Динаміка адсорбції йонів купруму у нерухомому шарі адсорбента та математична інтерпретація першої стадії процесу

1
Lviv Polytechnic National University
2
Національний університет “Львівська політехніка”
3
Lviv National University of Veterinary Medicine and Biotechnologies named after S.Z. Gzhytskyi
4
Lviv Polytechnic National University
5
Lviv Polytechnic National University
6
Lviv Polytechnic National University, Ukraine

Експериментально досліджено динаміку процесу адсорбції у нерухомому шарі адсорбенту на прикладі системи природний цеоліт – водний розчин солі купруму низьких концентрацій, які характерні для процесів очищення стічних вод від токсичних забруднень. Побудовано вихідні криві процесу адсорбції для висоти шару сорбенту 5 та 7см. Рівновагу таких процесів можна описати лінійним рівнянням Генрі. Процес адсорбції у шарі складається з двох стадій, які розглянуто у дослідженні. Перша стадія полягає у формуванні фронту концентрацій, друга – у переміщенні фронту. Сума часу першої та другої стадій становлять загальний час адсорбції, який визначається до проскоку. Перша стадія адсорбції математично сформульована диференціальним рівнянням молекулярної дифузії з граничною умовою першого роду. Друга стадія доповнена балансовим рівнянням, що враховує не лише зміну концентрації у часі, але і по вертикальній координаті та визначає час переміщення фронту концентрацій до проскоку. Розроблено математичну модель процесу адсорбції у нерухомому шарі сорбенту. Порівняно експериментальні дані та теоретичні розрахунки. Результати статистичного розрахунку результатів досліджень показали задовільну збіжність експериментальних та теоретичних даних.

