Метилен зәңгәре адсорбциясе сынавы: активлаштырылган күмернең сыйдырышлыгы

Лаборатория ике төрле активлаштырылган күмерне чагыштыра. Берсенең техник мәгълүмат битендә метилен зәңгәре күрсәткече икенчесеннән өч тапкыр зуррак дип язылган. Лаборатория зуррак күрсәткечле күмерне сатып ала, дозаны шул санга нигезләнеп билгели, ә буягыч көтелгәннән иртәрәк фильтр аша үтә башлый. Бернинди мәгълүмат та ялганланмаган. Ике сан төрле сынаулардан алынган, ә сатып алучы аларны бер үк зурлык итеп кабул иткән.

Бу мәкалә әлеге аңлату хатасын төзәтә. Ул сынауның нәрсәне үлчәвен аңлата, чын саннар белән исәпләүне ике тапкыр күрсәтә һәм нәтиҗәгә тәэсир итүче барлык үзгәрешлеләрне атый. Төрле адсорбентларны үзара чагыштырып бәяләү мәсьәләсе аерым карала; монда сүз бер материал классы һәм бер ысул турында бара.

Ни өчен нәкъ бу буягыч зонд булып хезмәт итә

Метилен зәңгәре — катионлы, яссы ароматик буягыч. Суда ул уңай корылмалы ион рәвешендә була, ә молекуласының үлчәмнәре якынча 1.43 × 0.61 × 0.40 nm тәшкил итә. Нәкъ менә бу үлчәмнәр мөһим. Икенче классик зонд — йод — күпкә кечерәк һәм тар микрокүзәнәкләргә үтеп керә, шуңа күрә йод саны микрокүзәнәкләрнең үсеш дәрәҗәсен күрсәтә. Метилен зәңгәре өчен киңрәк керү юллары кирәк: ул якынча 0.75 nm дан зуррак күзәнәкләргә үтеп керә, ә 1.4 тән 3 nm га кадәрге күзәнәкләрнең өлеше аеруча мөһим. Бу үлчәмнәр эре микрокүзәнәкләрне дә, кечкенә мезокүзәнәкләрне дә колачлый, шуңа күрә сынауны бары тик мезокүзәнәкләр зонды дип атау артык гадиләштерү булыр иде. Ике зонд бер-берсен тулыландыра. Йод вак күзәнәкле төзелешнең күләмен ачыклый. Метилен зәңгәре эре органик молекула керә ала торган күзәнәк киңлегенең күләмен ачыклый; буягычны бетерү өчен нәкъ шул сорау мөһим. Бу күрсәткечләрнең берсе дә, үзе генә алганда, башка молекулаларның йотылуын фаразлый алмый.

Корылма үлчәм кебек үк мөһим. Буягыч катионлы булганга, ул тискәре корылмалы өслекләргә тартыла һәм уңай корылмалы өслекләрдән этелә. Шуңа күрә pH икенчел искәрмә түгел, ә төп үзгәрешлеләрнең берсе булып тора; түбәндәге тәҗрибәләр моны күрсәтә.

Партияле сынау ничек үткәрелә

Гадәти лаборатория ысулы — аерым партияне тигезләнешкә китерү. Күмерне сынауга әзерләгез, иләк аша үткәреп, билгеләнгән кисәкчек фракциясен алыгыз һәм билгеле m массасын үлчәгез. Башлангыч концентрациясе C0 булган буягыч эремәсенең билгеле V күләмен өстәгез. pH һәм температураны даими тотыгыз, тәҗрибә белән расланган вакыт дәвамында болгатыгыз, аннары күмерне фильтрлау яки центрифугалау белән аерыгыз. Калган Ce концентрациясен UV-Vis яктылык йоту үлчәве аша, гадәттә 660–665 nm тирәсендә һәм еш кына 664 nm да, шул ук приборда әзерләнгән калибровка рәте буенча билгеләгез. Басылып чыккан бер процедурада 0.050 g күмер һәм 10–1000 mg/L диапазонындагы 50 mL эремә кулланылган, алар 25 C та 24 сәгать тотылган һәм үлчәү 660 nm да башкарылган. Бердәм универсаль протокол юк, шуңа күрә доза, концентрация диапазоны, вакыт, температура, pH һәм дулкын озынлыгы күрсәтелмәгән сан нәтиҗә түгел. Ул — имеш-мимеш кенә.

