Метилен көк адсорбенттерин салыштыруу: сыйымдуулук, кинетика, шарттар

Бир изилдөөдө 58 mg/g көрсөтүлгөн. Башкасында 725 mg/g көрсөтүлгөн. Экинчи адсорбентти он эки эсе жакшы деп жарыялап, окууну токтотуу оңой. Мындай рейтинг адатта маанисиз, анткени бул эки сан ар башка шарттарда алынган жана атүгүл бир эле түрдөгү сан болбошу мүмкүн.

Адсорбция боюнча эмгектер сырткы көрүнүшү окшош үч чоңдукту берет: алып салуу пайызы, өлчөнгөн сиңирүү жана моделден алынган сыйымдуулук. Боёкту байланыштырууга сунушталган материалдардын ар түрдүүлүгүн жана боёктун айлана-чөйрөгө жараша өзгөрүшүн кошкондо, салыштыруу адегенде рейтинг түзүү эмес, шарттарды шайкеш келтирүү маселесине айланат.

Бул сактык айрым окуяларга эмес, маселени түзгөн шарттарга байланыштуу. Чопо, күл жана щелочь менен активдештирилген материалдар боюнча 75 макаладагы 914 экспериментти камтыган машиналык үйрөнүү анализи жарыяланган сиңирүү көрсөткүчүнө эксперименттик жөндөөлөр үстөмдүк кыларын, ал эми баштапкы боёк концентрациясы эң күчтүү божомолдоочу фактор экенин аныктаган. Жалбырактан алынган адсорбенттер боюнча 2024-жылкы сереп бир эле материалдар тобунун ичинде да протоколдор канчалык айырмаланарын көрсөтөт. Бул булактардын эч бири негизги mg/g көрсөткүчтөрүнөн түзүлгөн рейтингди колдобойт.

Алып салуу пайызы сыйымдуулук эмес

Туура эмес рейтингдердин көбү үч түшүнүктү аралаштырат. Алып салуу пайызы белгилүү бир эритмеден боёктун кайсы үлүшү кеткенин көрсөтөт. Өлчөнгөн сиңирүү тең салмакта адсорбенттин ар бир граммында канча боёк бар экенин көрсөтөт. Моделден алынган сыйымдуулук тандалган изотерма модели жогорку концентрацияда кандай каныгуу маанисин божомолдорун көрсөтөт.

Масса балансы алгачкы экөөнү төмөнкүдөй байланыштырат:

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

мында qe — тең салмактагы сиңирүү, mg/g; C0 жана Ce — баштапкы жана тең салмактагы концентрациялар; V — көлөм; m — адсорбенттин массасы.

Сандык мисал тузакты көрсөтөт. 1 g адсорбент менен 0.1 L көлөмдөгү 10 mg/L боёктун 100 percent алып салынышы болгону 1 mg/g берет. 0.1 g адсорбент менен 0.1 L көлөмдөгү 1000 mg/L боёктун 80 percent алып салынышы 800 mg/g берет. Биринчи жыйынтык пайыз менен идеалдуу көрүнөт, бирок сыйымдуулук катары дээрлик пайдасыз. Бул эки мамычаны аралаштырган ар кандай рейтинг материалды эмес, экспериментти рейтингдейт.

Моделден алынган qmax дагы бир катмар кошот. Метилен көктүн адсорбция изотермасы бир нече баштапкы концентрация боюнча qeнин Ceге болгон көз карандылыгын көрсөтөт. Langmuir модели ийри сызыкты qmax деп аталган чектүү платого карай экстраполяциялайт; Freundlich модели платосу жок даражалык мыйзамды сүрөттөйт. Жарыяланган qmax — таразада өлчөнгөн чоңдук эмес, моделдин параметри. Эгер чекиттер платого жакындабаса, акыркы чекиттердеги майда өзгөрүүлөр qmaxты олуттуу өзгөртөт.

Ар бир санды өзгөрткөн алты шарт

Доза. Порошок көбөйгөн сайын байланышуу орундары көбөйөт, ошондуктан алып салуу пайызы адатта өсөт, ал эми mg/g менен берилген сиңирүү төмөндөйт, анткени кармалган боёк көбүрөөк массага бөлүштүрүлөт. 10 g/L жана 0.2 g/L шарттарында 99 percent алып салуу жөнүндө билдирүүлөр материалдык натыйжалуулук боюнча элүү эсе айырмаланат. Дозаны g/L менен жазыңыз жана сиңирүүнү бирдей дозада салыштырыңыз.

