КИНЕТИКА И ТЕРМОДИНАМИКА СОРБЦИИ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ НА ПРОМЫТОЙ ВОДОЙ КАЛЬЦИЕВО-МОНТМОРИЛЛОНИТОВОЙ ГЛИНЕ

Аннотация

Целью данного исследования является изучение кинетики и термодинамики сорбции ионов тяжёлых металлов (Pb²⁺, Cd²⁺, Zn²⁺, Cu²⁺) на промытых водой модифицированных диатомитовых сорбентах на основе Ca-монтмориллонита. Исследование проводилось в статических условиях при постоянном встряхивании, pH = 5,5 ± 0,5 и температурном диапазоне 288–313 К. Согласно полученным результатам, процесс сорбции достигает 95–100% в течение 20–30 минут, а равновесие устанавливается в течение 40–60 минут. Степень извлечения металлов достигает 95–100% в течение 20–30 минут.

Анализ кинетических данных показал высокую степень соответствия модели реакции псевдовторого порядка экспериментальным данным (R² ≈ 0,99). Установлено, что изотерма Ленгмюра является наиболее эффективной моделью для описания сорбции ионов тяжёлых металлов, что подтверждает монослойный характер адсорбции.

Определены энергии активации процесса сорбции тяжёлых металлов на диатомитовом сорбенте, кДж/моль: Pb²⁺  75,5; Cd²⁺ 51,1; Zn²⁺  45,6; Cu²⁺ 26,1. Повышение температуры увеличивает активность внешней диффузии и снижает энергию активации.

Согласно полученным результатам, сорбция ионов тяжёлых металлов на модифицированном диатомите происходит путём ионного обмена; этот процесс эндотермический и хорошо описывается уравнением изотермы Ленгмюра.

Исследования методом ИК-спектроскопии показали взаимодействие функциональных групп –NH₂, –COOH и –OH с ионами металлов на поверхности сорбента, что подтверждает наличие ионообменных и донорно-акцепторных связей. Полученные результаты демонстрируют потенциал модифицированных сорбентов на основе диатомита для очистки вод, загрязненных тяжелыми металлами, а также их экологическую и экономическую эффективность.