Курсовая работа на тему «Сорбция марганца(II) на образцах Mg,Al-CO3слоистых двойных гидроксидов»

СОДЕРЖАНИЕ

слоистый двойной гидроксид марганец

Введение:

Глава 1. Литературный обзор

1.1 Слоистые двойные гидроксиды

1.2 Структура СДГ

1.3 Методы синтеза слоистых двойных гидроксидов

Глава 2. Экспериментальная часть

2.1 Методика синтеза

2.2 Изучение сорбции марганца(II) на образцах Mg,Al-CO3 СДГ в статических условиях

2.3 Исследование кинетики сорбции марганца(II) на образцах СДГ

2.4 Динамическая сорбция

Заключение

Список литературы

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность: Одной из перспективных в настоящее время отраслей неорганического синтеза является синтез слоистых двойных гидроксидов (СДГ) — веществ, обладающих рядом уникальных свойств, которые можно задавать уже на стадии синтеза. Свойства слоистых гидроксидов можно легко изменять, варьируя отношения реагентов, взятых для синтеза. Некоторые свойства СДГ зависят также от выбранного метода синтеза, которые в настоящее время в большом количестве представлены в литературных источниках. Основным свойством СДГ является их способность к анионному обмену, что позволяет внедрять в слоистую структуру разнообразные анионы и тем самым определять свойства получаемых веществ.

Цель — провести сорбцию марганца на образцах СДГ, на основании полученных данных построить градуировочную зависимость для определения марганца(II) в растворе.

Задачи:

Нужна помощь в написании курсовой?

Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Наша система гарантирует сдачу работы к сроку без плагиата. Правки вносим бесплатно.

Подробнее

1. Изучить методы синтеза слоистых двойных гидроксидов

2. Провести сорбцию марганца(II) на образцах Mg,Al-CO3СДГ в статических условиях

3. Исследовать кинетику сорбции марганца(II) на образцах СДГ

4. Получить и исследовать зависимость оптической плотности от времени сорбции марганца(II) из раствора

5. Получить зависимость оптической плотности от концентрации Mn(II) в растворе

Слоистые двойные гидроксиды (СДГ) представляют класс природных и синтетических мате-риалов общей формулы: [M(II)1-xM(III)x(OH)2](An- )x/n·yH2O, где M(II), M(III) — катионы двух- и трехвалентных металлов, таких как Mg(II), Zn(II), Ni(II), Al(III), Fe(III), Cr(III); An- — межслоевой анион, например, нитрат-, сульфат-, хлорид-анион; x — доля ионов трехвалентного металла в слое СДГ; y — количество молекул воды в межслоевом пространстве соединения [74].

Структура СДГ является производной структуры брусита, Mg(OH)2 (структурный тип CdI2), в котором катионы металла располагаются в октаэдрическом окружении гидроксильных групп. Октаэдры формируют слои. Частичное изоморфное замещение ионов магния на ионы трехва- лентного металла, например алюминия, приводит к возникновению положительного заряда слоев — происходит формирование структуры СДГ. Нейтрализацию заряда осуществляют анионы, локали- зованные в межслоевом пространстве образца. Кроме анионов между слоями СДГ располагаются молекулы воды. Сеть водородных связей, существующая между гидроксильными группами слоев, анионами и молекулами воды, придает слоистой структуре дополнительную стабильность [75].

Слои СДГ способны различным образом располагаться друг относительно друга. Данное явление приводит к возникновению двух основных политипов: политипа 3R c ромбоэдрической симметрией и политипа 2Н с гексагональной симметрией. Политип 3R характерен для природно го минерала гидроталькита, состав которого выражается формулой [Mg6Al2(OH)16](CO3)·4H2O. Большинство синтетических СДГ изоструктурны гидроталькиту, поэтому их часто называют «гидроталькитоподобными материалами» [76].

Все существующие на сегодняшний день методы синтеза СДГ можно условно разделить на две группы. К первой группе относят прямые методы получения СДГ из солей металлов. Вторая группа включает методы получения СДГ из ранее синтезированных гидротальцитов другого состава.

Метод соосаждения

Наиболее простым, воспроизводимым и часто используемым является метод соосаждения [9, 10]. Он позволяет получать СДГ различного катионного и анионного состава. Механизм соосаждения заключается в конденсации гексааквакомплексов металлов в растворе с образованием бруситоподобных слоёв с равномерным распределением, как катионов металлов, так и сольватированных межслоевых анионов.

