CC BY
50
UOT 651. 183. 123. 183 BENTONlT OSASLI SORBENTDON MlS (II) VO SlNK IONLARININ DESORBSlYASI
§.A.Nasseri, O.i.Yaqubov, O.N.Nuriyev, A.Alemi
AMEA akad. M.Nagiyev adina Kataliz vd Qeyri-Üzvi Kimya institutu Az 1143 Baki, H. Cavidpr. 113, e-mail: [email protected]
Termiki i§ldnmi§ Na-bentonitdd adsorbsiya olunmu§ Cu(II) vd Zn ionlarinin natrium xlorid mdhlulu ild regenerasiyasi tddqiq olunmu§ vd prosesin optimal §draiti i§ldnib hazirlanmi§dir. 1 MNaCl mdhlulu istifadd etdikdd vd regenerasiya müdddti 5 ddqiqd olduqda 96-98% giximla mis (II) vd Zn ionlarinin desorbsiyasinin mümkünlüyü müdyydnld§dirilmi§dir. Agar sözlw. bentonit, sorbsiya,desorbsiya, ion ddyi§md, suyun tdmizldnmdsi.
Sanayeda adsorbentin tatbiq olunma maqsadindan asili olmayaraq, onun doydurul-masindan sonra takrar istifada olunmasi u9un regenerasiya prosesi aparilmalidir. Regenerasiya 90X hallarda asas va komak9i olmaqla bir ne9a marhaladan ibaratdir. Sanayeda asasan harakatsiz adsorbent tabaqasi olan qurgulardan istifada olunur. Bela qurgularda asas marhala adsorbentin desorbsiyasindan ibaratdir. Adsorbentin novundan va qurgunun tayinatindan asili olaraq desorbsiya prosesi 100-400 0C (termiki desorbsiya) temperaturda isti buxarla va ya inert istilik da§iyicilarla, vakuumla§ma, tazyiqin a§agi salinmasi hesa-bina, ba§qa komponentlarla sixi§dirma va s. usullarla aparilir. Desorbsiyanin muxtalif variantlarindan istifada olunmasinda maqsad adsorbentin regenerasiyasina qoyulan xarclarin azaldilmasindan ibaratdir. Gostarilan usullarin birga istifadasindan ibarat olan kombinasiyali desorbsiya metodlari da movcuddur. Nisbatan yuksak temperaturda desorbatin par9alanmasi ba§ verirsa, onda desorbsiyani a§agi temperaturda aparirlar. Bela proses sixi§dirici desorbsiya prosesi adlandirilir. Sorbentlarin regenerasiyasinda iki asas maqsad vardir: lazim olan komponentin, sorbentin sathindan desorbsiyasi va sorbentin regenerasiyasi, ba§qa sozla, onun sorbsion xarakteristikasinin barpasi.
Bentonit (alumosilikat) tipli sorbentlardan metal (Cu2+ va Zn2+) kationlarini desorbsiya etmak u9un adatan natrium va ya amonium karbonat, natrium xlorid va nitrat va xlorid tur§ulardan istifada olunur [1-4]. Har iki variantin ustun va 9ati§mazliqlari vardir. Bela ki, Cu2+ va Zn2+ ionlarinin karbonat va xloridlarda istifada olunmaqla desorbsiyasi
se9icidir, hallolma naticasinda cüzi sorbent itkisina yol verila bilir. Desorbsiya ü9ün tur§ulardan istifada olunma a§agidaki 9ati§mamazliqlara malikdir: bentonit tipli sorbentlarin tadrican dagilmasi (hallolmasi) va onlarin mexaniki möhkamliyinin itirilmasidir; bentonit nümunalarinin neytral reaksiya verana kimi su ila yuyulmasidir; desorbsiya prosesini temperatur §araitinda aparmaq ü9ün tur§uya davamli materiallardan istifada etmak lazim galir.
