Use of carbon sorbents to extract manganese from solutions

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

One of the most common elements present in naturally occurring waters, manganese is an essential trace element, whose daily intake requirement by the human body is around 5–7 mg.  While a lack of manganese in drinking water can lead to negative health consequences, a high manganese content in water and increased daily intake leads to the blocking of enzymes used in the conversion of inorganic iodine to organic, additionally changing inactive diiodothyronine into the active hormone thyroxine. The study investigates the possibility of using carbon sorbents having a microporous structure to change the manganese content in aqueous solutions. The adsorption capacity of One of the most common elements present in naturally occurring waters, manganese is an essential trace element, whose daily intake requirement by the human body is around 5–7 mg.  While a lack of manganese in drinking water can lead to negative health consequences, a high manganese content in water and increased daily intake leads to the blocking of enzymes used in the conversion of inorganic iodine to organic, additionally changing inactive diiodothyronine into the active hormone thyroxine. The study investigates the possibility of using carbon sorbents having a microporous structure to change the manganese content in aqueous solutions. The adsorption capacity of manganese significantly depends on the acidity of the medium. The highest adsorption value of manganese (II) cations is observed in a weakly alkaline medium (pH 7.5). Kinetic studies demonstrated the possibility of describing the interaction using a pseudo first-order equation. The reaction rate constant as calculated by graphical and computational variants was 0.067 s-1. A functional assessment of the adsorption process can be represented by monomolecular adsorption isotherms, which are described by the classical Langmuir equation. The characteristic adsorption constant parameters were as follows: limiting adsorption value – 1.68 mmol/g; adsorption equilibrium constant – 0.979×103 at a temperature of 298 K. Gibbs energy at 298 K is equal to – 7.41 kJ/mol. The study of the process at elevated temperatures of 308, 318 and 328 K indicates its exothermic nature. With heating, the limiting adsorption decreases.

About the authors

V. I. Dudarev

Irkutsk National Research Technical University

Email: vdudarev@mail.ru

L. A. Minaeva

Secondary School no. 5

Email: llyda@yandex.ru

References

  1. Янин Е.П., Кузьмич В.Н., Иваницкий О.М. Региональная природная неоднородность химического состава поверхностных вод суши и необходимость ее учета при оценках их экологического состояния и интенсивности техногенного загрязнения // Проблемы окружающей среды и природных ресурсов. 2016. N 6. С. 3–72. EDN: WBALCN.
  2. Юдович Я.Э., Кетрис М.П. Основные закономерности геохимии марганца. Сыктывкар: Коми НЦ УрО РАН, 2013. 40 с.
  3. Khabaz-Saberi H., Rengel Z., Wilson R., Setter T.L. Variation of tolerance to manganese toxicity in Australian hexaploid wheat // Journal of Plant Nutrition and Soil Science. 2010. Vol. 173, no. 1. P. 103–112. doi: 10.1002/jpln.200900063.
  4. Трубачева Л.В., Лоханина С.Ю., Леонтьева А.Н. Определение содержания ионов марганца в образце для контроля состава природных вод // Вестник Удмуртского университета. Серия физика и химия. 2011. N 2. С. 80–86. EDN: OESQST.
  5. Левина Э.Н. Общая токсикология металлов. Л.: Медицина, 1972. 184 с.
  6. Pankau C., Nadolski J., Tanner H., Cryer C., Di Girolamo J., Haddad C., et al. Examining the effect of manganese on physiological processes: invertebrate models // Comparative Biochemistry and Physiology Part C: Toxicology & Pharmacology. 2022. Vol. 251. P. 109209. doi: 10.1016/j.cbpc.2021.109209.
  7. Мазунина Д.Л. Негативные эффекты марганца при хроническом поступлении в организм с питьевой водой // Экология человека. 2015. N 3. C. 25–31. EDN: TMITFB.
  8. Williams M., Todd G.D., Roney N., Crawford J., Coles C., McClure P.R., et al. Toxicological profile for manganese. Atlanta: Agency for Toxic Substances and Disease Registry, 2012. 506 р.
  9. Дударев В.И., Минаева Л.А., Филатова Е.Г. Аналитический обзор методов очистки природных и технологических вод от марганца: монография. Иркутск: Изд-во ИрГТУ, 2013. 124 с.
  10. Краснова Т.А., Беляева Е.Е., Беляева О.В., Гора Н.В., Иванова Л.А. Использование углеродных сорбентов для удаления марганца из водных сред // Водоснабжение и санитарная техника. 2022. N 7. С. 18–24. doi: 10.35776/VST.2022.07.03. EDN: OPPBQZ.
  11. Смирнов А.Д. Сорбционная очистка воды. Л.: Химия, 1982. 168 с.
  12. Синтез, свойства и применение углеродных адсорбентов: кол. монография / под ред. А.А. Фомкина. М.: ИД «Граница», 2021. 312 с.
  13. Rachel N.Y., Nsami N.Ju., Placide B.B., Daouda K., Abega A.V., Benadette T.M., et al. Adsorption of manganese (II) ions from aqueous solutions onto granular activated carbon (GAC) and modified activated carbon (MAC) // International Journal of Innovative Science, Engineering & Technology. 2015. Vol. 2, no. 8. P. 606-614.
  14. Chowdhury Z.Z., Zain S.M., Rashid A.K., Rafiu R.F., Khalid K. Breakthrough curve analysis for column dynamics sorption of Mn (II) Ions from wastewater by using Mangostana garcinia peel-based granularactivated carbon // Journal of Chemistry. 2013. P. 959761. doi: 10.1155/2013/959761.
  15. Ястребов К.Л., Дружинина Т.Я., Надршин В.В., Карлина А.И. Подготовка и очистка природных и сточных вод: монография. Иркутск: Изд-во ИрГТУ, 2014. 564 с. EDN: TJNFUX.
  16. Калюкова Е.Н., Письменко В.Т., Иванская Н.Н. Адсорбция катионов марганца и железа природными сорбентами // Сорбционные и хроматографические процессы. 2010. Т. 10. N 2. С. 194–200. EDN: MUEQSJ.
  17. Гимаева А.Р., Валинурова Э.Р., Игдавлетова Д.К., Кудашева Ф.Х. Сорбция ионов тяжелых металлов из воды активированными углеродными адсорбентами // Сорбционные и хроматографические процессы. 2011. Т. 11. N 3. С. 350–356. EDN: NWGXVT.
  18. Холомейдик А.Н., Земнухова Л.А. Удаление ионов марганца из водных растворов сорбентами на основе рисовой шелухи // Экология и промышленность России. 2011. N 11. С. 34–35. EDN: OJMGLH.
  19. Марченко З. Фотометрическое определение элементов. М.: Мир, 1971. 502 с.
  20. Лаврухина А.К., Юкина Л.В. Аналитическая химия марганца. М.: Наука, 1974. 219 с.
  21. Марочкина В.В., Буева Е.И., Кулагина Е.С. Сравнительный анализ методик определения хрома, ванадия, меди, никеля, марганца в сталях и чугунах методом атомно-абсорбционной спектрометрии с атомизацией в пламени // Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2023. Т. 89. N 2-2. С. 57–64. doi: 10.26896/10286861-2023-89-2-II-57-64. EDN: SUQAWB.

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).