Так, синтез Mg,Al СДГ можно представить следующим образом:

(1-x)Mg²⁺+xAl³⁺+2OH^—+(x/2)CO₃^2-+mH₂O→_1-xAl_x(OH)₂[(CO₃^2-)_x/2∙mH₂O]

Для достижения одновременного соосаждения двух и более катионов, реакцию необходимо проводить в условиях пересыщения. Последнее достигается за счет контроля рН смеси, которое выбирают таким, чтобы оно было больше или равно рН осаждения наиболее растворимого гидроксида. Найдено, что при рН 8-10 осаждаются практически все гидроксиды способных к образованию СДГ металлов.

Нужна помощь в написании курсовой?

Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Наша система гарантирует сдачу работы к сроку без плагиата. Правки вносим бесплатно.

Цена курсовой

Различают два вида соосаждения: при низком и высоком пересыщении. При соосаждении при низком пересыщении смешивают растворы катионов металлов M^II и M^III и раствор щелочи (NaHCO₃, KOH, NaOH) и соли, содержащей вводимый анион. В данном случае предпочтительными являются разбавленные растворы реагентов, небольшая скорость их перемешивания, температура синтеза 60-80°С, промывка осадка тёплой водой, старение суспензии и сушка при температуре не выше 120°С. Полученные СДГ являются чистой фазой гидроталькита с высокой степенью кристалличности.

Так, например, авторы работы [11] для синтеза СДГ растворяли 15 г Al(NO₃)₃∙9H₂O и 35.6 г Zn(NO₃)₂∙6H₂O в 200 мл воды. Второй раствор готовили растворением 2.1 г Na₂CO₃ и 12.8 г NaOH в 200 мл воды. Оба раствора смешивали по каплям в стакане с 500 мл Н₂О при перемешивании. Затем получившийся осадок промывали 200 мл воды, после чего сушили при T 80°С в течение 10 ч.

При соосаждении при высоком пересыщении раствор, содержащий ионы обоих металлов быстро добавляют к раствору, содержащему NaHCO₃ и NaOH. Полученные таким способом СДГ являются менее кристалличными, чем в случае соосаждения принизком пересыщении, т.к. скорость образования зародышей кристаллизации превышает скорость роста кристаллов. Кроме того, часто помимо основной фазы гидроталькита образуются дополнительные побочные фазы.

Причиной неоднородности распределения частиц по размерам является то, что первоначально сформированные частицы имеют больше времени для роста, чем те, которые образуются на завершающих этапах. Для исключения подобных недостатков иногда разделяют стадии роста и старения частиц. Суть метода состоит в очень быстром смешивании реагентов в коллоидной мельнице, где происходит образование центров кристаллизации; затем следует стадия старения [12].

Одним из основных недостатков этого метода синтеза является образование трудно фильтрующихся, высокодисперсных, плохо окристаллизованных гелеобразных продуктов. Для отмывки таких продуктов от примеси маточного раствора необходимо значительное количество воды. Поэтому практически всегда двойные гидроксиды, полученные методом осаждения, для увеличения размера частиц и лучшей окристаллизованности подвергают дополнительной процедуре — длительному старению в водных растворах при повышенной температуре, часто в гидротермальных условиях [13]. Все эти дополнительные процедуры существенно усложняют процесс синтеза СДГ, поэтому неудивительно, что ведутся поиски других, технологически более приемлемых и экологически обоснованных методов синтеза.

Гидролиз мочевины

Ещё одним способом, позволяющим получить СДГ с узким распределением частиц по размерам, является метод синтеза с использованием карбамида в качестве осаждающего агента [14]. Гидролиз карбамида CO(NH₂)₂ протекает в две стадии:

(NH₂)₂ → NH₄CNO,₄CNO + 2H₂O → 2NH₄⁺ + CO₃^2-

Первая стадия является лимитирующей. Она обеспечивает рН 9. Скорость гидролиза на второй стадии зависит от температуры и, таким образом, может быть контролируема. Ограничениями данного метода являются отсутствие возможности синтеза СДГ с высокой плотностью заряда, содержащих Cu(II) или Cr(III), а также СДГ с анионами, отличными от карбонат-ионов.

Гидротермальный метод

СДГ, содержащие в своём составе анионы с низким сродством к бруситоподобным слоям, получают гидротермальным методом, который позволяет управлять морфологией дисперсного продукта за счет варьирования параметров проведения процесса (температуры, концентрации раствора, продолжительности процесса и так далее) [15].

Сущность гидротермального метода синтеза СДГ заключается в нагревания оксидов или гидроксидов металлов, подлежащих включению в слои, в виде раствора или суспензии при повышенной температуре (обычно до 300°C) и давлении (около 100МПа). Обычно в качестве главных исходных материалов используются Na₂CO₃ или NaHCO₃, а продукт гидротермального синтеза отделяют от маточного раствора фильтрованием и центрифугированием и затем неоднократно промывают дистиллированной водой.

