Адсорбция Cd (II) и Cr (VI) комплексным гуминовым сорбентом: кинетическая и окислительно-восстановительная характеристика процесса

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

Изучена предельная насыщаемость гуминовых кислот ионами Fe(III) в процессе получения комплексного гуминового сорбента. Комплексный сорбент ГКмодFe сохраняет 16.5 ммоль/г функциональных групп гуминовых кислот от общего количества групп 25 ммоль/г, которые способны участвовать в обменных реакциях с ионами металлов. Предельная адсорбция Cd(II) сорбентом наблюдается через 5 ч контакта «сорбат – сорбент» и составляет 76±2 мг/г. Увеличение времени контакта до 24 ч приводит к десорбции Cd(II) и снижению сорбционной обменной емкости сорбента до 55±2 мг/г. Предельная адсорбция Cr(VI) наступает через 250 ч контакта «сорбат – сорбент». Присутствие Cd(II) в растворе не влияет на сорбцию Cr(VI) комплексным сорбентом, которая соответствует 61±1 мг/г. Скорость адсорбции рассматриваемых ионов металлов описывается уравнением псевдопервого порядка и сопровождается смешанными диффузионными процессами. Окислительно-восстановительный потенциал системы сорбент+Cr(VI) снижается на 77 мВ и на 38 мВ – в системе сорбент+Cr(VI)+Cd (II) за время контакта 250 ч.

Full Text

Restricted Access

About the authors

Е. В. Линкевич

Отдел комплексных научных исследований Карельского научного центра РАН

Author for correspondence.
Email: maltseva2@gmail.com
Russian Federation, Петрозаводск