Санча билгеләү үзе дә яктылык йотуга нигезләнгән буягыч үлчәвендә тасвирланган тәртипне таләп итә: калибровканы үз приборыгызда башкарыгыз, иң зур йотылу дулкын озынлыгын 664 nm дип фаразламыйча тикшерегез һәм югары концентрацияле утырма өстендәге сыеклыкларны сызыклы диапазонга керерлек итеп сыеклагыз.

Исәпләү мисалы

Сыйдырышлык масса балансыннан исәпләнә. Эремәдә юкка чыккан буягыч күмердә урнаша:

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

монда qe — mg/g белән күрсәтелгән тигезләнештәге йотылу, C0 һәм Ce — mg/L белән күрсәтелгән башлангыч һәм тигезләнеш концентрацияләре, V — литрлардагы күләм, ә m — граммнардагы күмер массасы.

Беренче нокта. Башлангыч шартлар: C0 = 100 mg/L, V = 0.100 L, m = 0.0200 g. Тигезләнеш урнашканнан соң прибор Ce = 35 mg/L күрсәтә. Димәк, qe = (100 minus 35) times 0.100 divided by 0.0200 = 65 times 0.100 divided by 0.0200 = 325 mg/g. Бетерелгән буягыч өлеше: (100 minus 35) divided by 100 times 100 = 65 процент.

Икенче нокта: доза һәм күләм шул ук, буягыч йөкләнеше югарырак. Башлангыч концентрация C0 = 200 mg/L, үлчәнгән концентрация Ce = 90 mg/L. Димәк, qe = (200 minus 90) times 0.100 divided by 0.0200 = 550 mg/g, ә бетерелгән өлеш (200 minus 90) divided by 200 times 100 = 55 процент тәшкил итә.

Бу ике пар, (Ce = 35, qe = 325) һәм (Ce = 90, qe = 550), — изотерманың ике ноктасы. Күрсәткечләрнең капма-каршы юнәлештә үзгәрүенә игътибар итегез: сыйдырышлык 325 тән 550 mg/g га күтәрелде, ә бетерелгән өлеш 65 тән 55 процентка төште. Концентрация артканда сыйдырышлык һәм бетерелгән өлеш капма-каршы юнәлешләрдә үзгәрә. Күмерләрне төрле дозаларда яки концентрацияләрдә үлчәнгән бетерү проценты буенча бәяләгән кеше материалны түгел, ә тәҗрибәне бәяли.

Контрольдә тотарга кирәкле үзгәрешлеләр

Түбәндәге һәр параметр санны үзгәртә. Аларның һәркайсын даими тотыгыз яки теркәп куегыз.

Доза. Күмер күбрәк булса, адсорбция үзәкләре дә күбрәк була, шуңа күрә бетерелгән өлеш арта, ә бер граммга туры килгән йотылу гадәттә кими: тотылган буягыч зуррак массага бүленә. Дозаны g/L белән, аны исәпләүдә кулланылган V һәм m күрсәткечләре белән бергә хәбәр итегез.