Гидротермальный синтез проводят в двух режимах:

1) для синтеза оксидных порошков методом высокотемпературного гидролиза используют водные растворы соответствующих нитратов (0.01-4.0 М) с pH от 0.1 до 2.0;

Нужна помощь в написании курсовой?

Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Наша система гарантирует сдачу работы к сроку без плагиата. Правки вносим бесплатно.

Цена курсовой

2) при гидротермальной обработке гелей гидроксидов их соосаждение проводят из растворов соответствующих нитратов (0.25-0.50 М) добавляя раствор аммиака (гидроксида натрия) при интенсивном перемешивании магнитной мешалкой до величин рН в интервале от 6.0 до 12.0.

Так, например, в работе [16] описана методика гидротермального синтеза Mg,Al-CO₃ СДГ, где к смеси MgO и Al₂O₃ добавляли Na₂CO₃ или NaHCO₃, поддерживая температуру системы 110°C. В работе сообщается, что образованный продукт, содержащий Na⁺, был промыт большим количеством воды.

Другим примером является работа [17], в которой описн успешный синтез Mg,Al-СО₃ СДГ при использовании природного брусита и Al(OH)₃ в качестве исходных материалов. Авторами описано влияние температуры гидротермального синтеза и времени реакции на кристаллическую структуру, а также были исследованы размер частиц и молярные соотношения Mg и Al в Mg,Al-СО₃ СДГ. Результаты показали, что размер частиц и молярные соотношения Mg/Al в Mg,Al-СО₃ СДГ при гидротермальном синтезе увеличиваются при возрастании температуры от 140°C до 180°C.

Также авторы работы [18] сообщили об успешном синтезе Ni,Al СДГ с помощью гидротермальной реакции. Приведенные в работе результаты показали, что хорошо кристаллизованные Ni,Al СДГ могут быть получены при значении рН около 10, времени реакции 12-18 ч и температуре 180°C.

Гидротермальный метод получил широкое развитие в последнее десятилетие благодаря сравнительной простоте и дешевизне и возможности получения практически монодисперсных нанопорошков с размером частиц в единицы нанометров.

Методы анионного обмена и регидратации

Среди методов, позволяющих получить гидроталькиты из других СДГ, особое внимание заслуживают анионообменные методы и методы регидратации, основанные на «эффекте памяти».

Методы получения СДГ, основанные на анионном обмене, чаще всего используют для синтеза тех СДГ, которые невозможно получить методом соосаждения [19]: при нестабильности катионов металлов или анионов в щелочном растворе, более предпочтительном образовании отдельных фаз гидроксидов металлов, а также в случае синтеза СДГ с межслоевыми анионами, отличными от карбонат-ионов.

Суть анионообменного метода заключается в том, что вводимый анион обменивается с анионами, уже присутствующими в межслоевом пространстве СДГ. С термодинамической точки зрения, ионный обмен в СДГ зависит от электростатического взаимодействия между положительно заряженными бруситоподобными слоями и обмениваемыми анионами.

Существует ряд факторов, определяющих степень ионного обмена. К ним относятся:

• сродство вводимого аниона к бруситоподобным слоям. Анионообменная способность входящего аниона увеличивается с увеличением его заряда и уменьшением размера;
• среда, в которой происходит анионный обмен. Водная среда более предпочтительна для обмена неорганических анионов, органическая — для обмена органических анионов;
• значение рН. Этот параметр индивидуален для каждого аниона. Общим ограничением является использование рН ≥ 4, чтобы не допустить растворения бруситоподобных слоёв;
• химический состав слоёв;

Механохимический метод

Современным и наиболее экологичным методом получения СДГ является механохимический синтез, однако количество работ в этом направлении незначительно [20]. С помощью данного метода СДГ образуются путём механической активации гидроксида или оксида одного металла и соли другого.

Так авторы работы [20] описали механохимический синтез Li,Al СДГ, выполненный с использованием порошков нитрата лития и тригидроксида алюминия (атомное отношение Li_Al=1:2) в планетарной мельнице АГО-2С при ускорениях мелящих тел 30-100 г в течение 5-60 мин. В работе было выявлено, что при увеличении времени воздействия и ускорения измельчаемых частиц при синтезе СДГ наблюдается увеличение удельной поверхности оксидной фазы от 100 до 160 м²/г, изменяется характер распределения пор по размерам, уменьшается доля пор с диаметром более 20 нм.