В. М. Прокопюк

Отдел комплексных научных исследований Карельского научного центра РАН

Email: maltseva2@gmail.com
Russian Federation, Петрозаводск

References

  1. Furukawa K., Takahashi Y. // Chemosphere. 2008. Т. 73. №. 8. С. 1272. DOI.org/10.1016/j.chemosphere.2008.07.017
  2. Мальцева Е.В., Иванов А.А., Юдина Н.В. // Журнал физической химии. 2009. Т. 83. № 11. С. 2175. [Mal’tseva E.V., Ivanov A.A., Yudina N.V. //Russian Journal of Physical Chemistry. A. 2009. Т. 83. № 11. С. 1981].
  3. Дину М.И. // Водные ресурсы. 2010. Т. 37. № 1. С. 65. [Dinu M.I. // Water resources. 2010. Т. 37. С. 65] DOI.org/10.1134/S0097807810010057
  4. Сюндюкова К.В., Дмитриева Е.Д., Горячева А.А. и др. // Сорбционные и хроматографические процессы. 2016. Т. 16. № 6. С. 788.
  5. Малышенко Н.В. и др. // Вестник Кузбасского государственного технического университета. 2015. № 1 (107). С. 77.
  6. Лодыгин Е.Д. // Почвоведение. 2019. № 7. С. 817. [ Lodygin E. D. // Eurasian Soil Science. 2019.Т. 52. С. 769] DOI.org/10.1134/S1064229319070093
  7. Lodygin E.D. et al. // Environmental Research. 2020. Т. 191. С. 110058. DOI.org/10.1016/ j.envres.2020.110058
  8. Василевич Р.С. и др. // Почвоведение. 2014. № 3. С. 283. [Vasilevich R.S. et al. // Eurasian Soil Science. 2014. Т. 47. № 3. С. 162] doi: 10.7868/S0032180X14030113
  9. Кощеева И.Я. и др. // Геохимия. 2018. № 7. С. 685. [Koshcheeva I.Y. et al // Geochemistry International. 2018. Т. 56. № 7. С. 711].
  10. Maurer F. et al. // Environmental science & technology. 2012. Т. 46. № 16. С. 8808. DOI.org/10.1021/es301520s
  11. Bauer I., Kappler A. // Environmental science & technology. 2009. Т. 43. № 13. С. 4902. DOI.org/10.1021/es900179s
  12. Shaker M.A. et al. // Chemosphere. 2014. Т. 111. С. 587. DOI.org/10.1016/j.chemosphere.2014.04.088
  13. Barnie S., Zhang J., Wang H. // Chemosphere. V. 212. 2018. P. 209. DOI.org/10.1016/ j.chemosphere.2018.08.067
  14. Smolyakov B.S. et al. // J. of Еnviron. Chem. Eng. 2015. Т. 3. № 3. С. 1939. DOI.org/10.1016/ j.jece.2015.07.005
  15. Amutenya E.L.M. et al. // Heliyon. 2022. Т. 8. № 6. С. e09720. DOI.org/10.1016/j.heliyon.2022.e09720
  16. Джардималиева Г.И. и др. // Коллоидный журнал. 2020. Т. 82. № 1. С. 11. [Dzhardimalieva G.I. et al. // Colloid Journal. 2020. Т. 82. № 1. С. 1.] DOI.org/10.31857/S0023291220010036
  17. Chen J. P., Wu S. // Journal of Colloid and Interface Science. 2004. Т. 280. № 2. С. 334. DOI.org/10.1016/ j.jcis.2004.08.029
  18. Arslan G., Edebali S., Pehlivan E. // Desalination. 2010. Т. 255. № 1–3. P. 117. DOI.org/10.1016/ j.desal.2010.01.006
  19. Zhou F. et al. // Environmental Science and Pollution Research. 2015. Т. 22. С. 16031. DOI.org/10.1007/s11356-015-4818-7
  20. Zhang T. et al. // Powder Technology. 2020. Т. 360. С. 55–64. DOI.org/10.1016/j.powtec.2019.09.091
  21. Liu T., Rao P., Lo I.M.C. // Science of the Total Environment. 2009. Т. 407. № 10. Р. 3407. DOI.org/ 10.1016/j.scitotenv.2009.01.043
  22. Jiang W. et al. // Environmental Science and Тechnology. 2014. Т. 48. № 14. С. 8078. DOI.org/ 10.1021/es405804m
  23. Rouhaninezhad A.A., Hojati S., Masir M.N. // Ecotoxicology and Environ. Safety. 2020. Т. 206. С. 111247. DOI.org/10.1016/j.ecoenv.2020.111247
  24. Uyguner C.S., Bekbolet M. // Applied Catalysis B: Environmental. 2004. Т. 49. № 4. С. 267. DOI.org/ 10.1016/j.apcatb.2003.12.015
  25. Petrovic M., Kastelan-Macan M., Horvat A.J.M. // Water, air and soil pollution. 1999. T. 111. Р. 41. DOI.org/ 10.1023/A:1005084802830
  26. Юдина Н.В., Савельева А.В., Линкевич Е.В. // Химия твердого топлива. 2019. № 1. С. 34. [Yudina N.V., Savel’eva A.V., Linkevich E.V. // Solid Fuel Chemistry. 2019. Т. 53. № 1. С. 29.] DOI.org/10.1134/S0023117719010092
  27. Линкевич Е.В., Юдина Н.В., Савельева А.В // Журнал физической химии. 2020. Т. 94. № 4. С. 568–573. [Linkevich E.V., Yudina N.V., Sa- vel’eva A.V. // Russian Journal of Physical Chemistry. A. 2020. Т. 94. № 4. С. 742–747.] DOI.org/10.31857/S0044453720040093
  28. Линкевич Е.В., Юдина Н.В., Савельева А.В. и др. // Химия твердого топлива. 2022. № 2. С. 63–69. [Linkevich E.V., Yudina N.V., Savel’eva A.V. et al // Solid Fuel Chemistry. 2022. Т. 56. № 2. С. 145–151.] DOI.org/10.31857/S0023117722020049
  29. Мальцева Е.В., Филатов Д.А., Юдина Н.В. и др. // Химия твердого топлива. 2011. Вып. 45. С. 62. [Mal’tseva E.V., Filatov D.A., Yudina N.V. et al Solid Fuel Chemistry. 2011. Т. 45. № 1. С. 62.].
  30. Микроскопические методы определения размеров частиц дисперсных материалов: Учеб. пособие / Н.Н. Гаврилова, В.В. Назаров, О.В. Яровая. – М.: РХТУ им. Д.И. Менделеева, 2012. 52 с.
  31. Маслова М.В., Иваненко В.И., Герасимова Л.Г. // Журнал физической химии. 2009. Т. 93. № 7. С. 1002. [Maslova M.V., Ivanenko V.I., Gerasimova L.G. // Russian Journal of Physical Chemistry A. 2019. Т. 93. № 7. С. 1245] DOI.org/10.1134/S0044453719060219
  32. Tang C. et al. // RSC advances. 2017. Т. 7. № 26. С. 16092. DOI.org/10.1039/C6RA28035H
  33. Li Y. et al. // Colloids and Surfaces B: Biointerfaces. 2008. Т. 65. № 1. С. 25–29. DOI.org/10.1016/ j.colsurfb.2008.02.014
  34. Liu C. et al. // Canadian Journal of Soil Science. 2001. Т. 81. № 3. С. 337. DOI.org/10.4141/S00-070
  35. Крижановская О.О., Синяева Н.А., Карпов С.И. и др. // Сорбционные и хроматографические процессы. 2014. Т. 14. Вып. 5. С. 784.
  36. Сютова Е.А., Джигола Л.А. // Сорбционные и хроматографические процессы. 2020. Т. 20. № 1. С. 64. DOI.org/10.17308/sorpchrom.2020. 20/2381
  37. Klučáková M., Kalina M. // Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects. 2015. Т. 483. С. 162. DOI.org/10.1016/j.colsurfa.2015.05.041
  38. Лебедева О.В. и др. // Физикохимия поверхности и защита материалов. 2016. Т. 52. № 2. С. 150. [Lebedeva O.V., Sipkina E.I., Pozhidaev Y.N., Chernigovskaya M.A., Raskulova T.V. Protection of Metals and Physical Chemistry of Surfaces. 2016. Т. 52. № 2. С. 218.] DOI.org/10.7868/S0044185616020182
  39. Horsfall Jr.M., Abia A.A. // Water research. 2003. Т. 37. № 20. С. 4913. DOI.org/10.1016/j.watres.2003.08.020
  40. Town R.M., van Leeuwen H.P., Buffle J. // Environmental Science and Technology. 2012. Т. 46. № 19. С. 10487. DOI.org/10.1021/es3018013
  41. Li Y., Yue Q., Gao B. // J. of Hazardous Materials. 2010. Т. 178. № 1–3. С. 455. DOI.org/10.1016/ j.jhazmat.2010.01.103
  42. Struyk Z., Sposito G. // Geoderma. 2001. Т. 102. № 3–4. С. 329–346. DOI.org/10.1016/S0016- 7061(01)00040-4
  43. Kappler A., Brune A. // Soil Biology and Biochemistry. V. 34. Issue 2, 2002. P. 221. DOI.org/10.1016/S0038-0717(01)00176-6

