ДОСЛІДЖЕННЯ ПРОЦЕСУ АДСОРБЦІЇ МЕТИЛЕНОВОГО СИНЬОГО ПОВЕРХНЕЮ КАЛІЙ ТИТАНАТУ
DOI:
https://doi.org/10.32782/naturaljournal.9.2024.12Ключові слова:
адсорбція, кінетичні моделі, ізотерми адсорбції, метиленовий синій, калій титанатАнотація
Чиста природна питна вода необхідна для кожного аспекту життя людини. Останніми роками досить гостро стоїть проблема якості питної води. Забруднення навколишнього середовища викидами різних галузей промисловості призводить до ряду негативних наслідків, які відображаються на життєдіяльності всіх живих організмів. Відповідно очистка стічних вод залишається актуальною проблемою сьогодення. Існує значна кількість методів очистки води, проте методи адсорбції знаходять найбільш широке застосування. Особливо перспективним їх використання є для сполук, які біологічно не розкладаються, зокрема для штучних барвників. Ефективність адсорбції залежить від багатьох факторів, одним з найважливіших є хімічна природа адсорбенту. Серед групи адсорбентів досить перспективними є сполуки титану. В роботі досліджено процес адсорбції метиленового синього з водного розчину. В якості адсорбенту використано калій титанат, який синтезовано методом лужного вилуговування ільменітового концентрату Іршанської групи родовищ калій гідроксидом. Встановлено, що максимальний ступінь вилучення метиленового синього, понад 44 % досягається при використанні калій титанату масою 0,005 г протягом 10 хвилин від початку контакту поверхонь адсорбенту та адсорбату. Визначено, що експериментальні кінетичні криві адсорбції метиленового синього поверхнею калій титанату адекватно описуються кінетичним рівнянням псевдо-другого порядку (Хо-Маккея). Даний механізм адсорбції водночас враховує взаємодію на межі поділу «адсорбат-адсорбент» та міжмолекулярні взаємодії адсорбованих речовин на поверхні. Розраховано, що початкова швидкість адсорбції становить 2,81 мг/г·хв. Встановлено, що адсорбційна ємність калій титанату щодо барвника метиленового синього становить 21,92 мг/г. За даних умов коефіцієнт розподілу між розчином барвника та поверхнею калій титанату досягає величини 3346,57 мл/г, що свідчить про значну спорідненість поверхні адсорбенту до молекул метиленового синього. Показано, що процес адсорбції задовільно описується моделлю ізотерми Тьомкіна, тобто молекули барвника адсорбуються на потенційно нео- днорідних поверхнях, що мають рівномірний розподіл адсорбційних центрів. Розрахована величина енергії адсорбції вказує на фізичний характер взаємодії на межі поділу «адсорбат-адсорбент». Показано перспективність використання калій титанату в якості адсорбенту метиленового синього з водного розчину.
Посилання
Писаренко С.В., Черненко В.Ю., Чигиринець О.Е., Камінський О.М., Мироняк М.О. Лужне вилуговування титану з ільменіту Іршанського родовища. Питання хімії та хімічної технології. 2021. № 6. С. 51–56. https://doi.org/10.32434/0321-4095-2021-139-6-51-56.
Directive (EU) 2020/2184 of the European Parliament and of the Council of 16 December 2020 on the quality of water intended for human consumption [Електронний ресурс]. URL: https://www.legislation.gov.uk/eudr/2020/2184 (дата звернення 24.07.2024).
González E.A.Z., García-Guaderrama M., Villalobos M.R., Dellamary F.L., Kandhual S., Rout N.P., Tiznado H., Arizaga G.G.C. Potassium titanate as heterogeneous catalyst for methyl transesterification. Powder Technol. 2015. Vol. 280. P. 201–206. https://doi.org/10.1016/j.powtec.2015.04.030.
