ВЛИЯНИЕ СОРБЦИИ ИОНОВ ЖЕЛЕЗА И МАРГАНЦА НА ИЗМЕНЕНИЕ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ПОВЕРХНОСТИ КОКОСОВОГО УГЛЯ
Authors: Михайлова Е.С. , Тимощук И.В. , Горелкина А.К. , Семенова С.А. 
Published: February 2025

Активные угли характеризуются высокой степенью эффективности и уникальной способностью возможности глубокого извлечения контаминантов органического и минерального происхождения в широком интервале концентраций из водных растворов. В работе исследован сорбент на основе кокосовых косточек – Кокосовый активный уголь – исходный образец и после сорбции ионов железа, марганца из монорастворов в статических, кинетических и динамических условиях с использованием методов инфракрасной спектроскопии, рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии, сканирующей электронной микроскопии, термического анализа, азотной порометрии. Установлено, что адсорбция ионов железа и марганца из монорастворов носит физический характер и не привит к прочной связи с Кокосовым активным углем. Результаты ИК-спектроскопии по изменению относительного содержания кислородных групп на поверхности сорбентов после адсорбции железа и марганца из монорастворов коррелируют с результатами рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии (относительными атомными концентрациями элементов в приповерхностном слое образцов) и термогравиметрии (показателями термического разложения, потерей массы образца в различных температурных интервалах). Интенсивность термоокисления Кокосового активного угля после сорбции ионов марганца и железа возрастает, что, вероятно, связано с каталитическим эффектом, оказываемым сорбированными ионами, «внедренными» в виде металлоорганических комплексов в структуру сорбента. Анализ изображений поверхности образцов, полученных сканирующей электронной микроскопией, и данных порометрии показал, что адсорбция ионов железа и марганца осуществляется в микро- и мезопорах, кроме того ионы марганца при адсорбции из монорастворов вероятно оказывают каталитическое влияние на процесс окисления ароматического каркаса сорбента с эффектом травления поверхности. Исследование процесса извлечения железа и марганца в кинетических условиях установило лимитирующую стадию – внешний массоперенос в течение 100 мин для железа и 30 мин для марганца. Суммарная степень извлечения в динамических условиях из монорастворов железа составила 70,3 %, марганца – 62,7 %.

Activated carbons are characterized by a high degree of efficiency and a unique ability to deeply extract contaminants of organic and mineral origin in a wide range of concentrations from aqueous solutions. In this work, the sorbent based on coconut seeds, Coconut activated carbon, is the initial sample and after sorption of iron and manganese ions from monosolutions under static, kinetic and dynamic conditions using methods of infrared spectroscopy, X-ray photoelectron spectroscopy, scanning electron microscopy, thermal analysis, nitrogen porometry. It has been established that the adsorption of iron and manganese ions from monosolutions is of a physical nature and is not grafted to a strong bond with Coconut activated carbon. The results of IR spectroscopy on changes in the relative content of oxygen groups on the surface of sorbents after adsorption of iron and manganese from monosolutions correlate with the results of X-ray photoelectron spectroscopy (relative atomic concentrations of elements in the surface layer of samples) and thermogravimetry (indicators of thermal decomposition, loss of sample mass in various temperature ranges). The intensity of thermal oxidation of Coconut activated carbon after sorption of manganese and iron ions increases, which is probably due to the catalytic effect exerted by sorbed ions “embedded” in the form of metallo-organic complexes in the sorbent structure. Analysis of the surface images of samples obtained by scanning electron microscopy and porometry data showed that the adsorption of iron and manganese ions is carried out in micro- and mesopores, in addition, manganese ions during adsorption from monosolutions probably have a catalytic effect on the oxidation process of the aromatic framework of the sorbent with the effect of etching the surface. The study of the extraction process of iron and manganese under kinetic conditions established a limiting stage – external mass transfer for 100 minutes for iron and 30 minutes for manganese. The total degree of extraction under dynamic conditions from iron monosolutions was 70.3 %, and manganese – 62.7 %.