Золь-гель метод

За последние несколько лет все больше исследователей обращают свое внимание на золь-гель метод. Этот метод имеет несколько преимуществ по сравнению с другими методами и позволяет получать широкий спектр неорганических материалов с заданными свойствами [21]. К ним, в частности, относятся:

Нужна помощь в написании курсовой?

Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Наша система гарантирует сдачу работы к сроку без плагиата. Правки вносим бесплатно.

Подробнее

• возможность создания уникальной структуры с ультрадисперсной фазой;
• возможность вести контроль за поверхностью материала на ранней стадии его получения;
• обеспечение высокой чистоты как исходного материала, так и получаемого продукта (особенно в случае использования алкоксидов);
• гомогенность распределения компонентов (в том числе и небольших модифицирующих добавок) и, как следствие этого, возможность снижения микронеоднородности образующихся материаловдо молекулярного и ионного уровней;
• возможность получения новых кристаллических и аморфных фаз, материалов с катионами в несвойственных им степени окисления, синтез которых традиционными методами затруднителен либо невозможен;
• регулирование реологических свойств золей, что позволяет получать широкий спектр изделий от покрытий до монолитов.

Золь-гель синтез основан на реакциях гидролиза и конденсации исходных веществ. В настоящее время существует две разновидности данного метода: алкоксидный и безалкоксидный методы.

Алкоксидный метод золь-гель синтеза

Алкоксидный метод золь-гель синтеза возможен благодаря способности алкокси-производных общей формулы M(OR)_n, где М = Si, Ti, Al, Zr, Zn, Sr и т.д., а R=Alk (алкил-) или Ar (арил-), к реакциям гидролиза и последующей конденсации продуктов гидролиза. Алкоксиды металлов являются наиболее распространенным сырьем для получения СДГ золь-гель методом. В промышленности наиболее широко используют алкоксисиланы, такие как тетраэтоксисилан (ТЭОС) и тетраметоксисилан (ТМОС).

Преимуществами золь-гель синтеза материалов с использованием алкоксидов металлов является то, что, во-первых, большинство из M(OR)_n (n≤3) производных может быть легко подвергнуто глубокой очистке дистилляцией, сублимацией (ниже 200°С) или перекристаллизацией из органических растворителей. Во-вторых, они легко гидролизуются, образуя гидратированные оксиды, не содержащие посторонних анионов (в отличие от осаждения из водных растворов неорганических солей). Варьируя температуру дегидратации, можно регулировать дисперсность порошков (и морфологию частиц), их фазовый состав и физические свойства. В-третьих, применение алкоксидов металлов в синтезе многокомпонентных оксидов обеспечивает высокую химическую однородность получаемого продукта, что позволяет существенно снизить температуру формирования оксидных фаз, тем самым, препятствуя потере более летучих компонентов и способствуя сохранению стехиометрии. При этом процесс не требует сложного оборудования [22]. Однако при проведении алкоксидного золь-гель процесса сталкиваются и с рядом проблем, основной из которых является сложность регулирования скорости реакций гидролиза и конденсации. Для большинства оксидов переходных металлов эти реакции проходят достаточно быстро, что затрудняет процесс управления морфологией и структурой конечного оксидного материала.

Так, например, в работе [23] СДГ получали методом золь-гель путем растворения три-втор-бутоксида алюминия в спиртовом растворе при температуре 70°С и постоянном перемешивании, а затем добавляли по каплям азотную кислоту. После чего полученный раствор охлаждали до комнатной температуры и добавляли уксусную кислоту в комплексе с алкоксидом алюминия. Через час, температуру понижали до 0°С и по каплям добавляли 0.3 М раствор двухвалентного катиона (метоксид магния, ацетат никеля, нитрат никеля, нитрат меди, нитрат цинка или нитрат кобальта) в этаноле. Система была вновь охлаждена до комнатной температуры при постоянном перемешивании в течение 18 ч. Благодаря особенностям синтезируемых таким способом СДГ авторам работы удалось получить тонкие, прозрачные, однородные и хорошо связанные с предметным стеклом пленки. Кроме того, был предложен простой метод контроля толщины пленки, зависящей от нескольких параметров: в основном, из-за относительного количества воды и ацетатных групп, а также времени старения золей, которое оказывает непосредственное влияние на вязкость, из-за продолжающейся конденсации и сшивающих реакций.