Башлангыч концентрация. Югарырак C0 адсорбциянең этәргеч көчен арттыра, шуңа күрә qe үсә, ә үзәкләр туенган саен бетерелгән өлеш кими. 5–50 mg/L һәм 100–400 mg/L диапазоннарына яраклаштырылган изотермалар кәкренең төрле өлешләрен тасвирлый. Модельдән алынган сыйдырышлыкларны диапазоннар кисешкән өлешләрдә генә чагыштырыгыз.

pH. Бу катионлы буягычның йотылуы гадәттә pH белән бергә арта, бигрәк тә күмернең нуль корылма ноктасыннан югарырак pH та: анда өслекнең гомуми корылмасы тискәрегә әйләнә. Түбән pH өслек үзәкләрен протонлаштыра һәм водород ионнарына алар өчен көндәшлек итәргә мөмкинлек бирә. Тәэсир зурлыгы күмер төренә бәйле: активлаштырылган күмер буенча бер тикшеренүдә йотылу pH 2 дә якынча 51 mg/g дан pH 8 дә якынча 92 mg/g га күтәрелгән. Башлангыч һәм тигезләнеш pH ын, шулай ук фон тозларын теркәгез, чөнки ион көче pH үзгәрткән шул ук көчләрне экранлый.

Контакт вакыты. Йотылу башта кискен үсә, аннары үсеш туктала. Платодагы кыйммәт кенә qe булып тора; аңа кадәрге теләсә кайсы кыйммәт — qt. Төрле күмерләр өчен басылып чыккан тигезләнешкә ирешү вакытлары берничә минуттан күп сәгатьләргә кадәр сузыла; кайбер стандарт процедураларда контакт 24 сәгать дәвам итә. Ике сәгать җитә дип фаразлау урынына, үз күмерегез өчен платоны кинетик үлчәүләр аша билгеләгез.

Температура. Барлык очракларга да туры килә торган юнәлеш юк. Эндотермик системаларда температура күтәрелгәндә йотылу арта, ә экзотермик системаларда кими, шуңа күрә фаразламагыз, үлчәгез.

Кисәкчекләр үлчәме һәм болгату. Ваграк кисәкчекләр диффузия юлын кыскарта һәм гадәттә йотылуны тизләтә; көчлерәк болгату кисәкчекләр тирәсендәге хәрәкәтсез катламны юкарта һәм шул ук нәтиҗәне бирә. Икесе дә тизлекне үзгәртә, тигезләнешнең үзен түгел. Сыйдырышлыкның болгату тизлегенә бәйле булуы — тигезләнешкә ирешелмәгәнлеге турында кисәтү.

Реагентның төгәл төре дә теркәлергә тиеш, шуңа күрә буягычның чисталыгын һәм спецификациясен тикшерү күмер массасы турындагы мәгълүмат белән янәшә тора: метилен зәңгәре моляр массасы якынча 319.9 g/mol булган сусыз тоз яки 373.90 g/mol булган тригидрат рәвешендә сатылырга мөмкин, ә коммерция продуктында төп матдәнең үлчәнгән күләме еш кына 100 проценттан ким була. Формула буенча ялгыш моляр масса кулланып исәпләнгән номиналь C0 һәр qe кыйммәтендә системалы хата тудыра.

Яраклаштырылган кәкреләр нәрсә әйтә һәм нәрсә әйтми

Ленгмюр моделе буенча яраклаштыру qe ны qmax, KL һәм Ce тапкырчыгышының (1 плюс KL белән Ce тапкырчыгышына) бүлендеге итеп күрсәтә. Ул mg/g белән күрсәтелгән модельгә яраклаштырылган туену сыйдырышлыгын qmax һәм L/mg белән күрсәтелгән бәйләнешкә омтылыш константасын KL бирә. Яхшы яраклашу әлеге туену кәкресенең үлчәнгән концентрация диапазонын яхшы тасвирлавын аңлата. Ул күмердә бердәм үзлекле үзәкләрнең бер генә төркеме барлыгын, каплауның катгый рәвештә бер катламлы булуын яки билгеле бер молекуляр механизм эшләвен расламый. Бертөрле булмаган күзәнәкле күмерләр чикләнгән диапазоннарда еш кына Ленгмюр рәвешендәге кәкреләр бирә.

