Журнал физической химии, 2022, T. 96, № 3, стр. 426-429

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

Для исследования брали березовые опилки с пилорамы в Брянской области, Брасовском районе, пгт. Локоть. Предварительно опилки промывали и высушивали, а затем просеивали через лабораторные сита с d = 0.5 мм. Для исследования выбирали фракцию с d < 0.5 мм. Далее опилки выдерживали в горячей воде в течение определенного времени. Эта операция необходима, поскольку опилки содержат дубильные вещества, придающие водным растворам кислую среду, которая может менять структуру хромофорных групп красителя, а значит, влиять на цвет красителя. Отсутствие дубильных веществ в водной вытяжке проверяли методом Якимова и Курницкой. После 30-минутной выдержки опилок в горячей воде дубильные вещества в фильтрате не определялись.

Для определения процента сорбции использовали фотометрический метод – метод калибровочного графика. На аналитических весах взвешивали навески опилок массой 1 г и помещали их в химические стаканы объемом 100 мл, добавляли 50 мл раствора красителя концентрацией 0.5 г/л. Полученную смесь перемешивали на магнитной мешалке при комнатной температуре, варьируя время сорбции от 5 до 30 мин с шагом 5 мин. После завершения процесса сорбции растворы отфильтровали и фотометрировали относительно дистиллированной воды при λ = 546 нм на спектрофотометре ПЭ-5400УФ. С помощью калибровочного графика определили остаточные концентрации красителей. Сорбционную способность Г (%) рассчитывали по формуле, приведенной в [15].

По полученным данным строили кинетическую кривую сорбции красителя катионного розового 2С древесными опилками (рис. 2).

Из рис. 2 видно, что кинетическая кривая на начальном участке (до 5 мин) резко возрастает, а далее, при увеличении времени сорбции, происходит постепенное заполнение доли активных адсорбционных центров сорбента красителем катионным розовым 2С и степень сорбции не меняется. Максимальная сорбция достигается при времени сорбции 30 мин и составляет 82.6%, т.е. при времени сорбции 30 мин возникает динамическое сорбционное равновесие, которое на кинетической кривой проявляется в виде плато.

Для определения стадии, лимитирующей скорость протекания процесса сорбции, использовали графоаналитический метод построения зависимости: ln(1 − F) = f(t) (внешне диффузионная кинетика) и F = f(t^1/2) (внутридиффузионная кинетика). Результаты графической обработки экспериментальных данных в соответствующих координатах представлены на рис. 3.

Графически анализ показал, что коэффициенты линейной корреляции для обеих зависимостей достаточно высоки: для внешней диффузии 0.8498, для внутренней – 0.9801. Это позволяет предположить, что процесс протекает в смешанно-диффузионном режиме, т.е. контролируется одновременно внешней и внутренней диффузией.

Порядок процесса сорбции определяли графическим методом, который заключается в построении зависимости концентрации реагента от времени в различных координатах и определении наиболее линейной зависимости (рис. 4). При проведении анализа необходимо учитывать и величину коэффициента корреляции, где она наибольшая, тот график и рассматривается.

Анализ графических зависимостей показал, что наибольший коэффициент корреляции и прямолинейная зависимость наблюдаются для третьего графика, построенного для реакции псевдо-второго порядка. Константа скорости для данного порядка вычисляли по формуле:

где t – время сорбции, с; С – концентрация красителя после сорбции, г/л; С₀ – концентрация красителя до сорбции, г/л. Полученная величина константы скорости составила 7.2 × 10^–3 л/(гс).

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

При проведении кинетических исследований установлено, что максимальная сорбция красителя катионного розового 2С достигается в течение 30 мин и составляет 82.6%. При проведении графоаналитического анализа выявлено, что процесс протекает в смешанно-диффузионном режиме, т.е. контролируется одновременно внешней и внутренней диффузией. Графическим методом определено, что процесс сорбции красителя катионного розового 2С относится к реакциям псевдо-второго порядка. С использованием кинетического уравнения для реакций второго порядка рассчитана константа скорости процесса сорбции древесным сорбентом красителя катионного розового 2С (7.2 × 10^–3 л/(гс)).