Авторами работы [24] был осуществлен синтез и характеризация Mg,Al и Ni,Al СДГ, полученных золь-гель методом и методом соосаждения для сравнение образцов. Так Mg,Al и Ni,Al СДГ были получены с помощью золь-гель метода (sg) кислотным гидролизом алкоксида или ацетилацетоната металловс HCl или HNO₃. Для сравнения, другие образцы были приготовлены из соли нитрата методом классического соосаждения (ср) при постоянном значении рН. Mg,Al-СДГ (sg) были получены в соотношении Mg²⁺/Al³⁺ в диапазоне 2.47 ¸ 4.29. Также были получены sg Ni,Al СДГ с использованием соляной кислоты для гидролиза, в то время как использование азотной кислоты не привело к хорошим результатам. Смешанные оксиды, полученные обжигом sg материалов, показали свойства алкогеля c площадью поверхности на 10% выше. Кроме того, были показаны различия в морфологии sg и совместно осажденных материалов. Результаты ИК-спектроскопии свидетельствуют о наличии органических анионов в межслойном пространстве более высокой основности Mg-содержащих СДГ по сравнению с Ni-содержащими.

В литературе известны и другие работы, где получали СДГ золь-гель методом с использованием алкоксидов металлов [25].

Так в работе [26] авторами описан способ получения тонких пленок из СДГ различного химического состава (MgZnAl, MgZnGa, MgGaAl) золь-гель методом. Известно, что пленки полученные методом погружения были однородными, прозрачными и хорошо держались на подложке. В работе представлены результаты исследования структуры, химического состава и морфологии полученных пленок. Кроме того, авторами были изучены полупроводниковые свойства всех полученных пленок, отношение Мотте-Шоттки (Motte-Schottky), и показано, что эти свойства были тесно связаны с химическим составом пленок. После электрохимической обработки наблюдали важные изменения, касающиеся морфологии поверхности и размеров частиц. Поэтому было проведено объемное исследование пленок с целью изучения влияния электрохимической обработки и выявлено, что после обработки поверхность пленки стала гладкой и частицы, образующие пленку, были равномерно распределены по всей поверхности, плотно лежали друг к другу и имели очень малый размер.

Учеными из Японии были получены и описаны [27] аморфные тонкие пленки Al₂O₃-MgO, закрепленные на стеклянных подложках и полученные с помощью золь-гель синтеза с термообработкой в течение 30 мин при 300°С. Погружая пленки в раствор гидроксида натрия (рН 10-13) и поддерживая температуру 100°С, были осаждены Al₂O₃-MgO в виде пленки нанокристаллы Mg,Al СДГ гексагональной структуры. Было показано, что максимальное количество Mg-Al нанокристаллов было получено, когда пленку погружают в щелочной раствор с рН 12.

Теми же авторами в работе [28] описан синтез аморфных тонких пленок Al₂O₃-ZnO с различными соотношениями Zn / Al, приготовленных на стеклянных подложках золь-гель методом с термообработкой при 400°С в течение 30 мин с последующим погружением пленок в дистиллированную воду при температуре 100°С. Это привело к образованию нанокристаллов Zn,Al СДГ с гексагональной структурой. Нанокристаллы Zn,Al СДГ осаждаются в виде аморфной Al₂O₃-ZnO пленки с различным соотношением Zn / Al. Исследователями было выявлено, что на стеклянной подложке осаждались кристаллы Zn,Al СДГ с размерами 200-500 нм.

В работе [29] описано получение тонких гелевых пленок Co,Al и Ni,Al СДГ путем обработки горячей водой. Гелевые пленки Al₂O₃-CoO или Al₂O₃-NiO получали из нитратов кобальта или никеля и три-втор-бутоксида алюминия золь-гель методом. Затем пленки погружали в водный раствор NaOH при 100°С для осаждения нанокристаллов Co,Al и Ni,Al СДГ. Авторы показали, что наибольшее количество нанокристаллов было получено при погружении в раствор с рН 10 для Co,Al СДГ и с рН 9 для Ni,Al СДГ. Полученные тонкие пленки Co,Al и Ni,Al СДГ были использованы для работы в качестве электродов для электрохимических устройств.

Безалкоксидный метод

Преимущества материалов, полученных золь-гель методом, побудили ученых к усовершенствованию данного метода с целью удешевления синтеза и использования в качестве предшественников экологически чистых материалов. Основные усилия были направлены на замену алкоксидов металлов солями этих металлов, сохраняя при этом методику получения золь-гель.

Авторы работы [30] разработали новый синтез СДГ золь-гель методом, позволяющий избежать в качестве предшественников использование алкоксидов металлов.

Нужна помощь в написании курсовой?

Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Наша система гарантирует сдачу работы к сроку без плагиата. Правки вносим бесплатно.

Подробнее

Синтез в разработанной методике проходит в два этапа:

(1) Синтез Mg(HCO₃)₂ с использованием свежеприготовленных растворов различной концентрации MgCl₂∙ 6H₂O и твердого NaHCO₃.

