دراسة حركية ثرموديناميكية لامتزاز ايونات النترات والكبريتات على سطوح ( Zn/Al ) النانوية ثنائية الهيدروكسيد

2020-07-08

رسالة ماجستير

اسم الباحث : نهله جابر حسين

الكلية : كلية التربية للعلوم الصرفة

الاختصاص : علوم الكيمياء

سنة نشر البحث : 2017

تحميل الملف : اضغط هنا لتحميل البحث

المشاهدات: 78

     يعد تلوث المياه من الأسباب المهمة التي تؤثر على صحة الإنسان، وللحد من هذه الظاهرة تم تحضير مركبات نانوية (طبقات ثنائية الهيدروكسيد) لها القدرة على احتجاز الأيونات السالبة مثل (NO–3, SO-24) بين طبقاتها (80). حيث تناولت هذه الدراسة امتزاز بعض الايونات اللاعضوية الملوثة للمياه على سطح المركبات النانوية ثنائية الهيدروكسيد. وتم تشخيص هذه المركبات النانوية من خلال تقنية طيف الأشعة تحت الحمراء لطبقات الخارصين/ألمنيوم ثنائية الهيدروكسبد (Zn/Al-LDH)٠ كما أستخدم ايضا مجهر القوة الذرية (AFM) لمعرفة التجمعات الذرية للطبقات.

عينت أيزوثيرمات الامتزاز باستعمال مطيافية الاشعة المرئية ا فوق البنفسجية، وأوضحت النتائج أن ايزوثيرمات الامتزاز على سطوح المركبات النانوية ثنائية الهيدروكسيد تتبع معادلة فرندلش.

تم دراسة تأثير درجة الحرارة على الامتزاز ضمن المدى الحراري التجريبي (298-318K) وأوضحت النتائج إن كمية الامتزاز تزداد بزيادة درجة الحرارة لانيونات SO–24 , NO–3. ومن خلال احتساب قيم الدوال الثرموديناميكية (ΔHad, ΔGad, ΔSad) بينت النتائج أن قيم موجبة عند ارتفاع درجة الحرارة مما يدل على ان التفاعل ماص للحرارة (Endothermic) وكانت قيم ΔGad موجبة (J/mol 1197.4) ،2MR= عند امتزاز ايونات النترات وهذا يشير إلى ان عملية الامتزاز تكون غير تلقائية، وكانت ΔGad سالبة 3,4= MR( J/mol 1766.0-) ،( J/mol 695.2-) وهذا يدل على أن التفاعل تلقائي. أما قيم ΔSad كانت موجبة 2,3,4= MR (J/mol. K 14.61) ،( J/mol. K 12.953)؛ (J/mol. K 17.638) وهذا يدل على أن امتزاز ايونات النترات يكون اقل انتظاماً أما بالنسبة لقيم ΔGad كانت طلبة (J/mol 3523.6-)، 2= MRعند امتزاز ايونات الكبريتات أي أن عملية امتزاز كانت تلقائية، وكانت ΔGad غير تلقائية 3,4= MR(J/mol 3312.5)، (J/mol 2815.2) ،أما قيم ΔSad عند امتزاز ايونات الكبريتات كانت موجبة 2,3,4= MR(J/mol 27.372) ، (J/mol. K 30.366)، (J/mol. K 7.130) أي أن الامتزاز كان أقل انتظاماً.

تم دراسة تأثير حامضية المحلول على انيونات SO–24 , NO–3 وأوضحت النتائج أن كمية المادة الممتزة تزداد مع زيادة حامضية المحلول حسب الترتيب الاتي:

pH=2>4>7>9>12

وكانت النتائج عند امتزاز ايونات النترات كما يأتي:

MR=2      4.492 >4.389 > 4.318 > 3.905 >3.754

MR=3     12.280 > 11.796>10.306 > 9.638 > 9.276

MR=4     7.817 > 7.673 > 6.903 > 6.734 > 6.544

والنتائج عند امتزاز ايونات الكبريتات ايضا كما يأتي:

11.458 < 12.017 < 12.530ح 13.775<  15.42                2=MR

7.861< 8.144 < 8.482 < 11.936 < 12.408         3= MR

4.806 < 4.936 < 5.143 ح6.931 < 7.366         4= MR

تم دراسة حركية امتزاز ايونات النترات (NO–3) والكبريتات (SO–24) على سطح طبقات الخارصين/ألمنيوم ثنائية الهيدروكسيد عند استعمال تراكيز مختلفة وأوزان ثابتة من السطح الماز وعند 7=pH ودرجة حرارة (K298) ووجد أن قيم ثابت معدل الامتزاز(Kad) تزداد كلما كان تركيز المحلول قليلاً حسب الترتيب الاتي:

25<20<15<10<5= (ppm) C0

حيث كانت قيم Kad بتراكيز مختلفة لمحلول النترات كما يأتي :

8.060 ح8.751 ح1 8.98 < 9.212 ح9.672                                        2=MR

1.289 ح1.381 < 1.934 < 2.349ح 2.625                                            3= MR

1.589 <2.026< 2.072 < 4.168 < 4.513                                            4= MR

وايضا قيم Kad بتراكيز مختلفة لمحلول الكبريتات كما يأتي :

1.059< 1.105<1.128< 1.566ح 1.621                                           2= MR

1.427< 1.450 ح1.473 < 1566 < 1.635                                             3= MR

1.612 ح1.635 ح1.681 ح1750 < 1.773                                              4= MR

ويزداد Kad ايضاً عند زيادة درجة الحرارة وبثبوت التراكيز للمادة الممتزة حسب الترتيب الاتي:

298<308<318 = (K)T

قيم ثابت معدل سرعة الامتزاز عند امتزاز ايونات النترات بدرجات حرارة مختلفة كما يأتي:

3.178< 4.744< 4.882                                                 2=MR

2.533< 3.132< 3.178                                                3= MR

2.210 < 3.062 < 3.546                                              4= MR

وقيم ثابت معدل سرعة الامتزاز عند امتزاز ايونات الكبريتات بدرجة حرارة مختلفة:

1.427< 1.450<1.473                                          2= MR

0.690 < 0.990 <1.013                                        3= MR

1.381 <1.427 <1.473                                        4= MR

وتباينت قيم طاقة التنشيط (Ea) للنسب المولية عند امتزاز ايونات النترات والكبريتات، حيث كانت 3=MRعند امتزاز ايونات النترات أفضل نسبة للامتزاز حيث كانت قيمة طاقة التنشيط لها (J/mol 7.572)، بينما كانت أفضل نسبة لامتزاز ايونات الكبريتات هي MR=2 حيث كانت طاقة التنشيط ب (J/mol 1.0933).

تم متابعة حيود الاشعة السينية (XRD) للمركبات النانوية ثنائية الهيدروكسيد ووجد إن هذه المركبات النانوية بلورية التركيب.

Thermodynamic Kinetic Studies of Adsorption for Nitrate and Sulfate Ions on the(ZnAl) Nano Double Hydroxide

    The pollution of the water is the most important reasons that effects on human health. To eliminate this problem nano compound (Layersdouble hydroxide) was synthesized ,it has the ability to detention the anionic (NO–3,SO-24) between their layer(80).
This thesis present the adsorption of NO–3 and SO-24 anions from aqueous solution on the LDH nano particles, using Uv-Visible spectroscope technique at the equilibrium stage to mesue the quantities of the anions .
The shapes and the type of the isotherm obtain from the experimented data were found to be comparable in all cases to the Freundlich equation.
Studying the effect of temperature on the adsorption at the rang (298-318K) found increasing of adsorption with increasing of temperature, and through calculated thermodynamic function values (ΔHad, ΔGad, ΔSad),the result showed that the positive ΔHad value when high the temperature refer to the was endothermic interaction, it was negative ΔGad values (1197.4 J/mol) for MR=2 when nitrate ions are adsorbed this indicates that the non- spontaneous adsorption process, and were negative ΔGad for MR=3,4 ,(-1766.0 J/mol), (-695.2 J/mol) this refer to spontaneous the interaction. Either ΔSad values they were positive (14.616 J/mol. K), (12.453 J/mol. K),(17.637 J/mol.K) for MR=2,3,4 this indicate that the nitrate ions adsorption on the LDH is less ordered. The ΔGad negative values (-3523.6 J/mol) for MR=2 is refer the sulfate ions adsorption was spontaneous and was is non- spontaneous for MR=3,4 (3312.5 J/mol),(2815.2 J/mol).Either ΔSad were positive value when the sulfate ions adsorption on the LDH is(27.372 J/mol.K), (30.366 J/mol .K), (7.130 J/mol.K), for MR=2 ,3,4 this refer to the less order.
Study the effect of the acid function ,the result showed that the acidity of the solution increases withe adsorption as following:-
pH=2>4>7>9>12
The result at nitrate ions adsorption :
MR=2 4.492 >4.389 > 4.318> 3.905 >3.754
MR=3 12.280 > 11.796>10.306 > 9.638 > 9.276
MR=4 7.817 > 7.673 > 6.903 > 6.734 > 6.544
The result at sulfate ions adsorption:
MR=2 15.420 >13.775 >12.530 > 12.017 > 11.458
MR=3 12.408 > 11.936 > 8.482 > 8.144 >7.861
MR=4 7.366 > 6.931> 5.143 > 4.936 > 4.806
The kinetic studied of adsorption nitrate (NO–3 )and sulfate ( SO-24) on the Zn/Al-LDH surface when using different concentration and fixed weight of the LDH at (298K) ,pH=7 ,the result show (Kad) is decrease with the increase of the solution concentration:
Cₒ(ppm) =5>10>15>20>25
The (Kad)value for the differ concentration for the NO–3 ions.
MR=2 9.672 > 9.212 > 8.981> 8.751> 8.060
MR=3 2.625 >2.349 > 1.934 > 1.381> 1.289
MR=4 4.513 > 4.168> 2.072 >2.026 > 1.589
The (Kad) value for the differ concentration for the SO-24 ions.
MR=2 1.621>1.566>1.128>1.105>1.059
MR=3 1.635 > 1.566 > 1.473 > 1.450 > 1.427
MR=4 1.773 > 1.750 > 1.681> 1.635> 1.612
Also (Kad) increases with temperature increase when fixed concentration as the following :
T(K) =318>308>298
The (Kad) value for the differ temperature for the NO–3 ions.
MR=2 4.882 > 4.744 > 3.178
MR=3 3.178 > 3.132 > 2.533
MR=4 3.546 > 3.062 > 2.210
The (Kad) value for the differ temperature for the SO-24 ions
MR=2 1.473 >1.450 > 1.427
MR=3 1.013 > 0.990 > 0.690
MR=4 1.473 > 1.427 > 1.381
The activation energy(Ea) value is different for the molar ratios when the NO–3,SO-24 ions adsorption .Ratio best for NO–3 ions adsorption is MR=3 the activation energy (Ea)=7.572 J/mol ,was while is ratio best for the SO-24 ions adsorption were MR=2 the activation energy (Ea)=1.093 J/mol .
Studying the crystallinity of the LDH by XRD and found the different planes of diffraction.