Баштапкы концентрация. Жогорку C0 чоңураак кыймылдаткыч күчтү камсыз кылат, ошондуктан qe өсөт, ал эми байланышуу орундары каныккан сайын алып салуу пайызы төмөндөйт. 100дөн 400 mg/Lге чейинки диапазондо эсептелген qmax 5тен 50 mg/Lге чейинки диапазондо эсептелген qmaxтан ийри сызыктын башка бөлүгүн сүрөттөйт. Рейтинг түзүүдөн мурун диапазондордун кабатташуусун талап кылыңыз.

pH. Метилен көк катиондук болгондуктан, беттик заряд тартылууну башкарат. Нөлдүк заряд чекитинен төмөндө бет боёкту түртөт; андан жогору болгондо бет аны тартат. Баштапкы pH гана көрсөтүлгөн изилдөөлөрдө боштук калат, анткени адсорбция тең салмактагы маанини өзгөртөт. Экөөнү тең, ошондой эле фондук туздарды да жазыңыз, анткени иондук күч pH жөнгө салган ошол эле күчтөрдү экрандайт. Эриткич жана pH боюнча абсорбцияга негизделген сандык аныктоонун тактыгын сактаган тартип бул жерде да колдонулат: сан өзүнүн шарттары менен кошо каралышы керек.

Убакыт. 5 мүнөттөн кийин алынган маани qe эмес, qt болуп саналат. Тездик жана чоң сыйымдуулук — өзүнчө артыкчылыктар: жалбырак порошоктору боюнча адабияттарда бир протоколдо тең салмакка келүү 60 мүнөткө жакын, башка протоколдо 160 мүнөткө жакын экени көрсөтүлгөн. Тең салмактагы маанилерди кинетикалык ийри сызык тегизделгенден кийин гана салыштырыңыз, ал эми алгачкы убакыттагы сиңирүүнү өзүнчө кинетикалык жыйынтык катары бериңиз.

Температура. Тең салмак да, диффузия да системага мүнөздүү түрдө температурага жооп берет. Курма пальмасы боюнча бир катарда Langmuir qmax 30 C температурада болжол менен 43 mg/gден 60 C температурада болжол менен 58 mg/gге чейин өскөн — температуранын өзүнөн гана 35 percent өзгөрүү. Температуралары бири-биринен кыйла алыс шарттарда өлчөнгөн сыйымдуулуктарды бул айырманы белгилебестен эч качан рейтингдебеңиз.

Отчет берүү негизи. Milligrams per gram көрсөткүчү «грамм» бир эле нерсени билдиргенде гана салыштырууга жарайт. Кургак жана нымдуу масса нымдуулук үлүшүнө жараша айырмаланат, ал эми композиттик гранулдар таза активдүү фазадан айырмаланат. Бөлүүчүнүн эмне экенин жана нымдуулук боюнча бардык түзөтүүлөрдү көрсөтүңүз. Фильтрлер үчүн сыйымдуулукту көлөмдүк тыгыздыкка көбөйткөн көрсөткүчтү кошуңуз; беттик натыйжалуулук үчүн сыйымдуулукту BET аянтына бөлгөн көрсөткүчтү кошуңуз, бирок өлчөнгөн аянттын баары эле метилен көк сыяктуу чоң молекуланы өткөрө бербесин эске алыңыз. Бул этапта реагенттин идентификациясы да жазылышы керек, ошондуктан реагенттин тазалыгын жана спецификациясын текшерүү адсорбент массасы менен катар каралат.

Изотерма жана кинетика моделдери чынында эмнени көрсөтөт

Кеңири таралган каталардын бири — жакшы шайкештикти механизмдин далили катары кабыл алуу. Метилен көк үчүн Langmuir жана Freundlich моделдерин салыштыруу сыналган диапазондо ийри сызыктын формасын кайсы теңдеме жакшыраак сүрөттөрүн текшерет. Ал бир катмарлуу капталууну, бир тектүүлүктү же көп катмарлуу түзүлүүнү далилдебейт. Гетерогендүү көңдөйлүү материалдар чектелген диапазондо Langmuir формасындагы ийри сызыктарды бере алат, ал эми Freundlich модели жакшыраак шайкешсе, бул маалыматтар ошол теңдемедегидей өсүүнү улантарын гана билдирет. Механизмди спектроскопия, калориметрия же иондук күчкө көз карандылык сыяктуу көз карандысыз далилдер менен тастыктаңыз.

Моделдин шайкештик сапатын баалоо ыкмасы маанилүү. Сызыктуу эмес регрессияны артык көрүңүз, анткени сызыктуу түргө өзгөртүүлөр каталарды бурмалап, белгилүү бир моделди системалуу түрдө артыкчылыктуу көрсөтүшү мүмкүн. R squared көрсөткүчүнө гана ишенбей, калдыктарды текшериңиз. qmax өлчөнгөн диапазондун ичинде же андан тышкары жайгашканын сураңыз: эң чоң өлчөнгөн qeден кыйла жогору турган плато — божомол, ошондуктан анын мааниси гана эмес, белгисиздиги да көрсөтүлүшү керек.