Belalikla, har bir ion ü9ün effektiv desorbentin se9ilmasi, onun regenerasiya prosesi ü9ün effektiv optimal qatiliginin müayyan edilmasi, regenerasiyaedici mahlulun israfinin hesablanmasi mühüm ahamiyyat kasb edir. Taqdim olunan i§da termiki i§lanmi§ Na-bentonitda adsorbsiya olunmu§ Cu(II) va Zn ionlarinin natrium xlorid mahlulunda regenerasiyasi tadqiq olunmu§dur va prosesa tasir edan amillar - reqerentin qatiligi va israf olunma miqdari müayyanla§dirilmi§dir.
övvalca Cu2+ va Zn2+ ionlari ila doydurulmu§ bentonit asasli sorbent saxlayan (nümunanin 9akisi 1.5q) kolonka müxtalif qatiliqli NaCl mahlulu ila sorbsiya olunmu§ ionlarin 97-98% 9ixarilmasi haddina qadar yuyulur (5 ml/daq). §akil 1-da regenerasiya daracasinin (a) tadqiq olunan ionlarin desorbentin (NaCl) qatiligindan asililiq qrafiki verilmi§dir. a kamiyyati tam ion mübadila tutumu ila regenerasiyadan sonra kolonkada qalan ionlarin farqini xarakteriza edir. §akil 1-dan göründüyü kimi, praktiki olaraq Cu2+ va Zn2+ ionlarinin tamamila desorbsiya etmak ü9ün 1M qatiliqli NaCl mahlulundan istifada etmak lazimdir.
§akil 1. Cu2+ va Zn2+ ionlari ila doydurulmu§ bentonit asasli sorbentin desorbsiya daracasinin sarf olunan NaCl mahlulunun qatiligindan asililigi. 1.Cu2+-bentonit; 2. Zn2+-bentonit.
§akil 2. Cu2+ va Zn2+ ionlari ila doydurulmu§ bentonit asasli sorbentin desorbsiya daracasinin sarf olunan NaCl mahlulunun israfindan asililigi. 1. Cu2+ -bentonit; 2. Zn2+ -bentonit.
Regenerasiya prosesi ü9ün NaCl mahlulunun qatiligi müayyanla§dirildikdan sonra regenerasiyanin zamandan asililigi öyranilmi§ va 97-98% 9ixima nail olmaq ü9ün vaxt müddati müayyanla§dirilmi§dir. Bunun ü9ün regenerasiya prosesi müayyan edilmi§ optimal qatiligli NaCl mahlulunun müxtalif miqdarlari ila aparilmi§dir (§akil 2). Regenerasiyadan sonra alinmi§ konsentratlarda
atom-absorbsion metodla tadqiq olunan metal kationlarinin miqdari tayin olunmu§dur. Cu2+ va Zn2+ ionlarinin desorbsiyasinin naticalari cadvalda verilmi§dir. Regenerasiyadan alinan duz mahlullarinin tarkibinda sorbsiya olunmu§ bütün ionlar mövcuddur, lakin Cu2+ va Zn2+ ionlarinin qatiliqlari uygun olaraq 26.8 va 21.6mq/l-dir.
Cadv3l.Cu2+ va Zn2+ ionlarinin 1M qatiliqli NaCl
,2+
Desorbsiyanin aparilma müddati,daq 0.5 1 2 3 4 5
Cu2+ Praktiki ?ixim % 35 55 70 87 94 98
Zn2+ 28 4a 75 83 92 97
BENTONlT 3SASLI SORBENTD3N MlS (II) V3 SlNK
431
0D0BIYYAT
1. Naseri S.A., Kiani G. R.., Yagubov A. i., Nuriev. A. N. Adsorption of transition metal ions from simulated wastewater onto thermally activated Na-bentonite. //Parlar Scientific Publikations, 2014, vol 23, #7.
2. Ягубов А.И. Научные основы регулирования поверхностных свойств сорбентов на основе природных алюмосиликатов и их
использование. Дисс..... докт. Хим.
Наук. Баку, 2012, стр.283.
Jagubov A.I. Nauchnye osnovy regulirovanija poverhnostnyh svojstv sorbentov na osnove prirodnyh
aljumosilikatov i ih ispol'zovanie. Diss.....
dokt. Him. Nauk. Baku, 2012, str.283.
