Kinetic and equilibrium study of arsenic sorption on silanized magnetic amino-functionalized nanocomposite

Abstract

Arsenic is a metalloid, which occurs in nature in various forms, but in natural waters mainly in the form of pentavalent oxyanion of arsenate As(V) and trivalent arsenite As(III), which dominates under anaerobic conditions. Arsenic water pollution is a serious problem due to its pronounced negative impact on human health. This paper describes the kinetic and equilibrium studies of the sorption mechanism of oxyanion As(V) in monocomponent aqueous solutions on a silanized magnetic amino-functionalized copolymer of glycidyl methacrylate and ethylene glycol dimethacrylate m-Si-PGME-deta. It has been shown that the sorption of As(V) on m-Si-PGME-deta is a rapid process, initially controlled by ion diffusion rate through solution. After achieving the saturation of the sorbent surface, the sorption rate decreases, because the sorption rate determines the process of intraparticle pore diffusion. The maximum sorption capacity is 5.61 μmolˑg-1.

Arsen je metaloid, koji pripada IV periodi i 15. grupi periodnog sistema, široko rasprostranjen u Zemljinoj kori u obliku različitih vrsta minerala. U vodenoj sredini pretežno se nalazi u obliku petovalentnog oksianjona аrsenаta As(V) i trovalentnog аrsenita As(III) koji dominira u anaerobnim uslovima. Zаgаđenje vode аrsenom predstavlja ozbiljan problem zbog izraženog negаtivnog efekta ovog elementa nа ljudsko zdrаvlje. Zbog toga su za uklanjanje arsena iz otpadnih voda razvijene različite metode koje se uglavnom zasnivaju na flokulaciji, sorpciji ili membranskoj separaciji. U ovom radu opisano je ispitivanje efikasnosti sorbenta na bazi silaniziranog magnetita i aminofunkcionalizovanog kopolimera glicidil metakrilata i etilen glikol dimetakrilata, m-Si-PGME-deta, za uklanjanje petovalentnog oksianjona arsena iz vodenih rastvora. Mehanizam sorpcije oksianjona As(V) na sorbentu m-Si-PGME-deta ispitan je praćenjem kinetičkih i ravnotežnih parametara u monokomponentnim vodenim rastvorima. Kinetika sorpcije analizirana je primenom modela pseudoprvog i pseudo-drugog reda, Jelovičevog i modela unutarčestične difuzije (IPD). Ravnotežni podaci analizirani su Lengmirovim, Frojndlihovim i Temkinovim modelima izotermi. Pokazalo se da je sorpcija oksianjona As(V) na m-Si-PGME-deta brz proces koji je u početnoj fazi kontrolisan brzinom difuzije jona u rastvoru, zbog čega i kinetika sorpcije u toj fazi odgovara modelu pseudo-drugog reda. Po dostizanju saturacije površine sorbenta, dolazi do rapidnog opadanja brzine sorpcije jer postaje dominantno vezivanje jona za aktivna mesta u unutrašnjosti sorbenta, kada proces unutarčestične difuzije kroz pore sorbenta određuje brzinu vezivanja jona, što najbolje opisuje kinetički model IPD. Ispitivanje ravnotežnih parametara pokazuje najbolje slaganje Frojndlihovog modela sa eksperimentalnim podacima, iz čega se može zaključiti da na površini sorbenta postoje aktivna mesta sa različitim energijama vezivanja jona. Maksimalan kapacitet sorpcije iznosi 5.61 µmolˑg-1.