Метилен көгі адсорбенттерін салыстыру: сыйымдылық, кинетика, жағдайлар

Бір зерттеу 58 mg/g деп көрсетеді. Екіншісі 725 mg/g деп көрсетеді. Екінші адсорбент он екі есе жақсы деп жариялап, әрі қарай оқуды тоқтатуға азғырады. Мұндай рейтинг әдетте мағынасыз, өйткені бұл екі сан әртүрлі жағдайларда алынған және тіпті бірдей типтегі көрсеткіш болмауы мүмкін.

Адсорбция туралы мақалалар бір-біріне ұқсас үш шаманы көрсетеді: жойылу пайызы, өлшенген сіңіру және модель арқылы есептелген сыйымдылық. Бұған бояғышты байланыстыру үшін ұсынылатын материалдардың ауқымын және бояғыштың қоршаған ортаға қалай жауап беретінін қосқанда, салыстыру алдымен сәйкестендіру мәселесіне, содан кейін ғана рейтинг мәселесіне айналады.

Бұл сақтық жекелеген мысалдарға емес, жүйелі заңдылыққа негізделген. Саздар, күлдер және сілтімен белсендірілген материалдар бойынша 75 мақаладан алынған 914 тәжірибеге машиналық оқыту арқылы жасалған талдау жарияланған сіңіру көрсеткішіне тәжірибе параметрлері басым әсер еткенін, ал бастапқы бояғыш концентрациясы ең күшті болжаушы болғанын көрсетті. Жапырақтан алынған адсорбенттерге арналған 2024 жылғы шолу тіпті бір материалдар тобының ішінде хаттамалардың қаншалықты әртүрлі болатынын көрсетеді. Екі дереккөз де тақырыпта көрсетілген mg/g мәндерінен құралған рейтингті негіздемейді.

Жойылу пайызы сыйымдылық емес

Қате рейтингтердің көбі үш ұғымды шатастырады. Жойылу пайызы нақты бір ерітіндіден бояғыштың қандай үлесі кеткенін көрсетеді. Өлшенген сіңіру тепе-теңдік кезінде адсорбенттің әр грамында қанша бояғыш бар екенін көрсетеді. Модель арқылы есептелген сыйымдылық таңдалған изотерма моделі жоғары концентрацияда қандай қанығу мәнін болжайтынын көрсетеді.

Массалық баланс алғашқы екі шаманы байланыстырады:

qe = (C0 minus Ce) times V divided by m

мұнда qe — mg/g түріндегі тепе-теңдік сіңіруі, C0 және Ce — бастапқы және тепе-теңдік концентрациялары, V — көлем, ал m — адсорбент массасы.

Сандардан тұратын бір жұп мәселені анық көрсетеді. 1 g адсорбентпен 0.1 L көлемдегі 10 mg/L бояғыштың 100 percent жойылуы небәрі 1 mg/g береді. 0.1 g адсорбентпен 0.1 L көлемдегі 1000 mg/L бояғыштың 80 percent жойылуы 800 mg/g береді. Бірінші нәтиже пайыз түрінде мінсіз көрінеді, бірақ сыйымдылық ретінде іс жүзінде пайдасыз. Осы екі бағанды араластыратын кез келген рейтинг материалды емес, тәжірибені бағалайды.

Модель арқылы алынған qmax тағы бір деңгей қосады. Метилен көгінің адсорбция изотермасы бірнеше бастапқы концентрация бойынша qe-ні Ce-ге қатысты көрсетеді. Langmuir сәйкестендіруі қисықты qmax деп аталатын шекті платоға қарай экстраполяциялайды; Freundlich сәйкестендіруі платосы жоқ дәрежелік тәуелділікті сипаттайды. Жарияланған qmax — өлшеніп таразыға тартылған шама емес, модель параметрі. Егер нүктелер платоға жақындамаса, соңғы бірнеше нүктедегі шағын өзгерістер qmax-ты қатты өзгертеді.

Әр санды өзгертетін алты жағдай

Доза. Ұнтақ көп болған сайын байланыстыру орындары да көп болады, сондықтан жойылу пайызы әдетте өседі, ал mg/g түріндегі сіңіру төмендейді, өйткені ұсталған бояғыш үлкенірек массаға бөлінеді. 10 g/L және 0.2 g/L кезінде 99 percent жойылу туралы мәлімдемелер материал тиімділігі бойынша елу есе ерекшеленеді. Дозаны g/L түрінде тіркеп, сіңіруді бірдей дозада салыстырыңыз.

