Курсовая работа: Моделирование адсорбции ионов тяжелых металлов на почве при различных значениях pH
MOH0 s + H+ +Cl- <-> MOH+ 2,s …Cl-
MOH0 s +K+ <-> MO- s …K+ + H+ ,
где индексом s указаны частицы на поверхности оксида, принимающие участие в адсорбционном равновесии. Заряд поверхности (q) возникает за счет адсорбированных на поверхности оксида [MOH+ 2, s ] и [MO- s ], [MOH+ 2, s …Cl- ] и [MO- s …K+ ] групп: q = ([MOH+ 2, s …Cl- ] + [MOH+ 2, s ]) – ([MO- s …K+ ] + [MO- s ]).
[MOH+ 2, s ], [MO- s ], [MOH+ 2, s …Cl- ], [MO- s …K+ ] - поверхностные концентрации частиц, выраженные в Кл/см2 , [Н+ ], [К+ ], [Сl- ] - концентрации ионов в объеме раствора.
3.1 Ход определения.
Для химического анализа готовят навески: чистого песка; песка, насыщенного ионами железа, цинка и меди; CuO, SiO2 , FeOOH.
Измерение pH проводили на pH-метре, который проверялся по буферным растворам. В ходе эксперимента в стакан на 100 мл наливают по 25 мл растворов 0,1 м HCl и 0,01 н KCl, добавляют навеску песка, CuO, SiO2 , FeOOH, массой 5 г. При перемешивании с помощью магнитной мешалки титруют 1 м раствором KOH. Измерение pH записывают после каждого добавления щелочи по 0,1 мл до значения pH=12.
Используя полученные значения pH, с помощью компьютерной программы находят значения зарядов поверхности, после чего строят кривые зависимости зарядов поверхности от pH.
3.2 Результаты и их обсуждения
Результаты адсорбционных исследований представлены в табл. 2, 3, 4 и на соответствующих им рис. 2, 3, 4, из которых видно как менялись концентрации металлов в ходе экспериментов для трех различных исходных концентраций – 1, 5 и 10 мг/л.
Таблица 2
Результаты взаимодействия песка с железом
| Исходная концентрация железа, мг/л | Количество железа, оставшегося в растворе, мг/л | Количество железа, адсорбированного песком, мг/л | Количество железа, перешедшего в раствор после десорбции, мг/л | Количество железа, оставшегося на песке после десорбции, мг/л |
| 1 | 0,01 | 0,99 | 0,2 | 0,79 |
| 5 | 0,03 | 4,97 | 0,17 | 4,8 |
| 10 | 0,8 | 9,2 | 0,15 | 9,05 |
Рис. 2 Изменение количества железа в ходе эксперимента
Таблица 3
Результаты взаимодействия песка с цинком
| Исходная концентрация цинка, мг/л | Количество цинка, оставшегося в растворе, мг/л | Количество цинка, адсорбированного песком, мг/л | Количество цинка, перешедшего в раствор после десорбции, мг/л | Количество цинка, оставшегося на песке после десорбции, мг/л |
| 1 | 0,5 | 0,5 | 0,5 | 0 |
| 5 | 4,1 | 0,9 | 0,83 | 0,07 |
| 10 | 9 | 1 | 1 | 0 |
Рис. 3 Изменение количества цинка в ходе эксперимента
Таблица 4
Результаты взаимодействия песка с медью
| Исходная концентрация меди, мг/л | Количество меди, оставшейся в растворе, мг/л | Количество меди, адсорбированной песком, мг/л | Количество меди, перешедшей в раствор после десорбции, мг/л | Количество меди, оставшейся на песке после десорбции, мг/л |
| 1 | 0,9 | 0,1 | 0 | 0,1 |
| 5 | 0,81 | 3,19 | 0,81 | 2,38 |
| 10 | 0,35 | 8,65 | 0,72 | 7,93 |
Рис. 4 Изменение количества меди в ходе эксперимента
На рис. 5 рассматриваются изменения остаточной концентрации ионов тяжелых металлов на песке для трех различных исходных концентраций – 1, 5 и 10 мг/л. Остаточная концентрация характеризует количество металла, не поглощенного песком после проведения эксперимента по адсорбции.
Рис. 5 Сравнение остаточных концентраций металлов
Очень важно при обсуждении результатов учесть процесс десорбции, т.к. от него зависит эффективность или не эффективность проделанной работы. Сравнение концентрации десорбированного металла изображено на рис. 6. Из него видно, что минимальное сродство к десорбции у железа и наибольшее у цинка.
Рис. 6 Способность металлов к десорбции
Также проверяются остаточные концентрации ионов металлов на песке после десорбции, что отображено на рис. 7. Из чего следует, что легче всего десорбируется цинк, т.к. сам процесс адсорбции для него менее характерен. Наименьшие значения по десорбции у железа - настолько велико его сродство к адсорбции.