Бентонитоор боловсруулсан тэг валенттай төмрөөр усан уусмалаас хром (VI) ионыг зайлуулах судалгаа

ЛАБОРАТОРЫН ШИНЖИЛГЭЭНИЙ ОРЧИН ҮЕИЙН БАГАЖУУД БА ТҮҮНИЙ ХЭРЭГЛЭЭ

Бентонитоор боловсруулсан тэг валенттай төмрөөр усан уусмалаас хром (VI) ионыг зайлуулах судалгаа

А. Дашжаргал, Д. Номин-Эрд энэ

5/18/2016

Монгол Улсын Их Сургууль Шинжлэх Ухааны Сургууль

Химийн Тэнхим

Улаанбаатар 2016.05.18


2

Агуулга • Ерөнхий танилцуулга

• Судалгаа шинжилгээнд хэрэглэсэн байдал, судалгааны мэдээлэл, давуу тал, ач холбогдол

• Технологи болон ашиглалтын хувьд ойрын болон ирээдүйн чиг хандлага, төсөөлөл

• Сонгон авсан лабораторийн тоног төхөөрөмжүүдийн дунд түгээмэл тохиолддог бэрхшээлүүд, тэдгээрийг шийдвэрлэх арга зам, дүгнэлт, зөвлөмж

• Ном зүй

5/18/2016


3

Ерөнхий танилцуулга

5/18/2016

• Голлох процесс

• Идээлэгч урвалж Cr2(SO4)2(OH)2Арьс шир

боловсруулах идээлгийн процесс

• Хүрээлэн буй орчинд хаягдана

• Маш тогтвортой• Хорт хавдар

үүсгэнэ.

Хром (VI) ион • Хямд• Хялбар

Адсорбцын аргаар зайлуулах

Fe(0)• Гадаргуугийн талбай

ихтэй• Бөөгнөрөлд амархан

орно• Процессын үед

исэлдэж идэвхит чанараа алдана.

Бентонит• Өртөг багатай• Олдоц ихтэй• Тодорхой зорилгоор

ашигладаггүй

Б-Fe(0)• Шинж чанарыг судлах• Уусмалаас хром (VI)

ионыг адсорбцлах процессыг судлах


4

Ерөнхий танилцуулга

Flowsorb III 2305, USAНарийвчлал: ±0.5%

MAXima_X XRD-7000, Shimadzu, Japan Нарийвчлал: 0.05° (2')

Alpha T, Bruker, USA Нарийвчлал: >0.05 см-1

Cary 60, Agilent, USA Нарийвчлал: >1.5 нм

Thermo Scientific iCAP7400, USA

HI 2211, Hanna, USA Нарийвчлал: ±0.01 pH

XSE105DU, Mettler Toledo, USA Нарийвчлал: ±0.00001 г

LDO 250F, LabTech, KoreaНарийвчлал: ±0.1°C

5/18/2016


55/18/2016

Адсорбент гарган авах, түүний шинж чанарын судалгаа

• Эрдсийн анализ• Нил улаан туяаны спектрын анализ• Гадаргуугийн талбайн анализ

Зураг 1. Б-Fe(0) гарган авах схемЗураг 2. Fe(0) болон Б-Fe(0) X-туяаны дифракц

Fe(0)

Fe(0)

400 1400 2400 34000

0.01

0.02

0.03

0.04

БентонитБ-Fe(0)Fe(0)

Долгионы тоо, см-1Н

эвтр

үүлэ

лтЗураг 3. Fe(0), Б-Fe(0), бентонитын нил улаан туяаны спектрограм

14.42 м2/г 65.71 м2/г 117.07 м2/г

• Бентонит болон Fe(0)-ийн хооронд ямар нэгэн гадаргуугийн харилцан үйлчлэл явагдаагүй

• Бентонит нь Fe(0)-ийн тогтворжилтыг сайжруулдаг


6

Адсорбцын процессын зохистой нөхцөлАдсорбентын массын нөлөө

5/18/2016

Зураг 4. Зайлуулах процесс Б-Fe(0)-ын массаас хамаарах хамаарал (C0=50 мг/г, pH=4.5, t=27C)

Уусмалын анхны орчны нөлөө

Зураг 5. Cr (VI) ионы зайлуулалт уусмалын орчноос хамаарах хамаарал (C0=50 мг/г, адсорбентын масс 0.3 г,

t=27C)

H3O+

OH-


75/18/2016

Адсорбцын процессын зохистой нөхцөл

Зураг 6. Адсорбцын процест шингээлтийн спектр хугацаанаас хамаарах хамаарал a) процессын эхний 10 минутад харгалзах, b) 11 минутаас туршилт дуусах хүртэлх

HCrOHCrO 244

OHOCrHCrO 227242

Хүчиллэг орчинд уусмалд HCrO4- ион зонхилно. pK=5.90

Бихромат ион дараах байдлаар үүснэ. pK=2.05

(3)

Зураг 7. Адсорбцын процесс туршид уусмалын ИАП болон pH өөрчлөлт

O2 +2H2O+4e-4OH- E=0.40 В

1. Б-Fe(0)-ын гадаргууд Cr (VI) адсорбцлагдах ба электроны шилжилт болно.

