Петрушка І. М., Мороз О. І., Мокрий В. І., Петрушка К. І. Внутрішньодифузійні процеси сорбції забрудників з рідинних середовищ комплексними сорбентами // Міжнародний науковий журнал "Інтернаука". — 2017. — №16.
Технические науки
УДК 504.064+628.316.12
Петрушка Ігор Михайлович
доктор технічних наук, професор, професор кафедри
екологічної безпеки та природоохоронної діяльності
Національний університет «Львівська політехніка»
Петрушка Игорь Михайлович
доктор технических наук, профессор, профессор кафедры
экологической безопасности и природоохранной деятельности
Национальный университет «Львовская политехника»
Petrushka Ihor
Doctor of Engineering, Professor
Lviv Polytechnic National University
Мороз Олександр Іванович
доктор технічних наук, професор, професор кафедри геодезії
Національний університет «Львівська політехніка»
Мороз Александр Иванович
доктор технических наук, профессор, профессор кафедры геодезии
Национальный университет «Львовская политехника»
Moroz Oleksandr
Doctor of Engineering, Professor
Lviv Polytechnic National University
Мокрий Володимир Іванович
доктор технічних наук, доцент, професор кафедри
екологічної безпеки та природоохоронної діяльності
Національний університет «Львівська політехніка»
Мокрый Владимир Иванович
доктор технических наук, доцент, профессор кафедры
экологической безопасности и природоохранной деятельности
Национальный университет «Львовская политехника»
Mokryi Volodimir
Doctor of Engineering, Professor
Lviv Polytechnic National University
Петрушка Катерина Ігорівна
асистент кафедри екології та збалансованого природокористування
Національний університет «Львівська політехніка»
Петрушка Екатерина Игоревна
ассистент кафедры екологии и сбалансированного природопользования
Национальный университет «Львовская политехника»
Petrushka Kateryna
Assistant
Lviv Polytechnic National University
ВНУТРІШНЬОДИФУЗІЙНІ ПРОЦЕСИ СОРБЦІЇ ЗАБРУДНИКІВ З РІДИННИХ СЕРЕДОВИЩ КОМПЛЕКСНИМИ СОРБЕНТАМИ
ВНУТРИДИФФУЗИОННЫЕ ПРОЦЕССЫ СОРБЦИИ ЗАГРЯЗНИТЕЛЕЙ С ЖИДКИХ СРЕД КОМПЛЕКСНЫМИ СОРБЕНТАМИ
INTERNAL-DIFFUSION PROCESSES OF POLLUTANTS ADSORPTION FROM LIQUID MEDIUM BY COMPLEX SORBENTS
Анотація. Досліджено кінетику внутрішньої дифузії процесу адсорбції полютантів з стічних вод комплексними дисперсними сорбентами. Визначено коефіцієнти внутрішньої дифузії на основі гелевої моделі.
Ключові слова: адсорбент,, барвник, кінетика, дифузія.
Аннотация. Исследовано кинетика внутренней диффузии процесса сорбции загрязнителей сточных вод комплексными дисперсными сорбентами. Определены коэффициенты внутренней диффузии на основе гелевой модели.
Ключевые слова: адсорбент, краситель, кинетика, диффузия.
Summary. The kinetics of internal diffusion pollutants of adsorption from sewage with complex disperse sorbents is investigated. The coefficients of internal diffusion on the basis of the gel model are determined.
Key words: adsorbent, dye, kinetics, diffusion.
Прогнозування кінетики сорбційних процесів на основі математичних моделей дає можливість не тільки зменшити економічні затрати на очищення забруднених рідинних середовищ, але і підвищити ефективність використання потенціалу природних сорбентів. Однак, якщо тривалість циклу адсорбції є значно меншою від часу дифузії в частинках адсорбенту, використання відомих кінетичних рівнянь адсорбції, які описують процес з достатньо довгим часом насичення адсорбенту ускладнює створення адекватної математичної моделі процесу. Окрім цього, з огляду на невеликий ступінь насичення адсорбенту за короткий час, дифузійний опір в частинці може бути настільки малий, що найбільш значний опір створюється в зовнішньодифузійній області. Це спричиняє необхідність прийняття до уваги саме цього параметру в кінетичних рівняннях.
