Study of mechanism of Fe(II) and Cu(II) ions adsorption on bentonite modified with carbon nanotubes
Authors: Атаманова О. В. , Тихомирова Е. И. , Глубокая А. С. , Подоксенов А. А. 
Published: August 2024

Приведены результаты исследований механизмов адсорбции ионов Fe(II) и Cu(II) на бентоните, модифицированном углеродными нанотрубками (УНТ), при высокотемпературной (550°С) термической обработке. Исследования проведены на трех фракциях модифицированного бентонита Саригюхского месторождения (Республики Армения): мелкая (0,001-0,099 мм), средняя (0,10-0,99 мм) и крупная (1,0-3,5 мм). Экспериментально получены основные адсорбционные характеристики бентонита, модифицированного УНТ, при высокотемпературной термической обработке для каждой из трех фракций по отношению к ионам Fe(II) и Cu(II) в статических условиях. Наилучшие адсорбционные характеристики показала средняя фракция модифицированного бентонита, которые составили для ионов железа (ионов меди): статическая обменная емкость 0,502 (0,36) мг-экв/г, коэффициент межфазного распределения 0,14 (0,13) мг/дм, степень извлечения 90,1 (87,0)%. Построены изотермы адсорбции, и проведен анализ механизма адсорбции ионов Fe(II) и Cu(II) бентонитом, модифицированным УНТ, в рамках моделей Ленгмюра, Фрейндлиха и Брунауэра-Эммета-Теллера. Установлено, что процесс адсорбции ионов Fe(II) на указанном сорбенте наиболее точно описывается в рамках изотермы Ленгмюра, что свидетельствует о преимущественном образовании мономолекулярных слоев адсорбата на поверхности сорбционного материала. Процесс адсорбции ионов Cu(II) на бентоните, модифицированном УНТ, наиболее точно описывается в рамках изотермы Фрейндлиха, что свидетельствует о преимущественном формировании смешанных слоев «адсорбент-адсорбат».

The results of study of mechanisms of adsorption of Fe(II) and Cu(II) ions on bentonite modified with carbon nanotubes (CNTs) under high-temperature (550°C) heat treatment are presented. The study is carried out using three fractions of modified bentonite of the Sarigyukh deposit (Republic of Armenia): small (0.001-0.099 mm), medium (0.10-0.99 mm), and coarse (1.0-3.5 mm) fractions. The main adsorption characteristics of bentonite modified with CNTs have been experimentally obtained during high-temperature heat treatment for each of the three fractions with respect to Fe(II) and Cu(II) ions under static conditions. The best adsorption characteristics are achieved with the medium fraction of the modified bentonite, which are amounted to the following values for the iron (copper) ions, respectively: static exchange capacity 0.502 (0.36) mg-eq/g, interfacial distribution coefficient 0.14 (0.13) mg/dm, and recovery degree 90.1 (87.0)%. Adsorption isotherms have been plotted, and the mechanism of adsorption of Fe(II) and Cu(II) ions by CNT-modified bentonite has been analyzed in the framework of the Langmuir, Freundlich, and Brunauer-Emmett-Teller models. The process of Fe(II) ions adsorption on this sorbent is found to be most accurately described in terms of the Langmuir isotherm, which indicates the predominant formation of monomolecular adsorbate layers on the surface of the sorption material. The adsorption of Cu(II) ions on bentonite modified with CNTs is most closely described in terms of the Freundlich isotherm, which indicates the predominant formation of mixed adsorbent-adsorbate layers.