入到聚合物膜(11- - - - - -19]。建模实验吸附等温线数据,通过批处理测试在实验室,是一个重要的预测吸附的机制。此外,钠离子的吸附行为可能有助于理解各种结构和化学吸附能力影响因素去除过程中其他阳离子oxidative-modified ACs。但应该检查吸附模型的适用性,预测碳吸附剂的性质(20.]。通过实验测量代表性样本的预测行为可以获得ACTF钠离子,但这些实验数据无法访问有时因为实验成本,测量不确定度,无法获得样品,时间和金钱。因此有必要使用一个实验导出链接评估ACTF QC氯化钠的吸附行为。通过回顾文献在这个阶段,我们发现了许多研究描述理论吸附(21- - - - - -24),但没有正式的实验着色的数学钠离子的吸附行为QC ACTF [25]。摘要ACTF制备和作为钠离子的吸附剂。获得的数据被用来预测钠离子吸附行为QC ACTF新经验相关,根据简单的时间和温度等参数。拟合结果的一组实验为钠离子吸附平衡数据与相应的理论动力学模型进行了比较和讨论。

实验的程序

材料

分析纯硫酸、硅胶、硝酸钴和氯化钠标准(贝克,塞尔维亚),大米埃及公司的稻草,氢氧化钠(奥尔德里奇)。

方法

稻草预处理:大米秸秆预处理过程是通过溶解纤维素稀酸60分钟在120°C (wt / wt)硫酸使用1%;去木质素过程完成在1200°C使用1 m氢氧化钠60分钟。在原料过程中,木质素和硅在使用大米稻草被移除到黑液。

对联硅酸盐纳米粒子的制备:钴纳米颗粒被涂上一层均匀的硅层根据引用中描述的方法(26]。在这方面,4.0 g的硅酸刚做好的钴和200毫升乙醇大力搅拌30分钟45°C,然后40毫升水和4毫升(1.4米)氢氧化钠被添加到上面。那么粉分离和过于干燥50°C 8 h在真空炉获得硅酸钴纳米颗粒。

纤维素的化学去死皮:5克纤维素加入5毫升浓硫酸的0.1 g硅,然后带领10分钟。用热水洗滤液直到7和pH值保存在烤箱在40°C 6小时。准备的纤维素倒在烧瓶的0.01 g硅酸钴纳米颗粒和加热到40°C 30分钟。制备碳纳米材料离开冷却1小时,在真空炉干24小时50 - 70°C。

吸附剂的表征

TEM分析了使用电子显微镜在200千伏2000焦耳。扫描电镜形态是由卡尔蔡司(德国)。研究拉曼和傅里叶变换红外(FTIR)光谱模式评估使用BOMEM(哈特曼& Braun)光谱仪的传播。KBr磁盘用于研究样品的红外光谱谱。获得的数据的x射线衍射(XRD)(力量中心——AXS,德国)(铜kα1辐射、λ= 1.54059)。

吸附过程

1毫克活性炭薄膜添加至10毫升钠离子溶液瓶和放置在一个水浴pH值在一定温度下2小时7点解决方案研究吸附过程(27]。温度是由使用超声波浴,然后由0.4μm过滤溶液微滤膜过滤器。最后,钠离子的浓度渗透用原子吸收测定光谱学(AAS) [28]。

吸附动力学:钠离子的吸附动力学研究进行了通过不同初始浓度的钠以恒定剂量的吸附剂(1 g)和在一个恒定的温度(25°C±02)瓶浴。每个动力学实验开始前,钠物种股票解决方案包含500 mg / L是由氯化钠粉末溶解在蒸馏水(分析纯试剂级)。溶液的pH值维持在一个定义的值通过手动添加0.1 M氢氧化钠和/或一种解决方案,覆盖和搅拌磁瓶在700 rpm为240分钟,确保近似平衡。解决方案是0.45μm过滤膜的吸附,过滤,然后分析了钠离子物种。

