Исследование процесса адсорбции ионов меди на модифицированном диоксиде кремния

компонентов - эссенциале и глицирризиновой кислоты для защиты ткани печени от острых токсических воздействий.

Таким образом, из восьми исследованных ге-патопротекторов с различным механизмом действия не обнаружено препаратов ухудшающих состояние печени на фоне токсического гепатита; комбинация эссенциальных фосфолипидов и глицирризиновой кислоты, представленная препаратом фосфоглив, обладает существенно более значимой гепатопротективной активностью, в сравнении с эффективностью компонентов этой комбинации, применённых по отдельности.

Библиографический список

1. Бабак О.Я. Медикаментозные токсические поражения печени: пути фармакологической коррекции // Здоровье Украины. - 2009. -№1. - С. 26-34.

2. Гуськова Т.А. Оценка безопасности лекарственных средств на стадии доклинического изучения // Химико-фармацевтический журнал. -1990. - №7. - С. 10-15.

3. Поливанов В.А. Фармакоэкономический анализ терапии алкогольной болезни печени в стадии стеатоза и гепатита препаратами Эссливер Форте и Эсенциале Форте Н // Фармакоэкономи-

ка. - 2009. - №>1. - C. 7-11.

4. Руководство по экспериментальному (доклиническому) изучению новых фармакологических веществ. - М., 2000. - 398 с.

5. РябоконьЕ.В. Современные аспекты клинического применения эссенциальных фосфолипидов в комплексной терапии хронических гепатитов // Здоровье Украины. - 2009. - .№4. -С. 70-75.

6. СитниковИ.Г., Шошин А.А., ФёдоровВ.Н. Фармакотерапевтическая эффективность гепа-топротективных лекарственных средств при парентеральных вирусных гепатитах // Инфекционные болезни. - 2005. - №3. - Т. 3. - С. 12-17.

7. Ткач С.М. Эффективность и безопасность ге-патопротекторов с точки зрения доказательной медицины // Здоровье Украины. -2009. - №6. - С. 7-10.

8. ТолстиковГ.А., БалтинаЛ.А., СердюкН.Г. Солодка: применение в мировой практике (обзор по материалам охранных документов за период с 1951 по 2007 годы) // Хим.-фармац. журн. -2008. - Т. 32. - №8. - С. 5-14.

9. KaurP., Kaur S. Evaluation of antigenotoxic activity of isoliquiritin apioside from Glycyrrhiza glabra L // Toxicology in Vitro. - 2009. - Vol. 23. -№4. - Р 680-686.

10. Lee W.M. Drug-induced hepatotoxity // New Engl J Med. - 2003. - Vol. 349. - P. 474-485.

УДК 661.183

Цветкова Анна Дмитриевна

Военная академия войск РХБ защиты и ИВ имени Маршала Советского Союза С.К. Тимошенко

polaris-ru@yandex.ru

Акаев Олег Павлович

доктор технических наук Костромской государственный университет им. Н.А. Некрасова

akaev@list.ru

ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА АДСОРБЦИИ ИОНОВ МЕДИ НА МОДИФИЦИРОВАННОМ ДИОКСИДЕ КРЕМНИЯ

В статье рассматриваются адсорбционные характеристики диоксида кремния (кремнегеля) — побочного многотоннажного продукта производства фторида алюминия. Оценена степень очистки водных растворов от ионов меди модифицированной формой сорбента. Приведены кинетические параметры процесса адсорбции — константы скорости адсорбции, энергия активации.

Ключевые слова: адсорбция, диоксид кремния, ионы тяжелых металлов, модифицирование.

Изучаемый кремнийсодержащий материал (кремнегель) является побочным . продуктом производства фторида алюминия. Кремнегель - это полидисперсный продукт, представленный достаточно рыхлыми

вторичными агрегатами частиц размером 0,4120 мкм с преобладающим размером 40-50 мкм. Удельная поверхность Sуд, измеренная методом оптической микроскопии, составляет ~10 м2/г. После отделения на фильтре от маточного раство-

© Цветкова А.Д., Акаев О.П., 2011

Вестник КГУ им. Н.А. Некрасова ♦ № 2, 2011

27

ра АШ3 диоксид кремния имеет влажность 40-50%. Основными сопутствующими компонентами являются АШ3, А1(ОН)3, Н^Р6 в количествах, не превышающих 6,0%.