Kusuma H.S., Christa Jaya D.E., Illiyanasafa N., Ikawati K.L., Kurniasari E., Darmokoesoemo H., Amenaghawon A.N. A critical review and bibliometric analysis of methylene blue adsorption using leaves. Chemosphere. 2024. 141867 р. https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2024.141867.
Li J., Cao Y., Ding K., Ye J., Li F., Ma C., Lv P., Xu Y., Shi L. Research progress of industrial wastewater treatment technology based on solar interfacial adsorption coupled evaporation process. Sci. Total Environ. 2024. 172887 р. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2024.172887.
Lima J.P., Alvarenga G., Goszczynski A.C.F., Rosa G.R., Lopes T.J. Batch adsorption of methylene blue dye using Enterolobium contortisiliquum as bioadsorbent: Experimental, mathematical modeling and simulation. J. Ind. Eng. Chem. 2020. Vol. 91. P. 362–371. https://doi.org/10.1016/j.jiec.2020.08.029.
Lyu R., Zhang C., Xia T., Chen S., Wang Z., Luo X., Wang L., Wang Y., Yu J., Wang C. Efficient adsorption of methylene blue by mesoporous silica prepared using sol-gel method employing hydroxyethyl cellulose as a template. Colloids Surf. A: Physicochem. Eng. Asp. 2 020. Vol. 606. 125425 р. https://doi.org/10.1016/j.colsurfa.2020.125425.
Onyango M., Kojima Y., Aoyi O., Bernardo E., Matsuda H. Adsorption equilibrium modeling and solution chemistry dependence of fluoride removal from water by trivalent-cation-exchanged zeolite F-9. J. Colloid Interface Sci. 2004. Vol. 279 (2). P. 341–350. https://doi.org/10.1016/j.jcis.2004.06.038.
Pysarenko S., Kaminskyi O., Chyhyrynets O., Denysiuk R., Chernenko, V. Photocatalytic destruction and adsorptive processes of methylene blue by potassium titanate. Mater. Today Proc. 2022. Vol. 62 (15). P. 7754–7758. https://doi.org/10.1016/j.matpr.2022.05.476.
Sangor F.I.M.S., Al-Ghouti M.A. Waste-to-value: Synthesis of nano-aluminum oxide (nano-γ-Al2O3) from waste aluminum foils for efficient adsorption of methylene blue dye. Case Stud. Chem. Environ. Eng. 2023. Vol. 8. 100394 р. https://doi.org/10.1016/j.cscee.2023.100394.
Shi D., Huang Y., Wang H., Yuan W., Fu P. Deoiling of oil-coated catalyst using high-speed suspending self-rotation in cyclone. Sep. Purif. Technol. 2019. Vol. 210. P. 117–124. https://doi.org/10.1016/j.seppur.2018.03.059.
Tichapondwa S.M., Newman J.P., Kubheka O. Effect of TiO2 phase on the photocatalytic degradation of methylene blue dye. Phys. Chem. Earth. 2020. Vol. 118-119. P. 102900. https://doi.org/10.1016/j.pce.2020.102900.
Tripathy S., Raichur A. Abatement of fluoride from water using manganese dioxide-coated activated alumina. J. Hazard. Mater. 2008. Vol. 153 (3). P. 1043–1051. https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2007.09.100.
Wang L., Song S., Jiang S., & Wang L. Adsorption process optimization for phenolic wastewater treatment with macroporous resin. Desalin. Water Treat. 2019. Vol. 143. P. 192–196. https://doi.org/ 10.5004/dwt.2019.23275.
Zou P., Zhang M., Li C., Guo Y., Zhu W., Cheng J., Zhu J. Experimental study on dynamic adsorption properties of methylene blue onto coal-based activated carbon using a hydrocyclone. Chem. Eng. Process.: Process Intensif. 2024. Vol. 203. 109920 р. https://doi.org/10.1016/j.cep.2024.109920.
Zhang S. Current status and development trend of China’s dyestuff industry. CIESC Journal. 2019. Vol. 70 (10). P. 3704-3711.