2. Cr (VI) нь хүчиллэг орчинд гадаргуу дээр Cr(III) болтлоо ангижирна;

3. Үүнтэй зэрэгцэн төмөр гадаргуу дээр Fe (III) болж исэлдэнэ;

4. Хром (III) ба төмөр (III) ионууд гидроксид хэлбэрээр тунадасжина:

OHCreHHCrO 23

4 437

eFeFe 330

HOHFeCrOHFeCr xx 3)(4 3)1(233

Eᵒ=0.04 В

Eᵒ=1.38 В

C (Cr+6) = 0.074 мг/л Зайлуулалт 99.85% C (Fe3+) = 0.555 мг/л Гадаргуугаас исэлдсэн Fe(0)


8

Фрейндлихийн изотерм 300 K 310 K 320 K

KF, л/мг 43.40 25.56 5.88

n 22.08 5.86 2.05

R2 0.9431 0.9300 0.9885

Лэнгмюрийн изотермqm, мг/г 54.05 57.80 85.47

KL, л/мг 0.833 0.176 0.018

RL 0.013 0.065 0.410

R2 0.9995 0.9991 0.9996

5/18/2016

Адсорбцын процессын изотермХүснэгт 1. Б-Fe(0)-ын гадаргууд хром (VI) ион адсорбцлагдах процессын изотерм параметр

3)1( )(OHFeCr xx Лэнгмюрийн изотерм загвараар явагдаж адсорбентын гадаргууд гэсэн нэгэн төрлийн дан үеэр химийн адсорбц явагдаж байгаа нь батлагдаж байна.


9

Адсорбцын процессын кинетик A+S AS⇄ k1, k-1

AS+AP k2

Энд A адсорбентын идэвхитэй төв, S хром (VI) ион, AS завсрын бүтээгдэхүүн, P бүтээгдэхүүн.

5/18/2016

2qqkdtdq

e

Зураг 8. Хуурмаг II эрэмбийн кинетик (pH=4.5, C0=80 мг/л, t=27-47°C)

AASkdtPd

2][

0][

211 AASkASkSAkdtASd

AkkSAk

AS21

1][

SAkAkkSAkk

dtPd

nd2

221

221][

Энд k2nd эффектив хурдны тогтмол.


10

Судалгааны ажлын дүгнэлт• Энэхүү судалгаагаар бентонит нь Fe(0)-ын дутагдалтай талуудыг

бууруулж өгдөг ба Б-Fe(0) нь усан уусмалаас хром (VI) ионыг зайлуулахад ашигтай адсорбент байж болохыг тогтоолоо.

• Зайлуулах процессын зохистой нөхцлийг pH=4.5, адсорбентын масс 0.3 г гэж тогтоосон ба зайлуулалт 99.85% байсан.

• Адсорбцын процесс нь Лэнгмюрийн изотерм загвар тохирч, хуурмаг II эрэмбийн кинетик загварт захирагдаж байсан ба үүнээс үзэхэд хром (VI) ион нь адсорбентын гадаргууд химийн хүчээр холимог гидроксидын дан үе үүсгэн адсорбцлагдсан болохыг тогтоолоо.

• Dashjargal.A, Sarangerel.D, “Equilibrium and kinetics study on hexavalent chromium sorption onto bentonite supported zero valent iron”, Journal of Serbian Chemical Society, under review.

5/18/2016


11

Ойрын болон ирээдүйн чиг хандлага, төсөөлөл

5/18/2016

Дараах үзүүлэлтүүдийг хангасан тоног төхөөрөмжийн хэрэглээ ихээхэн өснө гэж үзэж байна. Үүнд:• Нарийвчлал өндөртэй;• Мэдрэх чадвар сайтай;• Шинжилгээнд хэрэглэгдэх

дээжийн зарцуулалт багатай;• Тогтвортой ажиллагаатай; • Ажиллагааны хувьд хялбар.

Эх сурвалж: https://en.wikipedia.org/wiki/NanotechnologyЗураг 6. Хэмжээсийн харьцуулалт


125/18/2016

Түгээмэл тохиолддог бэрхшээлүүд, тэдгээрийг шийдвэрлэх арга зам, зөвлөмж

Agilent, Cary 60 хят ягаан туяа-үзэгдэх гэрлийн шингээлтийн спектрУнших хурд: 24000 нм/мин Хэмжих хязгаар: 190-1100 нмХэмжих хугацаа: 3 секунд

Mettler Toledo XSE105DU аналитик жин дээжийг ±0.00001 г хүртэлх нарийвчлалтайгаар хэмжиж байсан.