Бастапқы концентрация. Жоғары C0 үлкенірек қозғаушы күш береді, сондықтан qe өседі, ал байланысу орындары қаныққан сайын жойылу пайызы төмендейді. 100 to 400 mg/L аралығында есептелген qmax пен 5 to 50 mg/L аралығында есептелген qmax қисықтың әртүрлі бөліктерін сипаттайды. Рейтинг жасамас бұрын диапазондардың қабысуын талап етіңіз.

pH. Метилен көгі катиондық болғандықтан, тартылуды бет заряды басқарады. Нөлдік заряд нүктесінен төмен бет бояғышты тебеді; одан жоғары бет оны тартады. Тек бастапқы pH мәнін беретін зерттеулерде ақпарат жетіспейді, өйткені адсорбция тепе-теңдік мәнін өзгертеді. Екеуін де, сондай-ақ фондық тұздарды да тіркеңіз, өйткені иондық күш pH реттейтін сол күштерді экрандайды. Еріткіш пен pH-қа қатысты абсорбцияға негізделген сандық анықтаудың дұрыстығын сақтайтын қағида мұнда да қолданылады: сан өз жағдайларымен бірге қарастырылады.

Уақыт. 5 minutes кейін алынған мән qe емес, qt болады. Жылдамдық пен жоғары сыйымдылық — екі бөлек артықшылық: жапырақ ұнтақтары туралы әдебиет серияларында бір хаттама бойынша тепе-теңдікке шамамен 60 minutes ішінде, ал екіншісінде шамамен 160 minutes ішінде жеткені көрсетілген. Тепе-теңдік мәндерін тек кинетикалық қисық тегістелгеннен кейін салыстырыңыз және ерте уақыттағы сіңіруді бөлек кинетикалық нәтиже ретінде көрсетіңіз.

Температура. Тепе-теңдік те, диффузия да температураға жүйеге тән түрде жауап береді. Құрма пальмасына арналған бір серияда Langmuir qmax 30 C кезінде шамамен 43 mg/g-нан 60 C кезінде шамамен 58 mg/g-ға дейін өскен, яғни тек температураның өзінен 35 percent өзгеріс болған. Температуралары бір-бірінен едәуір алшақ жағдайларда өлшенген сыйымдылықтарды бұл айырмашылықты көрсетпей ешқашан рейтингтемеңіз.

Есептеу негізі. Milligrams per gram тек «грамм» бірдей негізді білдіргенде ғана салыстыруға жарайды. Құрғақ және ылғал масса ылғал үлесіне байланысты ерекшеленеді, ал композиттік түйіршіктер таза белсенді фазадан өзгеше. Бөлімнің негізін және ылғал бойынша кез келген түзетуді көрсетіңіз. Сүзгілер үшін сыйымдылықты көлемдік тығыздыққа көбейткен мәнді қосыңыз; бет тиімділігі үшін сыйымдылықты BET ауданына бөлген мәнді қосыңыз, бірақ өлшенген ауданның бәрі метилен көгі сияқты ірі молекулаға қолжетімді бола бермейтінін ескеріңіз. Осы кезеңде реагенттің сәйкестігі де жазбаға енгізілуі керек, сондықтан реагент тазалығы мен спецификациясын тексеру адсорбент массасымен қатар қарастырылады.

Изотерма мен кинетика сәйкестендірулері шын мәнінде нені көрсетеді

Жиі кездесетін қате — жақсы сәйкестікті механизмнің дәлелі деп қабылдау. Метилен көгі үшін Langmuir Freundlich салыстыруы сыналған диапазонда қисық пішінін қай теңдеу жақсырақ сипаттайтынын тексереді. Ол бірқабатты жабындыны, біртектілікті немесе көпқабатты түзілуін дәлелдемейді. Гетерогенді кеуекті материалдар шектеулі диапазонда бәрібір Langmuir тәрізді қисықтар бере алады, ал Freundlich-тің жақсырақ сәйкестігі деректердің сол теңдеу сипаттайтын түрде өсуін жалғастыратынын ғана білдіреді. Механизмді спектроскопия, калориметрия немесе иондық күшке тәуелділік сияқты тәуелсіз дәлелдермен растаңыз.

Сәйкестендіру сапасына қатысты тәсіл маңызды. Сызықтық емес регрессияны таңдаңыз, өйткені сызықтандырылған түрлендірулер қателерді бұрмалайды және бір модельге жүйелі түрде артықшылық беруі мүмкін. Тек R squared мәніне сенбей, қалдықтарды тексеріңіз. qmax өлшенген диапазонның ішінде ме, әлде одан тыс па екенін сұраңыз: ең үлкен өлшенген qe-ден әлдеқайда жоғары плато — бұл проекция, сондықтан тек мәні емес, оның белгісіздігі де көрсетілуі керек.