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. Photographs of the surface of humic acids at different magnifications: a – the type of pores of humic acids, b – the total porous surface of humic acids

Download (166KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. Differential curves of numerical (1), surface (2) and volumetric (3) pore distribution of humic acids

Download (69KB)
Indexing metadata
4. Fig. 3. The mass ratio of Fe(III) and GCmod in a complex sorbent

Download (59KB)
Indexing metadata
5. Fig. 4. Kinetic dependence of Cd(II) sorption by the humic complex HCmodFe from an individual solution

Download (42KB)
Indexing metadata
6. Fig. 5. Kinetic dependences of sorption by complex sorbent Cd (II) from a mixed solution (1), Cr (VI) from a mixed solution (2), Cr (VI) from an individual solution (3)

Download (64KB)
Indexing metadata
7. Fig. 6. An intraparticle diffusion model of ion adsorption in Weber–Morris coordinates by the humic complex HCmodFe: 1 – Cd(II) from a mixed solution, 2 – Cr(VI) from a mixed solution, 3 – Cr(VI) from an individual solution

Download (67KB)
Indexing metadata
8. Fig. 7. Kinetic adsorption curves in the coordinates of the Boyd–Adamson diffusion model (a – external diffusion, b – internal diffusion) in the complex sorbent system – metal ions: 1 – Cd(II), 2 –Cr(VI) from a mixed solution, 3 – Cr(VI) – from an individual solution

Download (106KB)
Indexing metadata
9. Fig. 8. Change in the redox potential of aqueous solutions over time, pH 3.8–4.0: 1 – Fe(OH)3 + Cd(II)+Cr(VI); 2 – Gc MODFE + Cd(II)+Cr(VI); 3 – GC MODFE + Cr(VI)

Download (52KB)
Indexing metadata
10. Fig. 9. The equilibrium amount of Fe(II) in solution in the complex sorbent system – metal ions in time: 1 – GCmodFe–Cd(II), 2 – GCmodFe–Cr(VI), 3 – GCmodFe+ Cd(II)+Cr(VI)

Download (53KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2024 Russian Academy of Sciences