Computer simulation of the sorption of heavy metal ions by a sulphur-containing modified zeolite

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

This paper considers complex-chelating and complex-coordinating mechanisms of sorption of heavy metal ions, which have an affinity for sulphur atoms, by sulphur-containing sorbents. The advantages and disadvantages of sulphur-containing sorbents obtained by modification of natural materials are shown. The STATGRAPHICS Plus environment was used to analyse the applicability of classical linearized Freundlich and Langmuir equations for describing the adsorption isotherms of zinc, copper and nickel ions from aqueous solutions by the Kholinsky zeolite modified with a sulphur-containing polymer. It is shown that the classical Freundlich equation accurately describes the sorption isotherms of Zn2+ and Ni2+ by the sorbent under study at the aqueous solution temperatures of 20-40 °C and 20 °C, respectively. The use of the Freundlich equation to describe the sorption isotherms of Cu2+ is impractical due to its low accuracy. For this purpose, regression models for approximating experimental data or a linearized Langmuir equation are more suitable. It is shown that the Langmuir equation describes 99.35, 98.41 and 92.12% of the experimental values of Cu2+ sorption at the aqueous solution temperatures of 20, 40 and 60 °C, respectively. It was established that an increase in the temperature of the model solution leads to an increase in the equilibrium constant and equilibrium adsorption capacity, at the same time as decreasing the accuracy of isotherm description. The sorption isotherms of Zn2+ and Ni2+ do not obey the Langmuir equation, which can be explained by the Pearson acid-base concept (HSAB). According to this concept, Zn2+ and Ni2+ ions are acids of intermediate hardness, while Cu2+ ions refer to ‘soft’ acids capable of forming the strongest compounds with ‘soft’ bases (polymer sulphur atoms). Zn2+ and Ni2+ ions bind not only to sulphur atoms, but also to oxygen atoms (‘hard’ base) of the zeolite matrix, thus moving along the sorbent surface in search of sites more convenient for coordination. Therefore, for Zn2+ and Ni2+ ions, one of the basic principles of the Langmuir theory is violated, i.e. localization of the sorbate on the sorbent surface. Apparently, it is for this reason that the Langmuir equation is not applicable for describing the Zn2+ and Ni2+ sorption.