₂ ∙ 6H₂O + 2NaHCO₃ = Mg(HCO₃)₂+ 2NaCl + 6H₂O

Продолжительность реакции зависит от температуры и начальной концентрации MgCl₂∙6H₂O. Так, с повышением температуры (30-40°С) скорость реакции увеличивается, и процесс протекает примерно за 40 мин. В результате образуется продукт белого цвета.

(2) К полученной суспензии Mg(HCO₃)₂ при постоянном перемешивании медленно добавляли AlCl₃ ∙ 6Н₂О.

Общая схема реакции образования золь-геля имеет вид:

AlCl₃∙6H₂O(р) + 3Mg(HCO₃)₂àОбразование золь-геляà

à2Al(OH)₃∙ nH₂O (Mg²⁺, Na⁺, Cl^—, HCO₃^—)

Золь-гель старили в течение 24 ч и обрабатывали одним из предложенных авторами способом, после чего, полученный гель наносили на стекло и оставляли сушиться при температуре окружающей среды на 3-5 дней.

Рис. 2. Схема получения Mg,Al СДГ безалкоксидным золь-гель методом [30]

Кроме вышеперечисленных методов для синтеза СДГ, применяют также темплатный синтез (синтез СДГ протекает на границе раздела органический темплат-раствор неорганических солей; после удаления темплата гидроталькиты обладают той же структурой и морфологией, что и темплат); поверхностный синтез (СДГ осаждают на поверхности другого носителя, например, оксида алюминия); электросинтез [31] и т.д.

Градуировочная зависимость для определения марганца

Для контроля за содержанием марганца(II) в растворе до и после сорбции на выбранных ранее Mg,Al-CO₃ СДГ были изучены зависимости оптических плотностей от концентрации ионов металлов в растворе в широком интервале концентраций. Получили линейный градуировочный график для марганца(II) в диапазоне 0.05- 1.0 мкг/мл (рис. 2.1). Параметры полученного графика и метрологические характеристики определения металла представлены в табл. 2.1.

Таблица 2.1. Зависимость оптической плотности от концентрации Mn(II) (в растворе: стандартный раствор марганца(II); 10 мл ортофосфорной кислоты (20% об.); 10 мл 1% раствора нитрата серебра; 0.3 г персульфата аммония)

Нужна помощь в написании курсовой?

Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Наша система гарантирует сдачу работы к сроку без плагиата. Правки вносим бесплатно.

Заказать курсовую

Градуировочный график строили как зависимость среднеарифметических значений оптической плотности градуировочных растворов за вычетом среднеарифметического значения оптической плотности холостой пробы от массовой концентрации марганца в соответствующем растворе.

Рис. 2.1. Градуировочная зависимость оптической плотности от концентрации Mn(II) (в растворе: стандартный раствор марганца(II); 10 мл ортофосфорной кислоты (20% об.); 10 мл 1% раствора нитрата серебра; 0.3 г персульфата аммония)

Таблица 2.2. Параметры градуировочного графика (y и метрологические характеристики определения Mn(II) в растворе

^*— у

2.2 Изучение сорбции марганца(II) на образцах Mg,Al-CO3СДГ в статических условиях

Концентрацию металлов в растворе рассчитывали методом градуировочного графика.

Для изучения сорбции использовали стандартный раствор с концентрацией марганца(II) 10.0 мкг/мл. Получили зависимость концентрации металла от времени на прокаленных при 400ºС образцах SgСДГ.

Сорбция марганца(II)

Таблица 2.3. Зависимость оптической плотности от времени сорбции из раствора с концентрацией Mn²⁺ 10.0 мкг/мл на прокаленном при 400ºС образце SgСДГ (безалкоксидный) (в растворе: 1.0 мл раствора марганца(II); 10 мл ортофосфорной кислоты (20% об.); 10 мл 1% раствора нитрата серебра; 0.3 г персульфата аммония)

*- концентрация, рассчитанная по градуировочному графику

Рис. 2.2 Зависимость концентрации Mn(II) в растворе от времени сорбции на прокаленном при 400ºС образце SgСДГ (безалкоксидный) из раствора с концентрацией Mn²⁺ 10.0 мкг/мл

Таблица 2.4. Зависимость оптической плотности от времени сорбции из раствора с концентрацией Mn²⁺ 10.0 мкг/мл на прокаленном при 400ºС образцеMg₄Al-CO₃ СДГ (в растворе: 1.0 мл раствора марганца(II); 10 мл ортофосфорной кислоты (20% об.); 10 мл 1% раствора нитрата серебра; 0.3 г персульфата аммония)

*- концентрация, рассчитанная по градуировочному графику

Рис. 2.3. Зависимость концентрации Mn(II) в растворе от времени сорбции на прокаленном при 400ºС образце Mg₄Al-CO₃ СДГ из раствора с концентрацией Mn²⁺ 10.0 мкг/мл

Из рис. 2.2 видно, что на прокаленном при 400ºС образце SgСДГ (безалкоксидный) уже через 10 мин степень извлечения марганца(II) из раствора достигает 97.10%, а в случае сорбции на прокаленном при 400ºС образце Mg₄Al-CO₃ СДГ (рис.5.44) — 97.88%.