[1] Cheng, T.; Chen, C.; Tang, R.; Han, C.-H.; Tian, Y. Competitive Adsorption of Cu, Ni, Pb, and Cd from Aqueous Solution Onto Fly Ash-Based Linde F(K) Zeolite. IJCCE 2018, 37, 61-72. https://doi.org/10.30492/IJCCE.2018.31971.
[2] Trokhymenko, G.; Gomelya, M. Development of Low Waste Technology of Water Purification from Copper Ions. Chem. Chem. Technol. 2017, 11, 372-377. https://doi.org/10.23939/chcht11.03.372 
[3] Ates, A.; Akgül, G. Modification of Natural Zeolite with NaOH for Removal of Manganese in Drinking Water. Powder Technol. 2016, 287, 285-291. https://doi.org/10.1016/j.powtec.2015.10.021
[4] Symak, D.; Sabadash, V.; Gumnitsky, J.; Hnativ, Z. Kinetic Regularities and Mathematical Modelling of Potassium Chloride Dissolution. Chem. Chem. Technol. 2021, 15, 148-152. https://doi.org/10.23939/chcht15.01.148
[5] Kithome, M.; Paul, J.W.; Lavkulich, L.M.; Bomke, A.A. Effect of pH on Ammonium Adsorption by Natural Zeolite Clinoptilolite. Commun Soil Sci Plant Anal. 1999, 30, 1417-1430. 
[6] Naidu, H.; Mathews, A.P. Linear Driving Force Analysis of Adsorption Dynamics in Stratified Fixed-Bed Adsorbers. Sep. Purif. Technol. 2021, 257, 117955. https://doi.org/10.1016/j.seppur.2020.117955
[7] Lee, K.-Y.; Park, M.; Kim, J.; Oh, M.; Lee, E.-H. Equilibrium, Kinetic and Thermodynamic Study of Cesium Adsorption onto Nanocrystalline Mordenite from High-Salt Solution. Chemosphere 2016, 150, 765-771. https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2015.11.072
[8] Sabadash, V.; Gumnitsky, J.; Lyuta, O.; Pochapska, I. Thermodynamics of (NH4+) Cation Adsorption under Static Conditions. Chem. Chem. Technol. 2018, 12, 143-146. https://doi.org/10.23939/chcht12.02.143 
[9] Wang, Z.; Tan, K.; Cai, J.; Hou, S.; Wang, Y.; Jiang, P.; Liang, M. Silica Oxide Encapsulated Natural Zeolite for High Efficiency Removal of Low Concentration Heavy Metals in Water. Colloids Surf. A Physicochem. Eng. Asp. 2019, 561, 388-394. https://doi.org/10.1016/j.colsurfa.2018.10.065
[10] Gumnitsky, J.M.; Sabadash, V.V. Mathematical Model of Adsorption Dynamics in a Column-Type Apparatus. 6th International Scientific and Practical Conference “Computer Modeling in Chemistry, Technologies and Systems of Sustainable Development – ChTCTST-2018”, Kyiv, Ukraine, 2018. (in Ukrainian).
[11] Li, H.; Wang, F.; Li, J.; Deng, S.; Zhang, S. Adsorption of Three Pesticides on Polyethylene Microplastics in Aqueous Solutions: Kinetics, Isotherms, Thermodynamics, and Molecular Dynamics Simulation. Chemosphere 2021, 264, 128556. https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2020.128556
[12] Salih, A.M.; Williams, C.; Khanaqa, PA. Heavy Metal Removals from Industrial Wastewater Using Modified Zeolite: Study the Effect of Pre-Treatment. Journal of Garmian University 2019, 6, 406-416. https://doi.org/10.24271/garmian.196233
[13] Dignos, E.C.G.; Gabejan, K.E.A.; Olegario-Sanchez, E.M.; Mendoza, H.D. The Comparison of the Alkali-Treated and Acid-Treated Naturally Mined Philippine Zeolite for Adsorption of Heavy Metals in Highly Polluted Waters. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering 2019, 478, 012030. 
[14] Esmaeili, A.; Mobini, M.; Eslami, H. Removal of Heavy Metals from Acid Mine Drainage by Native Natural Clay Minerals, Batch and Continuous Studies. Appl. Water Sci. 2019, 9, 97. https://doi.org/10.1007/s13201-019-0977-x
[15] Sabadash, V.; Mylanyk, O.; Matsuska, O.; Gumnitsky, J. Kinetic Regularities of Copper Ions Adsorption by Natural Zeolite. Chem. Chem. Technol. 2017, 11, 459–462. https://doi.org/10.23939/chcht11.04.459
[16] Hyvlud, A.; Sabadash, V.; Gumnitsky, J.; Ripak, N. Statics and Kinetics of Albumin Adsorption by Natural Zeolite. Chem. Chem. Technol. 2019, 13, 95-100. https://doi.org/10.23939/chcht13.01.095
[17] Mahmoodi, N.M.; Saffar-Dastgerdi, M.H. Zeolite Nanoparticle as a Superior Adsorbent with High Capacity: Synthesis, Surface Modification and Pollutant Adsorption Ability from Wastewater. Microchem. J. 2019, 145, 74-83. https://doi.org/10.1016/j.microc.2018.10.018
[18] Symak, D.M.; Lyuta, O.V. Nestatsionarny process rozchynennya sharu zernystogo material. Bulletin of Lviv Polytechnic National University: Chemistry, technology of substances and their application 2015, 812, 308-312. (in Ukrainian).
[19] Symak, D.M.; Sklabinsky, V.I. Extraction of Soluble Components from Porous Inert Parts. Scientific Bulletin of UNFU 2018, 28, 70-73. (in Ukrainian). 
[20] Zasidko, I.; Polutrenko, M.; Mandryk, O.; Stakhmych, Y.;Petroshchuk, N. Complex Technology of Sewage Purification from Heavy-Metal Ions by Natural Adsorbents and Utilization of Sewage Sludge. J. Ecol. Eng. 2019, 20, 209-216. https://doi.org/10.12911/22998993/105576
[21] Bolisetty, S.; Peydayesh, M.; Mezzenga, R. Sustainable Technologies for Water Purification from Heavy Metals: Review and Analysis. Chem. Soc. Rev. 2019, 48, 463-487. https://doi.org/10.1039/C8CS00493E
[22] Edebali, S.; Pehlivan, E. Evaluation of Chelate and Cation Exchange Resins to Remove Copper Ions. Powder Technol. 2016, 301, 520-525. https://doi.org/10.1016/j.powtec.2016.06.011
[23] Sabadash, V.; Gumnitsky, J.; Mylianyk, O.; Romaniuk, L. Concurrent Sorption of Copper and Chromium Cations by Natural Zeolite. Environmental problems 2017, 2, 33-36. http://nbuv.gov.ua/UJRN/envpr_2017_2_1_9
[24] Sabadash, V.; Gumnitsky, J.; Lyuta, O. Combined Adsorption of the Copper and Chromium Cations by Clinoptilolite of the Sokyrnytsya Deposit. J. Ecol. Eng. 2020, 21, 42-46. https://doi.org/10.12911/22998993/122185
[25] Romankov, P.; Frolov, V.; Flisyuk, O. Massoobmennyye protsessy khimicheskoy tekhnologii; Khimizdat: Sankt-Peterburg, 2017.
[26] Atamanyuk, V.; Huzova, I.; Gnativ, Z. Intensification of Drying Process During Activated Carbon Regeneration. Chem. Chem. Technol. 2018, 12, 263-271. https://doi.org/10.23939/chcht12.02.26