单价建模选项:吸附信封显示吸附量是温度的函数。反应的化学计量学也从这些数据通过比较获得吸附量每个组件的信中吸附反应。这里的原意是,这些小的变化反应的实际显示不改变模型的预测多少Na +吸附ACTF作为温度的函数。

结果与讨论

非晶碳薄膜的表征

红外光谱分析

图1描述了红外光谱光谱ACTF准备大米一根稻草。这个图展示拉伸乐队在3659 - 1100厘米¹这表明哦和C = O官能团的存在[29]。石墨烯峰特点观察到范围1340 - 1700厘米¹归因于C = C和两座山峰为1118厘米¹哦拉伸和哦弯曲振动,而原始的碳氢键伸展振动乐队出现在2921厘米¹和2852厘米¹。两个主要的山峰在2919.2 - -2354.8厘米¹光谱中也检测到对应于碳氢键伸展。在1580年达到顶峰,1636厘米¹被代表的振动拉伸羧基组。有大量残留包括羟基和羧基组观察,因此,他们扮演了一个重要的角色在球形结构的形成[30]。低强度峰值为3430厘米¹在控制频谱检测出样品中的水分。

拉曼分析

ACTF的拉曼光谱图2显示G扩张乐队在1592厘米¹的拉曼光谱E2g转移到1582厘米¹(2,31日]。在1363厘米¹D乐队似乎显示sp2域的大小,减少由于高氧化过程,这一变化也表明下降的平均大小sp3的纳米颗粒的制备过程中被氧化。IG / ID = 5.7的值是表示成功地制备高结晶ACTF非常低缺陷。

扫描电镜分析

在图3,非晶碳薄膜表面的SEM图像显示的表面准备的ACTF硅酸钴催化的多孔表面,因为它的表面有丰富的一个洞和电子洞穴,影响其表面积和吸附过程32,33]。对比其他文献表明ACTF表面没有软结构除了利润。我们发现表面酸性组ACTF可以提供很多吸附网站,从而增加钠的吸附能力⁺离子。的形象也ACTF洞似乎彼此,因此;十字路口在ACTF大大降低。根据我们最近的扫描电镜图像,粒子之间有一个力ACTF表面羧基团体和其他组织之间的“地球”小ACTF公式结果ACTF积累在小于ACTF羧基功能。这一结果表明,ACTF可以用作催化剂在治疗受污染的水和废水34]。

TEM分析

图4显示了TEM ACTF的形态。氧化后的图很明显ACTF ACTF表面的粗糙表面,由两个不同的碳结构(表面石墨烯和活性炭中间帧)。ACTF表的宽度被评估在40 - 100纳米的范围34]。这个结果表明CAS激活过程的方法揭示了各种碳纳米结构控制形态,增加其表面积和吸附特性。

动力学的研究

接触LD乐动体育官网时间研究钠离子从溶液中吸附ACTF pH值在7和不同温度(45、65、75°C)。图5表明吸附过程在60分钟的Na开始非常快⁺吸附在ACTF足以达到吸附平衡。看来温度的增加导致增加删除过程和吸附物的量的碳结构也导致增加碳的活动网站的数量结构表面的活跃群体,在大部分ACTF准备。

动力学建模

ACTF钠离子吸附的研究,分析了回归系数(R参数值²)的第一和pseudo-second-order吸附动力学模型被使用(35]。我们发现pseudo-second-order是最好的拟合的参数解释接触时间研究的数据。LD乐动体育官网变量的分离的pseudo-second-order微分形式和集成方程1中给出。

量化宽松和qt的金属离子吸附(mg g¹分别)平衡和时间t。K′(g毫克⁻¹最小值⁻¹)是pseudo-second-order吸附速率常数(37,38]。量化宽松值显示在良好的协议与测试工作的结果(表1]。pseudo-second-order动力学的特殊形式在教堂,这是常见的,带走了金属离子的碳质材料,给的标志都支持Na +的浓度和吸附剂ACTF需要速度来决定吸附过程的步骤。也,ACTF慢吸附率表明,钠离子的吸附有更高的能量屏障,它可能是概念和表面肤色等工作。