Нужна помощь в написании курсовой?

Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Наша система гарантирует сдачу работы к сроку без плагиата. Правки вносим бесплатно.

Подробнее

Для описания экспериментальных данных были применены кинетические модели псевдо-первого и псевдо-второго порядка и построены линеаризованные зависимости , из которых были найдены параметры сорбции. В качестве при построении зависимости было взято значение конечной величины сорбции.

Рис. 2.4. Зависимость (кинетика псевдо-первого порядка) на прокаленном при 400ºС образце Sg)=10.0 мкг/мл)

Рис. 2.5. Зависимость (кинетика псевдо-второго порядка) на прокаленном при 400ºС образце Sg)=10.0 мкг/мл)

Рис. 2.6. Зависимость (кинетика псевдо-первого порядка) на прокаленном при 400ºС образце Mg₄Al-CO₃ СДГ (c(Mn²⁺)=10.0 мкг/мл)

Рис. 2.7. Зависимость (кинетика псевдо-второго порядка) на прокаленном при 400ºС образце Mg₄Al-CO₃ СДГ (c(Mn²⁺)=10.0 мкг/мл)

По данным рис.5.45-5.56 видно, что модель псевдо-второго порядка значительно лучше описывает экспериментальную зависимость.

Таблица 2.5. Параметры сорбции для описания экспериментальной зависимости кинетическими моделями псевдо-второго порядка (сорбция из раствора Mn²⁺ на прокаленных при 400ºС СДГ образцах Mg₄Al-CO₃ СДГ и SgСДГ (безалкоксидный))

Для сорбции раствора марганца(II) с исходной концентрацией 100 мкг/мл готовили фильтрующий материал, состоящий из слоя сорбента (SgСДГ (безалкоксидный) 400ºС) массой 50 мг, расположенный между двумя фильтрами. Раствор марганца(II) пропускали сверху вниз с фиксированной скоростью до полного насыщения сорбента сорбируемым веществом. Далее каждую порцию вытекающего раствора-фильтрата подвергали анализу и определяли оставшуюся концентрацию ионов марганца(II). В таблице 2.6 приведены данные о степени извлечения (R,%) и полной динамической объемной емкости (ПДОЕ).

Таблица 2.6. Экспериментальные и рассчитанные характеристики сорбции ионов Mn(II) в динамических условиях.

*- концентрация, рассчитанная по градуировочному графику

ПДОЕ рассчитывали суммированием количества поглощенного марганца(II) из каждой порции пропущенного раствора:

(2.1).

где — общий объем раствора, пропущенный через слой сорбента, л,

— исходная концентрации раствора марганца(II), мкг,

Нужна помощь в написании курсовой?

Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Наша система гарантирует сдачу работы к сроку без плагиата. Правки вносим бесплатно.

Подробнее

— объем порции фильтрата после появления ионов марганца(II) (проскока), л,

— концентрация раствора в порции фильтрата после проскока, мкг,

m — масса сухого сорбента, г.

На основании проведенных исследований была получена градуировочная зависимость для определения марганца (II) в растворе, исследованна кинетика сорбции марганца(II) на образцах СДГ, зависимость оптической плотности от времени сорбции марганца(II) из раствора, Получить зависимость оптической плотности от концентрации Mn(II) в растворе

Список литературы

1. Cavani F. Hydrotalcite-type anionic clays: preparation, properties and applications / F. Cavani, F. Trifiro, A. Vaccary // Catal. Today. — 1991. — V. 11.- P. 173-301.

2. Forano C. Layered double hydroxides / C. Forano, T. Hibino, F. Leroux, C. TaviotGueho // Handb. Clay Sci. — 2006. — V. 1. — P. 1021-1095.

3. Duan X. Layered double hydroxides / X. Duan, D.G. Evans // Struct. Bond. — 2006. — New York, USA: Sringer. — V. 119.-242 p.

4. Basile F. Hydrotalcite-type precursors of active catalysts for hydrogen production / F. Basile, P. Benito, G. Fornasari, A. Vaccari // Appl. Clay Sci.- 2010. — V. 48. — P. 250-259.