About the authors

V. S. Aslamova

Irkutsk State Transport University

Email: aslamovav@yandex.ru

L. V. Shalunc

Center of environmental protection of East-Siberian Railway - branch of OJSC RRW

Email: liana_shalunc@list.ru

A. A. Aslamov

Angarsk State Technical University

Email: aaa_mx@angtu.ru

V. A. Grabel'nykh

A.E. Favorsky Irkutsk Institute of Chemistry, SB RAS

Email: venk@irioch.irk.ru

References

  1. Общая токсикология / под ред. Б.А. Курляндского, В.А. Филова. М.: Медицина, 2002. 606 с.
  2. Чекушин В.С., Борбат В.Ф. Экстракция благородных металлов сульфидами и сульфоксидами. М.: Наука, 1984. 152 с.
  3. Зейналов Р.З., Татаева С.Д., Атаева Н.И. Концентрирование и определение меди, цинка и кадмия хелатообразующим модифицированным сорбентом // Аналитика и контроль. 2013. Т. 17. № 1. С. 89-96.
  4. Мясоедова Г.В., Саввин С.Б. Хелатообразующие сорбенты. М.: Наука, 1984. 171 с.
  5. Burba P. Anion exchangers functionalized by chelating agents (AnChel) for preconcentration of trace elements: capabilities and limitations // Fresenius Journal Analytical Chemistry. 1991. Vol. 341. Issue 12. P. 709-715. https://doi.org/10.1007/BF00321572
  6. Рафиков С.Р. Особенности свойств серосодержащих полимеров // Высокомолекулярные соединения. 1979. Т. (А) XXI. N 11. С. 2518-2528.
  7. Товбин Ю.К. Молекулярная теория адсорбции в пористых телах: монография. М.: Физматлит, 2013. 624 с.
  8. Lucke H. Aliphatic Polysulfides. Publisher Hu-thing & Wepf, Verlag Basel, 1994.
  9. Хакимуллин Ю.Н., Минкин В.С., Полю-тин Ф.М., Дербердеев Т.Р. Герметики на основе полисульфидных олигомеров: синтез, свойства, применение. М.: Наука, 2007. 300 с.
  10. Дарманская Т.А., Корчевин Н.А., Асламова В.С. Утилизация зольных отходов // Экология и промышленность России. 2010. N 1. С. 39-41.
  11. Пат. № 2475299. Российская Федерация. Способ получения серосодержащих сорбентов для очистки сточных вод от тяжелых металлов / А.В. Рединова, О.Н. Игнатова, В.А. Грабельных, Е.П. Леванова, Н.В. Руссавская, С.В. Терек; заявитель и патентообладатель Иркутский государственный университет путей сообщения; заявл. 27.12.2010; опубл. 20.02.2013. Бюл. № 5.
  12. Рединова А.В., Грабельных В.А., Леванова Е.П., Корчевин Н.А. Извлечение ионов тяжелых металлов серосодержащими полимерными сорбентами // Вестник Иркутского государственного технического университета. 2013. N 1 (72). C. 113-116.
  13. Чернышева Е.А., Грабельных В.А., Леванова Е.П., Руссавская Н.В., Розенцвейг И.Б., Кор-чевин Н.А. Новый подход к реализации адсорбционных свойств лигнина: получение серосодержащих сорбентов для ионов тяжелых металлов // Химия в интересах устойчивого развития. 2017. Т. 25. Вып. 3. С 327-332. https://doi.org/10.15372/KhUR20170312
  14. Пат. № 2558896, Российская Федерация. Способ получения сорбента для очистки сточных вод от соединений тяжелых металлов / Е.А. Чернышева, В.А. Грабельных, Е.П. Леванова, О.Н. Игнатова, И.Б. Розенцвейг, Руссавская Н.В.; заявл. 06.06.2014; опубл. 10.08.2015. Бюл. № 22.
  15. Челищев Н.Ф., Беренштейн Б.Г., Володин В.Ф. Цеолиты - новый тип минерального сырья. М.: Недра, 1987. 82 с.
  16. Deryagina E.N., Levanova E.P., Grabel'-nykh V.A., Sukhomazova E.N., Russavskaya N.V., Korchevin N.A. Thiylation of polyelectrophiles with sulfur in hydrazine - hydrate - amine systems // Russian Journal of General Chemistry. 2005. Vol. 75. Issue 2. P. 194-199. https://doi.org/10.1007/s11176-005-0197-y
  17. Пат. № 2624319, Российская Федерация. Способ получения сорбента для извлечения соединений тяжелых металлов из сточных вод / М.В. Обуздина, Е.А. Руш, А.В. Днепровская, Л.В. Шалунц, О.Н. Игнатова, Е.П. Леванова, В.А..; заявитель и патентообладатель Иркутский государственный университет путей сообщения; заявл. 30.03.2016; опубл. 03.07.2017. Бюл. № 19.
  18. Асламова В.С., Шалунц Л.В., Обузди-на М.В., Грабельных В.А. Моделирование процесса адсорбции в системе жидкость - твердое тело: регрессионный анализ извлечения меди из водных растворов цеолитом Холинского месторождения, модифицированным серосодержащим полимером // Известия вузов. Прикладная химия и биотехнология. 2019. Т. 9. N 2. С. 351-359.
  19. Карнаухов А.П. Адсорбция. Текстура дисперсных и пористых материалов: монография. Новосибирск: Наука, 1999. 470 с.
  20. Марченко З. Фотометрическое определение элементов / пер. с польского И.В. Матвеевой, А.А. Немодрука; под ред. Ю.А. Золотова. М.: Мир,1971. 502 с.
  21. Асламова В.С., Шалунц Л.В., Обуздина М.В., Руш Е.А. Регрессионные модели извлечения ионов никеля из водных растворов модифицированным цеолитом // Математические методы в технике и технологиях (ММТТ-31): сб. тр. XXXI Междунар. науч. конф. (г. Санкт-Петербург, 10-14 сентября 2018 г.). В 12 т. Т. 10. СПб.: Изд-во Политехнического университета, 2018. С. 37-40.
  22. Асламова В.С., Шалунц Л.В., Грабельных В.А., Асламов А.А. Регрессионные модели процесса адсорбции ионов цинка из водных растворов цеолитом Холинского месторождения, модифицированным серосодержащим полимером // Известия вузов. Прикладная химия и биотехнология. 2020. Т. 10. N 1. С. 29-38. https://doi.org/10.21285/2227-2925-2020-10-1-29-38
  23. Aslamova V.S., Chernysheva E.A., Grabel'-nykh V.A., Levanova E.P., Russavskaya N.V. Regression analysis of the regularities of extraction of zinc and cadmium ions from aqueous solutions with a sulfur-based sorbent based on lignin // Proceedings of Universities. Applied Chemistry and Biotechnology. 2018. Vol. 8. No. 4. P. 174-183. https://doi.org/10.21285/2227-2925-2018-8-4-174-183
  24. Мамонова М.В., Прудников В.В., Прудникова И.А. Физика поверхности. Теоретические модели и экспериментальные методы: монография. М.: Физматлит, 2011. 400 с.
  25. Кукушкин В.Ю., Кукушкин Ю.Н. Теория и практика синтеза координационных соединений: монография. Л.: Наука, 1990. 259 с.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML


Согласие на обработку персональных данных

 

Используя сайт https://journals.rcsi.science, я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных») даю согласие на обработку персональных данных на этом сайте (текст Согласия) и на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика» (текст Согласия).