表1。Na⁺吸收pseudo-second-order ACTF及其动力学参数的方程。

新提出的经验相关性

数据收集介绍76数据点了链接的行为的典型方法钠离子吸附在QC 100 mg / L。在这项研究中使用的数据来自分析样本来自不同的位置在埃及在不同的温度下。从35到65°C和不同的时间从5分钟到130分钟。发展的关系的第一步是选择参数,预计在ACTF影响钠离子的吸附行为。最好的结果的回归分析得到使用以下函数(33,34),由等效。方程2。

最终形式代表最好的回归分析结果给出了方程3。

这个非线性模型被应用对数线性化变换,以下哪一个最终形成线性经验相关,由方程给出4。

,X = t^TC, B = -0.425, = 0.002 = 28.82

评估新提出的经验相关性

没有发达的经验相关性来描述吸附行为的钠离子QC ACTF直到现在比较新。通过重新评估钠离子的吸附机理QC ACTF经验相关实验工作,一个优秀的结果是获得与实验数据相比。之间的相对偏差的图形显示了最小相对误差分析新开发的钠离子的吸附行为QC在ACTF相关性与实验数据相比,它可以看到的地方图6(39]。而且,表2确保新预测的经验相关性具有良好的准确性作为第一个在该领域相关。提出相关平均绝对相对误差(Ea)为10.25%,平均相对误差(Er)为9.67%,标准偏差(S²和相关系数(r)的5.64%²)的93.52%。

表2。钠离子的吸附行为的统计准确性QC ACTF在100 mg / L。

测试和验证新模型的性能

为了测试新开发的适用性和可靠性实验环节,我们必须验证使用未使用的数据集来开发一个新的实验的关系。这些团体有不同的时间和温度使用数据集(72)[40,41]。表3固定的错误总结的结果分析新开发模型的温度在35°C, 45°C和65°C。在统计分析显示低偏差在标准和相关率高。同时,图片(7 - 9)的横向图像数据来衡量新一波数据和预测,我们可以指向精度高的这种关系与验证相关样本。自从新经验相关性,推导基于样本所代表的数据集是在不同的时间和温度,所以它的最佳性能期望的样品类似的时间和温度的范围。所示图7准备,成功吸附离子吸附的样本,钠离子的效率达到100%。我们可以看到,在不同的温度下(35、45和65年),有Qexp实用之间的兼容性和Qcal理论,造成预测理论计算,这有助于了解ACTF钠离子在吸附过程中吸附机制,按照动力学建模如前所解释道。Qcal间谐波行为理论和Qexp实用与吸收效率高可以归因于核壳的固有优势混合结构,比表面积高的地区,这为ACTF示例提供了更积极的网站移除过程(图7 - 9)。它也可以很容易地看出所示的钠离子的最高速度开始,之后成为恒定在一个平衡状态,这一趋势可以显示如下,那里只有部分在吸附表面活性的网站使用。即与钠离子的浓度增加,吸附开始从高能源网站第一,紧随其后的是低能源网站最终导致吸附饱和率降低。它拥有更广泛的应用和去除效率高于先前的研究。

结论

表3。统计的准确性(QC)的钠离子吸附行为ACTF碳纳米结构在100 mg / L。(QC)中使用的数据模型验证

在这项研究中,ACTF粉制备的吸附剂去除水溶液中钠离子在酸性催化媒体使用CAS方法。动能、动态模型和兼容性的计算预测的行为和机理,研究了碳的吸附过程互相靠近。由于实验工作需要很多钱和时间疲惫,有必要使用经验相关性估计钠离子浓度定量ACTF (QC)吸附行为。发展数学模型预测钠离子的吸附行为在ACTF QC和高精度r 100 mg / L²= 93.52%。获得验证,进行(72)样本显示r2 = 89.8, 90.0和91.0%,温度35岁,分别为45和65°C,这表明可靠性高的相关性。

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