Ушундай эле этияттык метилен көктүн адсорбция кинетикасына да тиешелүү. Жалбырак адсорбенттери боюнча адабияттарда псевдо-экинчи тартип теңдемеси көбүнчө эң жакшы шайкешкен модель катары көрсөтүлөт, бирок бул хемосорбцияны далилдебейт; псевдо-биринчи тартип модели да физисорбцияны далилдебейт. Бөлүкчөлөрдүн өлчөмүнө жана аралаштырууга жараша диффузия эки теңдемени тең окшоштура алат, ал эми сызыктуу түргө келтирилген графиктер тарыхый жактан салыштырууну псевдо-экинчи тартип моделинин пайдасына бурмалап келген. Теңдемени, ылдамдык константасын, моделден алынган тең салмак маанисин, интервалды, бөлүкчө өлчөмүн жана аралаштыруу шартын көрсөтүп, ылдамдык менен сыйымдуулукту иш барагынын өзүнчө мамычаларында сактаңыз.

Жарыяланган изилдөөлөрдү салыштыруу үчүн иш барагы

Бул таблицаны ар бир изилдөө үчүн бирден көчүрүңүз. Салыштыруу текшерүү мамычаларындагы шарттар дал келген жерде гана жарактуу.

Шарт	Эмнени жазуу керек	Нормалдаштыруу эрежеси	Маалымат жок болсо, токтотуңуз
Доза	g/L, ошондой эле көлөм жана жалпы масса	qeни бирдей дозада салыштырыңыз; алып салуу пайызын өзүнчө кармаңыз	Пайызды сыйымдуулукка айландырууга болбойт
Концентрация	C0 катары, Ce диапазону, платого жеткен-жетпегени	qmaxты кабатташкан диапазондордо гана салыштырыңыз	qmax толугу менен экстраполяция болушу мүмкүн
pH	Баштапкы жана тең салмактагы pH, туздар, белгилүү болсо нөлдүк заряд чекити	Болжол менен бир бирдиктин ичинде шайкеш келтириңиз	Кыймылдаткыч күч белгисиз
Убакыт	Байланыш убактысы, кинетикалык ийри сызык, тең салмак критерийи	qeни тең салмакка жеткени көрсөтүлгөндө гана салыштырыңыз	Маани qt болуп туруп qe деп туура эмес белгилениши мүмкүн
Температура	Ар бир изотерма чекитинин температурасы	Бирдей температурада салыштырыңыз	Температуралык жылыш материалдардын айырмасы деп кабыл алынышы мүмкүн
Отчет берүү негизи	Кургак же нымдуу масса, нымдуулук үлүшү, активдүү фаза же композит, көлөмдүк тыгыздык, BET аянты	Ар бир кургак граммга mg түрүнө айландырыңыз; көлөм жана аянт мамычаларын кошуңуз	Бөлүүчү белгисиз
Модель түзүү	Теңдемелер, сызыктуу же сызыктуу эмес шайкештик, ката метрикасы, калдыктар, параметр белгисиздиги	Сызыктуу эмес моделдерди артык көрүңүз; параметрлердин толук топтомдорун салыштырыңыз	Эң жакшы шайкештик жөнүндө билдирүүнү текшерүү мүмкүн эмес
Эритме матрицасы	Суунун сапаты, иондук күч, атаандаш иондор же органикалык заттар	Матрицаны шайкеш келтириңиз же жыйынтыкты скрининг деңгээлиндеги деп белгилеңиз	Чыныгы суудагы көрсөткүч белгисиз

Адабияттагы эки мисал иш барагынын кантип иштээрин көрсөтөт. Курма пальмасы боюнча катарда тең салмакка келүү 160 мүнөткө жакын, оптимум pH 6.5ке жакын, qmax температура менен өсөрү, ал эми Temkin жана псевдо-экинчи тартип моделдери артыкчылыктуу сүрөттөмөлөр экени көрсөтүлгөн. Иштетилген бамбук жалбырагынын порошогу болжол менен 725 mg/g жана дээрлик толук алып салууну көрсөтөт, бирок бул 100дөн 400 mg/Lге чейинки боёк концентрациясында, 0.2ден 1.4 g/Lге чейинки дозада жана тең салмакка жетүүгө болжол менен 60 мүнөт кеткен шарттарда алынган. Экөө тең өз шарттарында туура болушу мүмкүн, бирок доза, концентрация, pH, температура жана отчет берүү негизи шайкеш келмейинче аларды өз ара рейтингдөө мүмкүн эмес.

Адилет салыштыруучу сүйлөмдүн туруктуу формасы бар: концентрация диапазону, доза, pH, температура, тең салмакка жетүү убактысы жана отчет берүү негизи дал келген шарттарда X материалы Y материалына караганда көбүрөөк сиңирүү көрсөтөт. Мындан кыскараак билдирүү эки материал жөнүндө эмес, эки эксперимент жөнүндө билдирүү болуп калат.