СОРБЦИЯ ИОНОВ НИКЕЛЯ (II) НА КАТИОНИТЕ С ХЕЛАТНЫМИ ГРУППАМИ ИМИНОДИУКСУСНОЙ КИСЛОТЫ
Аннотация
Изучены закономерности сорбции ионов никеля (II) из монокомпонентного раствора на слабокислотном макропористом катионите Lewatit MonoPlus TP 207. Построены изотермы сорбции. Показано, что процесс извлечения может быть достаточно достоверно описан с помощью уравнений Ленгмюра и Фрейндлиха. Определены статические обменные емкости (СОЕ) смолы, выявлены зависимости СОЕ от продолжительности сорбционного процесса при температурах 305 и 328 К. Построены интегральные кинетические кривые. Установлено, что равновесная концентрация ионов никеля (II) при повышении температуры с 305 до 328 К достигается примерно в 13 раз быстрей. Экспериментальные данные обработаны при помощи уравнений, учитывающих влияние внешней, внутренней диффузий, химических взаимодействий «сорбент-сорбат» и «сорбат-сорбат». При обработке кинетических кривых установлено, что лимитирующей стадией сорбции ионов никеля (II) является внутренняя диффузия. Определены значения констант скоростей внешней и внутренней диффузий при указанных температурах. Кинетические кривые обработаны моделями псевдопервого и псевдовторого порядков, удовлетворительно описывающих экспериментальные данные. Согласно теории активированного комплекса, с помощью уравнений Аррениуса и Вант-Гоффа рассчитаны термодинамические характеристики процесса активации: энергии активации, энтропии, энтальпии и свободной энергии Гиббса. Относительно невысокая энергия активации свидетельствует о решающем вкладе внутренней диффузии в сорбцию ионов никеля (II), положительная энтропия – о разрушении их гидратных оболочек в процессе сорбции, положительная энтальпия – об эндотермическом характере взаимодействия ионов никеля (II) с ионогенными группами катионита, отрицательная свободная энергия Гиббса – о самопроизвольном протекании реакции в прямом направлении. Для известных значений констант устойчивости рассчитаны содержания ионных форм никеля и СОЕ от величины показателя рН. Извлечение никеля из раствора возрастает при появлении однозарядных ионов NiOH+ в диапазоне рН от 8 до 9.
Литература
Rudnicki P., Hubicki Z., Kolodynska D. Evaluation of heavy metal ions removal form acidic waste water streams. Chem. Eng. J. 2014. V. 252. P. 362-373. DOI: 10.1016/j.cej.2014.04.035.
Arevalo E., Fernandez A., Rendueles M., Diaz M. Equilibrium of metals with iminodiacetic resin in binary and ternary systems. Solv. Extract. ion exch. 1999. V. 17. N 2. P. 429-454. DOI: 10.1080/07366299908934622.
Morcali M.H., Zeytuncu B., Baysal A., Akman S., Yucel O. Adsorption of copper and zinc from sulfate media on a commercial sorbent. J. Environ. Chem. Eng. 2014. V. 2. N 3. P. 1655-1662. DOI: 10.1016/j.jece.2014.07.013.
Arroyo Torralvo F., Alvarez-Martin F., Moreno Bermejo N., Luna Galiano Y., Leiva C., Viches L.F. Effluent valorization in copper hydrometallurgy plant. Internat. J. Miner. Proc. 2017. V. 169. P. 70-78. DOI: 10.1016/j.minpro.2017.10.006.
Atia A.A., Donia A.M., Yousif A.M. Removal of some hazardous heavy metals from aqueous solution using magnetic chelating resin with iminodiacetate functionality. Separat. Purificat. Technol. 2008. V. 61. N 3. P. 348-357. DOI: 10.1016/j.seppur.2007.11.008.
Timofeev K.L., Naboichenko S.S. Mechanism of sorption equilibrium in the recovery of zinc, calcium and magnesium from waste water by the use of iminodiacetate resins. Metallurgist. 2013. V. 57. N 1-2. P. 95-99. DOI: 10.1007/s11015-013-9697-x.
Kurdyumov V.R., Timofeev K.L., Lebed A.B., Maltsev G.I. Technology of integrated treatment of mine water with accompanying extraction of non-ferrous metals. Tsvet. Metally. 2017. N 12. P. 25-29 (in Russian). DOI: 10.17580/tsm.2017.12.03.