Фрейндлих моделе буенча яраклаштыру qe ны KF белән 1/n дәрәҗәсенә күтәрелгән Ce тапкырчыгышы итеп күрсәтә. KF эмпирик сыйдырышлык масштабын, ә 1/n кәкрелекне билгели. Бу рәвештә чикле плато булмаганга, аны экстраполяцияләп qmax уйлап чыгарырга һич ярамый. Фрейндлих моделенең яхшырак яраклашуы аның үсә торган рәвеше үлчәнгән интервалга яхшырак туры килүен генә аңлата. Кайсы тигезләмә кулланылса да, башлангыч рәвешендәге сызыксыз регрессиягә өстенлек бирегез, чөнки сызыклаштыру үзгәртүләре хаталарны бозып күрсәтә; шулай ук R квадратына гына ышанмыйча, калдыкларны тикшерегез.

914 тәҗрибә нәрсәгә өйрәтә

75 мәкаләдән алынган 914 тәҗрибәне машиналы өйрәнү ярдәмендә анализлау метилен зәңгәренең балчыкларда, көлләрдә һәм селте белән активлаштырылган материалларда йотылуын градиентлы бустинг белән регрессия агачлары ярдәмендә модельләштергән. Аның төп нәтиҗәсе: хәбәр ителгән йотылуны фаразлауда буягычның башлангыч концентрациясе иң көчле фактор булган; pH, чимал төре һәм модификация төре дә мөһим роль уйнаган. Шулай ук концентрация белән башка үзгәрешлеләрнең диярлек һәркайсы, шул исәптән доза, өслек мәйданы, контакт вакыты һәм болгату арасында көчле үзара тәэсирләр күзәтелгән.

Бу нәтиҗәне файдалы итеп куллану өчен ике искәрмә кирәк. Беренчедән, тикшеренү активлаштырылган күмерне колачламаган, шуңа күрә ул күмер өчен үзгәрешлеләрнең әһәмият тәртибен билгели алмый. Икенчедән, аннан алынган сабак методологик характерда һәм башка системаларга да туры килә: башлангыч концентрация беркайчан да исәпкә алмаслык үзгәрешле түгел, ә эш шартлары материал үзлекләре белән шулкадәр көчле бәйләнештә тора ки, шартларыннан аерылган бер генә mg/g рейтингы да мәгънәсен саклап кала алмый. Исәпләү мисалы да төп принциплардан чыгып шул ук нәтиҗәгә килә.

Ясаудан туктарга кирәкле ике хата

Беренчедән, бетерелгән өлешне сыйдырышлык итеп күрсәтүдән туктагыз. Зур доза түбән концентрацияле эремәдәге буягычның 99 процентын бетерергә мөмкин, шул ук вакытта бер граммга нибары берничә миллиграмм тотып кала. Ә югары концентрацияле эремәдә кечкенә доза, күзгә күренерлек төс калдырса да, бер граммга йөзләрчә миллиграмм тота ала. C0, Ce, V, m, g/L белән күрсәтелгән дозаны, бетерелгән өлешне һәм qe ны һәрвакыт бергә хәбәр итегез, югыйсә санны кабат кулланып булмый.

Икенчедән, кинетик платоны күрсәтмичә, билгеләнгән вакытта алынган кыйммәтне qe дип атаудан һәм буягыч күләмен этикеткадагы массага гына нигезләнеп билгеләүдән туктагыз. Тигезләнешне вакыт буенча үлчәүләр рәте белән тикшерегез; гидрат формасы һәм төп матдә күләме мәсьәләсен исәпкә алып, үлчәп алынган продуктның этикеткасына ышану урынына концентрацияне спектрофотометрик ысул белән тикшерегез; pH, температура, кисәкчекләр үлчәме һәм болгатуны контрольдә тотыгыз. Бу мәгълүматлар белән бергә бирелгән метилен зәңгәре сыйдырышлыгы башка шартларда да кулланып була торган үлчәү нәтиҗәсе булып тора. Аларсыз ул — аерым бер очрак турында хәбәр генә.