3. Исмайлова В.А., Ягубов А.И., Нури-
ев А.Н. и др. Сорбция ионов свинца (Pb2+) из модельных растворов на Na-бентоните. // Теоретические и практические аспекты развития современной науки. Москва, 2012, стр. 2731.
Ismajlova V.A., Jagubov A.I., Nuriev A.N. i dr. Sorbcija ionov svinca (Pb2+) iz model'nyh rastvorov na Na-bentonite. // Teoreticheskie i prakticheskie aspekty razvitija sovremennoj nauki. Moskva, 2012, str. 27-31.
4. Боттерил Дж. Теплообмен в псевдо-ожиженном слое. М: Энергия, 1980, с.24.
Botteril Dzh. Teploobmen v psevodoozhizhennom sloe. M: Energija, 1980, s.24.
ДЕСОРБЦИЯ ИОНОВ МЕДИ (II) И ЦИНКА С БЕНТОНИТОВОГО СОРБЕНТА
Ш.А.Нассери, А.И.Ягубов, А.Н.Нуриев, А.Алеми
Институт Катализа и Неорганической Химии им.акад.М.Нагиева Национальной АН Азербайджана AZ1143 Баку, пр.Г.Джавида, 113; e-mail: itpcht@,lan. ab. az
Исследована десорбция ионов Cu (II) и цинка с поверхности термообработанного Na-бентонита. Установлено влияние различных факторов на процесс регенерации, в частности, концентрации и расхода регерента. Разработаны оптимальные условия регенерации. Выявлено, что при оптимальных условиях выход продуктов десорбции ионов меди (II) и цинка составляет 96-98%. Ключевые слова: бентонит, сорбция, десорбция, ионный обмен, очистка воды.
DESORBTION OF COPPER (II) AND ZINC IONS FROM BENTONITE-BASED SORBENT
Sh.A. Nasseri, A.I.Yaqubov, A.N.Nuriyev, A.Alemi
Institute of Catalysis and Inorganic Chemistry named after Acad.M.Nagiyev H.Javid ave., 113, Baku AZ 1143, Azerbaijan Republic; e-mail: itpcht@,lan.ab.az
Regeneration of Cu (II) and Zn ions adsorbed on heat-treated Na-bentonite in iodine chloride solution has been examined. Factors influencing the reagent regeneration process optimum conditions for the process have been worked out. It revealed that outcome of of Cu (II) and Zn ions desorption under optimum conditions made up 96-98% .
Keywords: bentonite, sorbtion, desorbtion, ion exchange, water treatment.
Redaksiyaya daxil olub 26.05.2014.
UOT 539.19.01
NANOHiSSaCiKLORiN BOZi PARAMETRLORiNiN TOYiNi HAQQINDA M.A.Ramazanov, A.Q.Hasanov, F.H.Pa^ayev, A.T.Mahmood
Baki Dovldt Universiteti, AZ1148 Baki, Z.Xdlilov kug. 23, e-mail: hasanovarzuman@hotmail. com
i§dd eyni nov vd ya muxtdlif nov atomlardan td§kil olunmu§ verilmi§ olgulu nanohissdcikldrddki atomlarin sayinin hesablanmasi mdsdldsind baxilmi§dir. Hesablamalar qizil, gumu§, kadmium sulfid vd titan dioksid nanohissdcikldri ugun aparilmi§dir. Qeyd olunan nanohissdcikldr ugun ndzdri vizual modelldr qurulmu§ vd kvantmexaniki hesablamalar aparilmi§dir. Hesablamalar qizil vd kadmium sulfid nanohissdcikldri ugun Sleyter atom orbitallari, gumu§ vd titan dioksid nanohissdcikldri ugun Gauss atom orbitallari bazisindd aparilmi§dir.