При производстве 1 т фторида алюминия образуется около 0,36 т кремнегеля (в пересчете на 100% SiO2). Общее количество кремнегеля при производстве фторидов в стране оценивают «40 тыс.т/год. Долгое время он сбрасывался в отвалы вблизи промышленных предприятий, занимая полезные территории и нанося вред окружающей среде. Лишь в последнее время диоксид кремния начали применять в качестве грубодисперсного наполнителя ряда композитов [ 1].

Цель данной работы заключается в исследовании процесса адсорбции ионов тяжелых металлов (на примере Си2+) на диоксиде кремния (крем-негеле) с перспективой дальнейшего использования его для очистки сточных вод.

Исследование адсорбции проводили в статических условиях на модельном растворе соли меди с концентрацией 100 мг/л при соотношении Т:Ж = 3:100 при температурах 250С, 350С и 450С. Концентрацию металла определяли с помощью ионоселективного электрода. Количество адсорбированных ионов рассчитывали по формуле:

А =

(г - С

исх рав/

где А - адсорбционная емкость, мг/г адсорбента; С и С - соответственно исходная и равновес-

исх рав А

ная концентрации раствора (в пересчете на ион металла), мг/л; V - объем раствора, л; т - масса адсорбента (в пересчете на сухое вещество), г.

Для вычисления степени очистки водного раствора от ионов металла использовали следующую формулу:

J =

(С - С )-100%

- исх - рав/

С !

исх

^№-адсорбен

где J - степень очистки водных растворов от ионов меди, %; С и С - соответственно исходная

7 7 исх рав

и равновесная концентрации раствора (в пересчете на металл), мг/л.

Модифицирование сорбента проводили путем обработки его поверхности одноосновными предельными карбоновыми кислотами (пальмитиновой СН3-(СН2)14-СООН и стеариновой СН3-(СН2)16-СООН). Содержание модификатора составляло 15% от общей массы адсорбента.

Анализ экспериментальных данных показал очень низкую адсорбционную способность ионов меди исходным диоксидом кремния.

Изменение адсорбционных свойств кремнийсодержащих соединений может быть достигнуто в результате химического модифицирования их поверхности.

^ мин

Рис. 1. Кинетические кривые адсорбции ионов меди адсорбентом, модифицированным стеариновой кислотой:

1 - при 450С; 2 - при 350С; 3 - при 250С

^ мин

Рис. 2. Кинетические кривые адсорбции ионов меди адсорбентом, модифицированным пальмитиновой кислотой:

1 - при 450С; 2 - при 350С; 3 - при 250С

Таблица1

Влияние вида обработки адсорбента на степень очистки раствора от ионов меди

Температура, 0С Адсорбент, модифицированный стеариновой кислотой Адсорбент, модифицированный пальмитиновой кислотой

25 67,3±5,08 56,5±6,72

35 74,3±6,76 61,6±5,95

45 80,0±6,85 68,4±6,43

В связи с тем что электронная d-оболочка кремния не заполнена, распределение электронной плотности в гидроксильных группах поверхности кремнегеля таково, что в них отрицательный заряд сильно смещен к атому кислорода, а атом водорода частично протонирован. При частичном или полном замещении гидроксильных групп кремнезема на молекулы, обладающие сосредоточенной на периферии электронной плотностью, наблюдается усиление адсорбции ионов тяжелых металлов, являющихся электронными акцепторами, в результате включения в адсорбционный процесс донорно-акцепторного взаимодействия [2].

На рисунках 1 и 2 показана зависимость А =Д0 для адсорбента, модифицированного соответственно стеариновой и пальмитиновой кислотами.

При изучении адсорбции ионов меди модифицированным кремнегелем установлено, что с ростом температуры адсорбционная емкость сорбента возрастает. Следовательно, на модифицированном алюмосиликате протекает хемосорбция, в результате на поверхности адсорбента

*

Ъ с

Рис. 3. Зависимость 1^(С0-С)/С^С = ОД для адсорбции Си2+ адсорбентом, модифицированным стеариновой кислотой: 1 - при 45 0С; 2 - при 35 0С; 3 - при 25 0С

образуются химические соединения. Образование таких химических соединений происходит благодаря наличию на поверхности адсорбента активных центров и функциональных групп, которые взаимодействуют с частицами адсорбата, увеличивая адсорбционную емкость сорбента.