Промислові адсорбційні процеси протікають найчастіше в асоціаціях частинок, розміри яких є кратними багатьом діаметрам зерен адсорбенту. Етапом, який лімітує швидкість насичення у більшості випадків є дифузія. Більшість гіпотез, які використовуються для побудови математичної моделі масообміну в процесі адсорбції на зерні адсорбенту та встановлення швидкості адсорбційного процесу, допускають, що адсорбція проходить на доступній для рідини границі фаз рідина – тверде тіло. Поверхня цієї границі фаз складається як із зовнішньої поверхні частинки сорбенту, так і з поверхні його пор. Кінетична характеристика сорбенту пов’язана з пористістю частинки адсорбенту, a сумарна швидкість багатоступеневого процесу визначається швидкістю найповільнішої стадії (так званої лімітуючої стадії).
Вивчення процесу кінетики адсорбції прямих барвників з стічних вод комплексними сорбентами (активований бентоніт:шунгіт), дозволяє встановити швидкість досягнення рівноваги, максимальну сорбційну ємність адсорбенту для певного складу розчину, механізм сорбційного процесу та розрахувати коефіцієнти дифузії.
Дослідити внутрішньодифузійну кінетику адсорбції барвників комплексними природними сорбентами та визначити коефіцієнти внутрішньої дифузії на основі гелевої моделі.
Для розрахунку коефіцієнтів внутрішньої дифузії D використовували модель гелевої дифузії з обмеженого об’єму в елементарну частинку адсорбента кулястої форми [1,2]. Розрахунок коефіцієнтів дифузії проводили з використанням залежності (F; Fo), де Fo – критерій гомохромності Фурє:
(1)
D – коефіцієнт дифузії, м2/с;
t - час сорбції, хв.;
R2 – радіус зерна адсорбенту, м.
Степінь досягнення сорбційної рівноваги відповідно гелевої моделі дифузії розраховували за залежністю:
(2)
Гранулометричний склад сорбентів та розподіл по фракціях однаковий.
Для визначення коефіцієнтів масовіддачі на поверхні частинок сорбенту необхідно визначити загальну поверхню та середній діаметр частинок сорбенту на основі гранулометричного складу, наведеного в табл.1.
Таблиця 1
Гранулометричний склад сорбентів
|
Позначення |
Діаметр фракції, мм |
Масова частка частинок,% |
|
d1 |
0.13 |
13 |
|
d2 |
0.13-0.25 |
10 |
|
d3 |
0.25-0.5 |
85 |
|
d4 |
0.5-1.0 |
2 |
Визначення сумарної кількості частинок N проводили відповідно кожної з фракцій згідно залежності:
(3)
де mч – маса частинок, кг; dс - середній діаметр частинок адсорбенту, м; ρч - густина частинок адсорбенту, кг/м3 .
Загальна маса частинок рівна сумі частинок відносно фракцій:
(4)
Визначивши дані величини розраховуємо середню площу частинок сорбенту:
(5)
Рис. 1. Кінетичні криві сорбції прямих барвників (А - аніонного червоного 8С; Б – активного алого 4ЖТ) комплексними природними сорбентами: 1- активований бентоніт: шунгіт (1:1); 2 – активований бентоніт; 3 – шунгіт
Для даного гранулометричного складу середній діаметр частинок дорівнює dсер = 0,253 * 10-3 м.Характер кінетичних кривих на рис.1 підтверджують домінуючий механізм внутрішньої дифузії при адсорбції прямих барвників з стічних вод природними дисперсними сорбентами.
Таким чином, високі кінетичні характеристики для досліджуваних комплексних природних сорбентів вказують на перспективність їх використання в технологічних процесах очищення стічних вод від прямих барвників.
Література
