Κινητική και θερμοδυναμική μελέτη της προσρόφησης χρωστικών από οξείδια του σιδήρου, αργιλοπυριτικά ορυκτά και ανθρακούχα υλικά

Abstract

Στόχος αυτής της εργασίας είναι η παρασκευή νέων προσροφητικών υλικών από οξείδια του σιδήρου (αιματίτης) και φυσικούς ζεόλιθους (κλινοπτιλόλιθος), για την μελέτη της κινητικής προσρόφησης δύο χρωστικών, κυανούν του μεθυλίου (Methylene Blue) και ερυθρού του μεθυλίου (Methyl Red), βασισμένα σε τέσσερα διαφορετικά κινητικά μοντέλα, φευδο - πρώτης τάξης, ψευδό - δεύτερης τάξης, εξίσωσης elovich και του μοντέλου ενδο - σωματιδιακής διάχυσης (Intraparticle diffusion). Επιπλέον, η σύγκριση των παραπάνω τροποποιημένων ζεολίθων με τα αρχικά υλικά (αιματίτη και κλινοπτιλόλιθο) και με τον εμπορικό ενεργό άνθρακα έχουν επίσης μελετηθεί. Μελετήθηκαν τέσσερα προσροφητικά υλικά, ζεόλιθος, αιματίτης, τροποποιημένος ζεόλιθος και εμπορικός ενεργός άνθρακας. Ο τροποποιημένος ζεόλιθος προήλθε από μια αναλογία ζεόλιθου/αιματίτη ίση με 'Λ κ.β. και ο αιματίτης παρασκευάστηκε σύμφωνα με την μέθοδο Schwertmann και Cornell χρησιμοποιώντας ως μητρικά υλικά Fe(N03)39H20, ΚΟΗ, CH3COOH μόνο για την προετοιμασία του τροποποιημένου ζεόλιθου σε διπλά απιονισμένο νερό. To pH του διαλύματος ρυθμίζονταν στο 6,5 και μετά κάθε διάλυμα θερμαίνονταν στους 90 °C για 36 ώρες. Μετά τα διαλύματα φιλτράρονταν και αποξηραίνονταν για δύο ημέρες. Το υδατικό διάλυμα της κάθε χρωστικής (κυανούν του μεθυλίου και ερυθρό του μεθυλίου) προετοιμάστηκε σε συγκέντρωση 0,05 g/L στους 25 °C κάτω από συνεχή ανακίνηση με την χρήση μαγνητικού αναδευτήρα. Ποσότητα από κάθε προσροφητικά τοποθετήθηκε σε σωλήνα Falkon με την αντίστοιχη ποσότητα από κάθε χρωστική σε αναλογία ποσοστού προσροφητικού σε διάλυμα ίση με 8, 16 και 24 g διαλύματος χρωστικής ανά λίτρο προσροφητικού. Ολόκληρο το πείραμα πραγματοποιήθηκε κάτω από πρότυπες συνθήκες (θερμοκρασία 25 °C και πίεσης 1 atm) και συνεχή ανακίνηση. Μετά από διαφορετικά χρονικά διαστήματα, κάθε δείγμα φυγοκεντρίθηκε στις 6000 rpm για 5 λεπτά και μια συγκεκριμένη ποσότητα από το διάλυμα λήφθηκε για εξέταση χρησιμοποιώντας VIS-φασματοφωτόμετρο. Το παραπάνω πείραμα επαναλήφθηκε και σε σύστημα ημι συνεχούς έργου, όπου μείγματα τροποποιημένων ζεόλιθων και εμπορικών ενεργών ανθράκων προστέθηκαν σε μια γυάλινη προχοϊδα των 50 ml και σε αναλογία 0,4 g προσροφητικού υλικού σε 25 ml του διαλύματος MB. Το υδατικό διάλυμα που περιέχει τον προσροφητή (MB) περνούσε διαμέσου της προχοϊδας με σταθερό ρυθμό 0,08 ml/sec με κατάλληλη ρύθμιση της στρόφιγγας στην έξοδο της προχοϊδας. Μετά από την λήψη κάθε δείγματος, η προχοϊδα ξανά πληρώνονταν με υδατικό διάλυμα MB. Σε καθορισμένο χρόνο (κάθε 5 λεπτά), παίρναμε μια μικρή ποσότητα του MB και μετρούσαμε την απορρόφηση σε φασματοφωτόμετρο. Η διαδικασία επαναλαμβάνονταν μέχρι το διάλυμα του MB να φτάσει στην ισορροπία. Η παραπάνω διαδικασία επαναλήφθηκε με νέες ποσότητες από προσροφητικά μέσα προκειμένου να επανεξεταστεί η ικανότητα προσρόφησης των εμπορικών ενεργών ανθράκων και των τροποποιημένων ζεόλιθων. Επίσης μελετήθηκε η προσρόφηση των MB και MR και από μείγματα προσροφητικών υλικών, καθώς επίσης έγινε και η θερμοδυναμική τους ανάλυση.