Ling P., Liu F., Li L., Jing X., Yin B., Chen K., Li A. Adsorption of divalent heavy metal ions onto IDA-chelating resins: Simulation of physicochemical ctructures and elucidation of interaction mechanisms. Talanta. 2010. V. 81. N 1-2. P. 424-432. DOI: 10.1016/j.talanta.2009.12.019.
Hubicki Z., Kolodynska D. Selective removal of heavy metal ions from waters and waste waters using ion exchange methods. Ion Exchange Technologies. Istanbul: IntechOpen. 2012. P. 193-240. DOI: 10.5772/51040.
Dizge N., Keskinler B., Barlas H. Sorption of Ni (II) ions from aqueous solution by Lewatit cation-exchange resin. J. Hazard. Mater. 2009. V. 167. N 1-3. P. 915-926. DOI: 10.1016/j.hazmat.2009.01.073.
Padh B., Rout P.C., Mishra G.K., Suresh K.R., Reddy B.R. Recovery of nickel and molybdate from ammonical leach liquors of spent HDS catalyst using chelating ion exchange resin. Hydrometallurgy. 2019. V. 184. P. 88-94. DOI: 10.1016/j.hydromet.2019.01.001.
Kuzmin V.I., Kuzmin D.V. Sorption of nickel and copper from leach pulps of low-grade sulfide ores using Purolite S930 chelating resin. Hydrometallurgy. 2014. V. 141. P. 76-81. DOI: 10.1016/j.hydromet.2013.10.007.
Abbasi P., McKevitt B., Dreisinger D.B. The kinetics of nickel recovery from ferrous containing solution using an iminodiacetic acid ion exchange resin. Hydrometallurgy. 2018. V. 175. P. 333-339. DOI: 10.1016/j.hydromet.2017.11.002.
Umansky A.B., Klyushnikov А.М. Nickel extraction from hydroxide pulps over amino carboxylic cationites. Izv. Vuzov. Tsvet. Metallurgiya. 2013. N 1. P. 32-35 (in Russian). DOI: 10.17073/0021-3438-2013-1-32-35.
Timofeev K.L., Krayukhin S.A., Maltsev G.I. Sorption purification of nickel solutions of metal impurities. Vestn. Yuzhn.-Ural. Gos. Un-ta. Ser.: Metallurgiya. 2016. V. 16. N 1. P. 157-165 (in Russian). DOI: 10.14529/met160123.
Polyanskii N.G., Gorbunov G.V., Polyanskaya N.L. The method of investigation of ion exchangers. M.: Khimiya. 1976. 208 p. (in Russian).
Kokotov Yu.A., Pasechnik V.A. Equilibrium and kinetics of ion exchange. L.: Khimiya. 1970. 336 p. (in Russian).
Neudachina L.K., Petrova Y.S., Zasukhin A.S., Osipova V.A., Gorbunova E.M., Larina T.Y. Sorption kinetics of heavy metal ions by polysiloxane functionalized with 2-aminoethylpyridine groups. Anal. Kontrol. 2011. V. 15. N 1. P. 87-95 (in Russian).
Timofeev K.L., Usoltsev A.V., Krayukhin S.A., Maltsev G.I. The kinetics of sorption of ions of indium, iron and zinc on weak acid cation exchange resin. Sorbts. Khromatog. Prots. 2015. V. 15. N 5. P. 720-729 (in Russian). DOI: 10.17308/sorpchrom.2015.15/326.
Pimneva L.A., Nesterova E.L. Kinetics of copper, barium and yttrium ions sorption on carboxyl cationite. Vestn. Omskogo Un-ta. 2011. N 2. P. 130-134 (in Russian).
Lukisha T.V., Adeeva L.N., Borbat V.F. Studying of gallium ion sorption kinetics from chloride solutions by chelating resin Purolite S-930. Vestn. Omskogo Un-ta. 2013. N 2. P. 122-124 (in Russian).
Kubasov А.А. Chemical kinetics and catalysis. Part 2. М: Moscow State University. 2004. 158 p. (in Russian).
Adamczuk A., Kolodynska D. Equilibrium, thermodynamic and kinetic studies on removal of chromium, copper, zinc and arsenic from aqueous solution onto fly ash coated by chitosan. Chem. Eng. J. 2015. V. 274. P. 200-212. DOI: 10.1016/j.cej.2015.03.88.