После достижения адсорбционного равновесия наблюдается незначительная десорбция, что свидетельствует о непрочности связи, образовавшейся между адсорбентом и частицами ад-сорбата.

Для принятия решения о практическом использовании адсорбента важной характеристикой является степень очистки. Значения степени очистки раствора от ионов меди, рассчитанные с использованием формулы 2, представлены в таблице 1.

Значения степени очистки раствора от ионов меди исследуемым модифицированным кремне-гелем сопоставимы с аналогичными показателями уже используемых сорбентов, что дает основания рассматривать его как альтернативный материал для очистки сточных вод от ионов меди и других тяжелых металлов.

Ї, с

Рис. 4. Зависимость 1^(С0-С)/С^С = ОД для адсорбции Си2+ адсорбентом, модифицированным пальмитиновой кислотой: 1 - при 45 0С; 2 - при 35 0С; 3 - при 25 0С

Вестник КГУ им. Н.А. Некрасова ♦ № 2, 2011

29

Таблица2

Значения констант скорости (К • 102) процесса адсорбции ионов меди кремнийсодержащим сорбентом, л • моль-1 с-1 • м-2

Температура, 0С Адсорбент, модифицированный стеариновой кислотой Адсорбент, модифицированный пальмитиновой кислотой

25 27,12±2,03 5,38±0,64

35 39,35±3,58 6,95±0,42

45 52,35±4,50 11,84±1,11

Скорость адсорбции Си2+ модифицированным сорбентом подчиняется уравнению второго порядка, на что указывает прямолинейный характер зависимости в координатах С -1 [3].

Для реакции второго порядка w=kc2, где k -константа скорости реакции, учитывая гетерогенность процесса, запишем:

, , . Л Е 1

1п к = 1п А-------------.

R Т

1 dc

w =-~§~аі!

где w - скорость реакции; S - удельная поверхность адсорбента; с - концентрация; t - время:

1 dc , 2 ------= £с2

Sdt К ’

Преобразовав выражение, получим

1 dc

= kdt. (5) Интегрируя левую часть этого уравнения в пределах от С0 до С и правую - в пределах от 0 до t, получим

1 С - С

•& с0с

Построив зависимость в координатах

1 с0 - с ,

——— t, можно определить константу к, как

тангенс угла наклона прямой к оси абсцисс. Результаты представлены на рисунках 3, 4 и в таблице 2.

Для большинства реакций зависимость скорости реакции и константы скорости реакции от температуры выражается уравнением Аррениуса:

- Е

к = АеЯ,

где к - константа скорости реакции; А - предэкспо-ненциальный множитель, е - основание натурального логарифма; Е - энергия активации; Я - универсальная газовая постоянная; Т - температура.

Прологарифмировав уравнение Аррениуса, получим:

Используя рассчитанные ранее значения констант скорости адсорбции (см. таблицу 2), построили зависимость 1п £ = f ^ , тангенс угла накло-

Е

на а к оси абсцисс равен------------, откуда Е =  R.

R

В результате установлено, что энергия активации процесса адсорбции ионов меди адсорбентом, модифицированным стеариновой кислотой, составляет 24,56 кДж/моль, при модифицировании поверхности пальмитиновой кислотой энергия активации процесса равна 29,85 кДж/моль. Рассчитанные значения энергии активации указывают на то, что адсорбция на модифицированном адсорбенте протекает в переходной области, где гетерогенный процесс контролируется как диффузией, так и химическим процессом на границе фаз.

Проведенные исследования показали, что модифицированные кремнийсодержащие отходы обладают достаточно высокой адсорбционной способностью по отношению к ионам тяжелых металлов и способны конкурировать с уже используемыми пористыми материалами.

Библиографический список

1. Мурашкевич А.Н., Жарский И.М. Кремнийсодержащие продукты комплексной переработки фосфатного сырья. - Минск: БГТУ, 2002. -389 с.

2. Новый справочник химика и технолога. Сырье и продукты промышленности органических и неорганических веществ. - СПб.: НПО «Профессионал», 2002. - 40 с.

3. СтромбергА.Г. Физическая химия: Учеб. для хим. спец. вузов / А.Г. Стромберг, Д.П. Сем-ченко; под ред. А.Г. Стромберга. - М.: Высшая школа, 2003. - 527 с.