Дәл осындай ұстамдылық метилен көгінің адсорбция кинетикасына да қатысты. Жапырақ адсорбенттері туралы әдебиетте pseudo second order теңдеуі ең жиі ең жақсы сәйкестік ретінде көрсетіледі, бірақ бұл химисорбцияны дәлелдемейді; pseudo first order сәйкестігі де физисорбцияны дәлелдемейді. Бөлшек өлшемі мен араластыруға байланысты диффузия кез келген теңдеуге ұқсас мінез-құлық бере алады, ал сызықтандырылған графиктер тарихи тұрғыда салыстыруды pseudo second order пайдасына бұрмалаған. Теңдеуді, жылдамдық тұрақтысын, сәйкестендірілген тепе-теңдік мәнін, интервалды, бөлшек өлшемін және араластыру жағдайын көрсетіңіз және жылдамдық пен сыйымдылықты жұмыс парағында бөлек бағандарда сақтаңыз.

Жарияланған зерттеулерді салыстыруға арналған жұмыс парағы

Бұл кестені әр зерттеу үшін бір рет көшіріңіз. Салыстыру тек тексеру бағандарындағы жағдайлар сәйкес келгенде ғана жарамды.

Жағдай	Нені тіркеу керек	Нормалау ережесі	Дерек жоқ болса, тоқтаңыз
Доза	g/L, сонымен бірге көлем және жалпы масса	qe-ні бірдей дозада салыстырыңыз; жойылу пайызын бөлек ұстаңыз	Пайызды сыйымдылыққа түрлендіру мүмкін емес
Концентрация	C0 сериясы, Ce диапазоны, платоға жетті ме, жоқ па	qmax-ты тек қабысатын диапазондарда салыстырыңыз	qmax таза экстраполяция болуы мүмкін
pH	Бастапқы және тепе-теңдік pH, тұздар, белгілі болса нөлдік заряд нүктесі	Шамамен бір бірлік шегінде сәйкестендіріңіз	Қозғаушы күш белгісіз
Уақыт	Жанасу уақыты, кинетикалық қисық, тепе-теңдік критерийі	qe-ні тек тепе-теңдік көрсетілген жағдайда салыстырыңыз	Мән qe деп қате белгіленген qt болуы мүмкін
Температура	Әр изотерма нүктесінің температурасы	Бірдей температурада салыстырыңыз	Жылулық ығысу материал айырмашылығы деп қате қабылдануы мүмкін
Есептеу негізі	Құрғақ немесе ылғал масса, ылғал үлесі, белсенді фаза немесе композит, көлемдік тығыздық, BET ауданы	Құрғақ грамға шаққандағы mg мәніне түрлендіріңіз; көлем мен аудан бағандарын қосыңыз	Бөлім негізі белгісіз
Модельді сәйкестендіру	Теңдеулер, сызықтық немесе сызықтық емес сәйкестендіру, қате метрикасы, қалдықтар, параметр белгісіздігі	Сызықтық емес сәйкестендірулерді таңдаңыз; параметрлердің толық жиындарын салыстырыңыз	Ең жақсы сәйкестік туралы мәлімдемені тексеру мүмкін емес
Ерітінді матрицасы	Су сапасы, иондық күш, бәсекелес иондар немесе органикалық заттар	Матрицаны сәйкестендіріңіз немесе нәтижені бастапқы скрининг деңгейі деп белгілеңіз	Нақты судағы өнімділік белгісіз

Әдебиеттегі екі мысал жұмыс парағының қалай қолданылатынын көрсетеді. Құрма пальмасына арналған серияда тепе-теңдікке шамамен 160 minutes ішінде жету, шамамен pH 6.5 маңындағы оңтайлы мән, температурамен бірге өсетін qmax және қолайлы сипаттамалар ретінде Temkin мен pseudo second order көрсетілген. Өңделген бамбук жапырағы ұнтағы шамамен 725 mg/g және толыққа жуық жойылуды көрсетеді, бірақ бұл нәтиже 100 to 400 mg/L бояғыш, 0.2 to 1.4 g/L доза және тепе-теңдікке жетуге шамамен 60 minutes қажет болған жағдайда алынған. Екі нәтиже де өз тәжірибесі ішінде жарамды болуы мүмкін, бірақ доза, концентрация, pH, температура және есептеу негізі сәйкестендірілмейінше, оларды өзара рейтингтеуге болмайды.

Әділ тұжырымның тұрақты пішіні бар: концентрация диапазоны, доза, pH, температура, тепе-теңдік уақыты және есептеу негізі бірдей болғанда, X материалы Y материалынан жоғары сіңіру көрсетеді. Бұдан қысқа кез келген тұжырым екі материал туралы емес, екі тәжірибе туралы мәлімдеме болады.