5. Musumeci A.W. Fluorescent layered double hydroxide nanoparticles for biological studies / A.W. Musumeci, G.M. Mortimer, M.K. Butler, Z.P. Xu // Appl. Clay Sci. — 2010. — V. 48.- P. 271-279.

6. Weir, M.R. Synthesis of heteropolyoxometalate-pillared Mg/Al, Mg/Ga, and Zn/Al layered double hydroxides via LDH-hydroxide precursors / M.R. Weir, R.A. Kydd // Inorganic Chemistry. — 1998. — V. 37. — P. 5619-5624.

7. Pavel O.D. The activity of Mg/Al reconstructed hydrotalcites by ‘‘memory effect” in the cyanoethylation reaction / O.D. Pavel, R. Birjega, M. Che, G. Costentin, E. Angelescu, S. Serban // Catal. Commun. — 2008. — V. 9. — P. 1974-1978.

8. Hoyo C.D. Layered double hydroxides and human health: an overview / C.D. Hoyo // Appl. Clay Sci. — 2007. — V. 36.- P. 103-121.

9. Olanrewaju J. Simplified synthesis of nitrate form of layered double hydroxide / J. Olanrewaju, B.L. Newalkar, C. Mancino, S. Komarneni // Mater. Lett.- 2000. — V. 45.- P. 307-310.

10. Saber O. Preparation of new layered double hydroxide, Co-V LDH / O. Saber, H. Tagaya // Rev. Adv. Mater. Sci. — 2005. — V. 10.- P. 59-63.

11. Miata S. The syntheses of hydrotalcite-like compounds and their structures and physicochemical properties. I: the systems Mg²⁺-Al³⁺-NO^3-, Mg²⁺-Al³⁺-Cl^—, Ni²⁺-Al³⁺-Cl^—, Zn²⁺-Al³⁺-Cl^— / S. Miata // Clays Clay Miner. — 1975. — V. 23.- P. 363-375.

12. Evans D.G. Preparation of layered double hydroxides and their applications as additives in polymers, as precursors to magnetic materials and in biology and medicine / D.G. Evans, X. Duan // Chem. Commun. — 2006. -I. 5.- P. 485-496.

13. Хуснутдинов В.Р. Механохимический синтез гидрокарбонатной формы слоистых гидроксидов магния-алюминия / В.Р. Хуснутдинов, В.П. Исупов // Неорг. матер. — 2008. — Т. 44, №3. — С. 315-319.

14. Costantino U. New synthetic routes to hydrotalcite-like compounds — characterisation and properties of the obtained materials / U. Costantino,F. Marmottini, M. Nocchetti, R. Vivani // Eur. J. Chem.- 1998. — I. 10.- P. 1439-1446.

15. Bravo-Suarez J.J. Review of the synthesis of layered double hydroxides: a thermodynamic approach / J.J.Bravo-Suarez // Quim. Nova. — 2004. — V. 27, №. 4. — P. 601-614.

16. Xu Z. P., Lu G. Q. Hydrothermal Synthesis of Layered Double Hydroxides (LDHs) from Mixed MgO and Al₂O₃: LDH Formation Mechanism / Z. P. Xu [et al.] // Chem. Mater. -2005. — V. 17. — P. 1055-1062.

17. Libing L., Ning Z., Zhiguo X. Hydrothermal synthesis of Mg-Al layered double hydroxides (LDHs) from natural brucite and Al(OH)₃ / L. Libing // Mater. Res.Bull. — 2012 -V. 47 -P. 3897-3901.

18. Крижановская О. О., Синяева Л. А., Карпов С. И., Селеменев В. Ф., Бородина Е. В., Рёсснер Ф. Кинетические модели при описании сорбции жирорастворимых физиологически активных веществ высокоупорядоченными неорганическими кремнийсодержащими материалами / О. О. Крижановская [и др.] // Сорбц. Хромат.Процессы. — 2014. — Т. 14, № 5. — C. 786-792.

19. Химическая модификация слоистых двойных гидроксидов — новый путь к получению функциональных нанокомпозитных материалов / А.В. Лукашин, С.В. Калинин, А.А. Вертегел и др. // ДАН. — 1999. — Т. 369, № 6. — С. 781-783.

Нужна помощь в написании курсовой?

Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Наша система гарантирует сдачу работы к сроку без плагиата. Правки вносим бесплатно.

Заказать курсовую

20. Braterman, P.S. Layered Double hydroxides (LDH) / S.P. Braterman, Z.P. Xu, F. Yarberry // Handbook of layered materials / Ed. by S.M. Auerbach, K.A. Carrado, P.K. Dutta. — New York: Marcel Deccer, Inc. — 2004.