Agar sozlar: kvantmexaniki hesablamalar, nanohissdcikldr, ndzdri vizual modelldr
Nanohissaciklarin xassalari onun ol9ularindan va nanohissacikdaki atomlarin sayindan asilidir. Elmi adabiyyatda [1] eyni nov atomlardan ta§kil olunmu§ va verilmi§ 0I9UIU nanohissacikdaki atomlarin sayini tayin etmak u9un a§agidaki ifadadan istifada olunur:
N =
npD3 Na
(1)
6M
Bu zaman nanohissacik "kip qabla§-dirilmi§" sfera formasinda qabul edilir. N-atomlarin sayi, p — materialin sixligi, D -sfera formali nanohissaciyin diametri, NA -Avoqadro adadi, molyar kutladir.
Muxtalif atomlardan ta§kil olunmu§ nanoqurulu§lar u9un (1) - dan istifada
etmak mumkun deyil. 9dabiyyatda bela nanoqurulu§larin ol9ularini va ondaki atomlarin sayini tapmaq u9un muxtalif usullar taklif olunmu§dur. Bu usullar murakkabdir va onlarla hesablamalar aparmaq 9atindir. i§da bela nano-qurulu§larin ol9ulari malum olduqda ondaki atomlarin sayini tapmaq u9un usullar taklif olunur. Nanohissaciklar sfera formasinda qabul edilir.
(CdS)n nanohissaciyinda n-in hesablanmasina baxaq. Sferik formali CdS
birla§masinin ol9usu rh = rcd + rs
kimi
goturula bilar (§akil 1). rcd va rs kadmium va kukurd atomlarinin kovalent radiuslaridir: r, = 0.148 nm, r = 0.102
cd
nm-dir.
Hesab olunur ki, CdS molekullari r Hesablamalar R = 0,52 nm radiuslu
radiuslu bo§ sferanin sathinda yerla§mi§lar (§akil 2). Onda verilmi§ R - radiuslu nanohissacik ûçûn
R3 - r3 n =-— (2)
rh
kimi hesablana bilar. Burada r = R — 2r .
nanohissacik ûçûn aparilmi§ va n « 9 alinmi§dir. Nanohissacikdaki atomlarin sayi isa N=18 olur. (CdS)9 nanohissaciyinin nazari vizual modeli (Çakil 3) qurulmuç [23] va kvantmexaniki hesablamalar aparil-miçdir.
Çakil 3. (CdS)9 nanohissaciyinin nazari vizual modeli
(TiO2) n nanohissaciyina baxaq. TiO2 birlaçmasinin formasi §akil 4-daki kimi qabul edilir. Onda sferik formali TiO2 birlaçmasinin radiusu
AC
rh =
AD2 + DC2 2
oluna bilar.
kimi tayin
AD = 4 • r0 va DC = 2 • (r0 + rTi) , rO = 0,073 nm, rTi = 0,132 nm oksigen va titan atomlarinin kovalent radiuslaridir. TiO2 birlaçmalari da bo§ sferanin sathinda
yerla§mi§ hesab olunur (§akil 2). (TiO2)n nanohissaciyi ûçûn da n (2) dûsturu ila hesablana bilar. R = 0,46 nm olduqda n « 6 alinir. Atomlarin ûmumi sayi N=18 olar. (TiO2)6 nanohissaciyinin nazari vizual modeli qurulmuç (Çakil 5) va kvantmexaniki hesablamalar aparilmiçdir.
Çakil 4.
-О
Çakil 5. (ТЮ2)6 nanohissaciyinin nazari vizual modeli
Hesablamalar naticasinda D « 0,8nm nanohissaciklarinin nazari vizual (Çakil 6 ôlçûlû qizil va gümü§ nanohissaciklari va 7) modellar qurulmu§ [2-3] va bu ûçûn, uygun olaraq, N=16 va N=12 modellar asasinda
kvantmexaniki
alinmiçdir.
Au
16
va Ag12 hesablamalar aparilmiçdir.