Өндөр нарийвчлалтай индукцийн холбоост плазмын спектрометрийн тусламжтайгаар уусмалд агуулагдах маш бага агуулгатай элементийг илрүүлэх боломжтой болсон.

pH/ORPметр-Уусмалын исэлдэн ангижрах потенциал болон pH-ын өөрчлөлтийг хэмжсэнээр процессын механизмын ойлгоход дөхөм болсон.


135/18/2016


• Хром (VI) ионы агуулгыг мэдэрч чадаагүй буюу мэдрэх чадвар багатай.

Пикийн эрчим хэт бага • Хүрэлцээ хангамж муутай ба Fe(0) исэлдэх орчинг бүрдүүлж байсан.

Мэдрэх чадвар сайтай X-туяаны дифрактометр багажийг нэвтрүүлэх шаардлагатай. • X-туяаны флуоресценцийн анализ- багажийн

дээж бэлтгэлийн онцлогоос үүдэлтэй асууудал тулгарсан.

• Нил улаан туяаны спектрометрШингэн дээжийн спектрыг буулгах боломжтой ч ашиглалтанд оруулаагүй.

Шингэн дээжийн хэмжилтэнд шаардагдах багажийн туслах хэрэгсэл бүрдүүлэх


145/18/2016


Сканнинг электрон микроскоп- Микроскопийн томруулах хүчин чадал, фокусын тохируулга зэргээс үүдэлтэйгээр тодорхой үр дүн гарган авч чадаагүй.

Дамжуулалтын электрон микроскоп-Өндөр нарийвчлалтай (нано материалд илүү тохиромжтой), материалын бүтцийг илүү тодорхой харуулж чаддаг

Политархалттай системийн дундаж хэмжээг гаргаж чадсан ч жижиг хэсгийн тархалтыг нарийвчлан гаргаж чадаагүй.

Ерөнхий хандлагa

Гадаргууд явагдах механизм-зета потенциал хэмжигч

Нано жижиг хэсгийн хэмжээ - Particle analyzer


15

Дүгнэлт• Тэг валенттай төмрийг бентонитоор боловсруулан гарган авсан адсорбент

материалын шинж чанар болон уусмалаас хром (VI) ионыг зайлуулах процессын механизмыг орчин үеийн ололт амжилтанд тулгуурлан бүтээгдсэн багаж тоног төхөөрөмжүүд ашиглан тодорхойллоо.

• Туршилтын явцад багажийн мэдрэх чадвар, хүрэлцээ хангамж, бүрэн ашиглалт зэрэгтэй холбоотой хүндрэлүүд тулгарч байлаа.

• Сүүлийн үеийн технологийн хөгжил нано хэмжээст материал гарган авах болон шинж чанарын судалгаа руу чиглэж байгаа учраас нарийвчлал өндөртэй, мэдрэх чадвар сайтай багаж нэн шаардлагатай болж ирээд байна.

5/18/2016


16

Ном зүй1. X. Sun, Y. Yan, J. Li, W. Han, L. Wang, J. Hazard. Mat. 266 (2014) 262. X. Li, D. W. Elliott, W. Zhang, Crit. Rev. Solid State Mater. Sci. 31 (2006) 1113. X. Lv, J. Xu, G. Jiang, X. Xu, Chemosphere. 85 (2011) 12044. F. Fu, J. Ma, L. Xie, B. Tang, W. Han, S. Lin, J. Env. Manag. 128 (2013) 8225. T. Bulgan, Methodology of chemical analysis of water, Admon Press, Ulaanbaatar, 20086. O. Celebi, C. Uzum, T. Shahwan, H.N. Erten, J. Hazard. Mat. 148 (2007), 7617. M. Ghiaci, A. Abbaspur, R. Kia, F. Seyedeyn-Azad, Sep. Purif. Technol. 40 (2004) 2178. K.Y. Foo, B.H. Hameed, Chem. Eng. J. 56 (2010) 29. V. Vimonses, S. Lei, B. Jin, C.W.K. Chow, C. Saint, Chem. Eng. J. 148 (2009) 35410. Y.S. Ho, G. McKay, Proc. Biochem. 34 (1999) 451

5/18/2016


17

Анхаарал хандуулсанд баярлалаа

5/18/2016

Science

Бентонитоор боловсруулсан тэг валенттай төмрөөр усан уусмалаас хром (VI) ионыг зайлуулах судалгаа