hrvatski

Studij vezanja cinkovih iona na prirodnom zeolitu-klinoptilolitu

Proučavana su ravnotežna i kinetička svojstva procesa vezanja cinkovih iona na prirodnom zeolitu s udjelom klinoptilolita od 80%, kao značajan doprinos izučavanju primjene prirodnih zeolita u području zaštite okoliša. Kemijska aktivacija prirodnog zeolita izvedena je predobradom u homoionski oblik uravnoteženjem s otopinom NaCl-a, pri temperaturi 37°C tijekom pet dana. Hidroliza prirodnog i predobrađenog uzorka zeolita je ispitana kontinuiranim mjerenjem pH vrijednosti i električne provodnosti u sustavu zeolit-redestilirana voda. U početnim vremenima hidrolize raste koncentracija OH^- iona a potom dolazi do tendencije neutralizacije sustava. To se objašnjava adsorpcijom nastalih OH^- iona, što dovodi do razaranja površinskog sloja zeolitne čestice. Rezultat toga je povećanje površinskog naboja a s time i broja adsorpcijskih mjesta. Kinetika procesa ionske izmjene ispitana je u sustavu Na-zeolit - otopina cinkovih iona različite početne koncentracije. Analizom kinetičkih rezultata utvrđeno je da s porastom početne koncentracije raste količina cinka vezanog po gramu zeolita, dok stupanj izmjene odnosno učin uklanjanja, raste sa smanjenjem početne koncentracije cinka u otopini. Matematička obrada eksperimentalnih rezultata izvedena je prema modelu Vermeulen-ove aproksimacije, Paraboličnom difuzijskom modelu, Homogenom i Heterogenom difuzijskom modelu. Temeljem slaganja vrijednosti izračunatih difuzijskih koeficijenata i najviših vrijednosti koeficijenata korelacije, ustanovljeno je da matematički izraz modela prema Vermeulen-ovoj aproksimaciji i Homogenom difuzijskom modelu uz uvjet t teži beskonačnom, najbolje opisuju difuziju cinkovih iona kroz zeolitnu česticu. Usporedbom grafičkih ovisnosti ovih modela uočava se da dobivene krivulje imaju lom, što upućuje na promjenu mehanizma prijenosa tvari odnosno brzine difuzije iona. To su pokazale vrijednosti izračunatih difuzijskih koeficijenata u intervalima od 0-120 minuta i 80 minuta do ravnoteže. U prvom intervalu izračunati difuzijski koeficijenti se kreću od 2.688 x10^-8 do 3.228 x10^-8 cm^2/min, a u drugom 0.278 x10^-8 do 0.293 x10^-8 cm^2/min, što jasno ukazuje na smanjenje brzine difuzije s vremenom za približno deset puta. Ravnotežne izoterme izmjene cinkovih iona na Na-zeolitu različite veličine čestica iz binarnih otopina Zn^2+/Na^+ ukupne koncentracije 0.05 N i 0.005 N, prikazane su kao odnos ekvivalentnih udjela cinka u otopini i ekvivalentnih udjela cinka na zeolitu. Izoterme su prikazane i za različite temperature (23°C, 40°C i 55°C), te različite pH vrijednosti otopine (pH=4, pH=5, pH=6). Na temelju oblika i položaja izoterma, i izračunatih vrijednosti kvocijenta selektivnosti ustanovljeno je da kod obje ukupne koncentracije binarnih otopina, najveću selektivnost pokazuje frakcija uzorka s najvećom veličinom čestica, zatim s najmanjom, te frakcija sa srednjom veličinom čestica ima najmanju selektivnost. Selektivnost zeolita raste s temperaturom, a porast vrijednosti termodinamičke konstante ravnoteže s temperaturom ukazuje na endoterman karakter reakcije. Sa smanjenjem pH vrijednosti otopine smanjuje se selektivnost zeolita prema cinkovim ionima jer se uz povećanu koncentraciju H^+ iona favorizira reakcija hidrolize i time smanjuje broj slobodnih mjesta za izmjenu sa cinkovim ionima. Postavljene pretpostavke i doneseni zaključci podkrjepljeni su karakterizacijom odabranih zeolitnih uzoraka XRD, TG i DSC analizom, te SEM snimkama uz elektronsku difrakcijsku analizu, prije i nakon procesa ionske izmjene.

ionska izmjena; uklanjanje cinkovih iona; prirodni zeolit klinoptilolit; difuzijski modeli; ravnotežne izoterme

nije evidentirano