Çakil 6. Au16 nanohissaciyinin nazari vizual modeli
§akil 7. Àgi2 nanohissaciyinin nazari vizual modeli
Ag12 va (TiO2)6 nanohissaciklari
uçun hesablamalar Xartri - Fok - Rutan (XFR) metodu ila aparilmi§dir. Bazis atom orbitallari kimi gumu§ atomlarininls-, 2s-, 2px-, 2py-, 2pz-, 3s-, 3px-, 3py-, 3pz-, 3dx2-, 3dy2-, 3dz2-, 3dxy-, 3dxz-, 3dyz-, 4s-, 4px-, 4py-, 4pz-, 4dx2-, 4dy2-, 4dz2-, 4dxy-, 4dxz-, 4dyz-, 5 s-, 5px-, 5py-, 5pz-, titan atomlarininls-, 2s-, 2px-, 2py-, 2pz-, 3s-, 3px-, 3py-, 3pz-, 3dx2-, 3dy2-, 3dz2-, 3dxy-, 3dxz-, 3dyz-, 4s-, 4px-, 4py-, 4pz- , oksigen atomlarinin ls-, 2s-, 2px-, 2py-, 2pz- atom orbitallarindan istifada edilmi§dir. Atom orbitallari olaraq Gauss funksiyalarindan istifada olunmuçdur. Molekulyar orbitallar qeyd olunan atom orbitallarinin xatti kombinasiyasi çaklinda axtarilmi§dir [4]. Hesablamalar zamani Mathcad, MS Excel va HyperChem proqramlari(Free) istifada olunmuçdur.
Au16 va (CdS)9 nanohissaciklari
uçun hesablamalar valent elektronlari yaxinlaçmasinda aparilmiçdir va molekulyar orbitallar valent elektronlarin atom orbitallarinin xatti kombinasiyasi çaklinda axtarilmiçdir. Atom orbitallari kimi Sleyter funksiyalarindan istifada olunmuçdur.
Malumdur ki, Sleyter funksiyalari valent oblastda elektronun halini daha yax§i tasvir edir [5] va son zamanlar aparilan kvantmexaniki hesablamalarda asasan Sleyter funksiyalarindan istifada edilir. i§da Au16 va (CdS)9 nanohissaciklari
u9un hesablamalar Volfsberq - Helmhols (VH) metodu ila mualliflarin tartib etdiklari komputer proqrami asasinda aparilmi§dir.
VH metodu ila hesablamalar zamani effektiv Hamilton operatorunun matris elementlarini va Sleyter atom orbitallari daxil olan ortma inteqrallarini hesablamaq lazim galir. Hamilton operatorunun matris elementlari atomlarin ionla§ma poten-sialindan va ortma inteqrallarindan istifada etmakla qiymatlandirilir [6-8]. Sleyter atom orbitalli ortma inteqrallarini hesablamaq u9un adabiyyatdan malum olan analitik ifadalardan istifada olunmu§dur [9]. Hesablamalar zamani atom orbitallari kimi Au atomlarinin 6s-, 6px-, 6py va 6pz, Cd atomlarinin 5s-, 5px-, 5py- va 5pz, S atomlarinin isa 3s-, 3px-, py- va 5pz, -Sleyter funksiyalarindan istifada olunmu§dur.
KOMPUTER HESABLAMALARI
Kvantmexaniki hesablamalar (TiO2)6 nanohissaciklarinin molekulyar
naticasinda Au16, Agi2, (CdS)9 va orbitallarinin analitik ifadalari tapilmiç, E -
tam va S — orbital enerjilari hesablanmi§dir. Nanohissaciyin Ip - ionlaçma potensialinin
qiymati aks i§ara ila elektronlar tarafindan tutulmu§ an yuxari molekulyar orbitalin enerjisina barabar götorülmü§dür:
IP = SYTMO . AE = E(ABx — П ■ Eab düsturu
ila nanohissaciklarin stabillik
parametrlarinin qiymati tapilmi§dir.
AE < 0 olduqda material stabil hesab olunur.
Qadagan olunmu§ zonanin eni SABMO - SYTMO kimi hesablanir. Burada SABMO - an
a§agi bo§ molekulyar orbitalin enerjisidir. Nanohissaciyin §üalandira bilacayi fotonun dalga uzunlugu
X = -(--— x109 nm
(SABMO — SYTMO ) X 1,6 X 10
düsturu ila hesablana bilar. Hesablamalarin naticalari cadvalda verilmi§dir:
Cadval . Kompüter hesablamalarinin naticalari
N Nanoparticles E (a.u.) AE ( a.u.) Ip (eV) S — S ABMO YTMO (eV) X (mkm)
1 Au16 -6.339366 -0.26367 3.703389914 0.4675225 2,7
2 Ag 12 61797.168985 -2.26925 2.464504 4.194947 0,3
3 (CdS)9 -39.103686 -0.650808 9.858220 0.099839 12,4
4 (TiO2 )б -5926.024383 -4.557863 2.199590 3.227303 0,39
N0TIC0L0R
Hesablamalarin naticasina asasan yarimkeçirici material, (TiO2)6 — geni§ Aui6 nanohissaciyinin ke9irici, (CdS>9- zolaqli yarimkeçirici stabil materiallar yarim keçirici, Ag12 — geni§ zolaqli oldugu müayyan edilmiçdir.
9D9BIYYAT
1. Liu X., Atwater M., Wang J., & Huo Q. Extinction coefficient of gold nanoparticles with different sizes and different capping ligands. Colloids and Surfaces B: Biointerfaces. 2007 Jul 1;58(1):3-7.
2. Gasanov A.G. Mathematical modeling and computer calculations of nanosystems. Baku, 2013, "Laman nashriyyatpoligrafiya", 234p.
3. Вьюрков В.В., Орликовский А.А., Семенихин И.А. и др. Математическое и компьютерное моделирование наносистем. Учеб. пособие, Москва. 2011, 152с.
V'jurkov V.V., Orlikovskij A.A., Semenihin I.A. i dr. Matematicheskoe i kompjuternoe modelirovanie nanosistem. Ucheb. posobie, Moskva. 2011, 152s.
4.Минкин В.И., Симкин Б.Я., Миняев Р.М. Теория строения молекул. Ростов на/Д: Феникс, 2010, 560 с.
Minkin V.I., Simkin B.Ja., Minjaev R.M. Teorija stroenija molekul. Rostov na/D: Feniks, 2010, 560 s.
5. Guseinov I.I. Comment on "Evaluation of Two-Center Overlap and Nuclear-Attraction Integrals over Slater-Type Orbitals with Integer and Noninteger Principal Quantum Numbers". // Int. J. Quantum Chem., 91, 62, (2003).
6. Ramazanov M.A., Pashaev F.G., Gasanov A.G. et al. The quantum mechanical study of cadmium sulfur nanoparticles in basis of STO's. // Chalco-genide Letters, Vol. 11, No. 7, July 2014, p. 359 -364.
7. Pashaev F.G., Gasanov A.G. and Mahmood A.T. The Study of Gold Nanoparticles in basis of Slater Functions. // J. Nano. Adv. Mat. 2, No. 1, 35-41 (2014).
8. Pa§ayev F.H., Hdsdnov A.Q., Mahmood A.T., Quliyeva V.F. Fenol vd ozonla§mi§ fenol
molekullarinin elektron qurulu§unun kvant- 2013, s.325-330.
mexaniki tddqiqi. //Kimyaproblembri jurnali, N3, 9. Pashaev F.G. // J. Math. Chem., 45, 884 (2009). ОБ ОПРЕДЕЛЕНИИ НЕКОТОРЫХ ПАРАМЕТРОВ НАНОЧАСТИЦ
М.А.Рамазанов, А.Г.Гасанов, Ф.Г.Пашаев, А.Т.Махмуд
Бакинский Государственный Университет AZ1148, Баку, ул.З.Халилова, 23; е-mail: hasanovarzuman@hotmail. com
В работе рассмотрены способы определения числа атомов наночастиц в зависимости от их размеров. Вычисления проводились для наночастиц золота, серебра, сульфида кадмия и диоксида титана. Построены теоретические визуальные модели и проведены квантовомеха-нические расчеты. Для наночастиц золота и сульфида кадмия расчеты проводились на базисе Слейтеровских атомных орбиталей, а для наночастиц серебра и диоксида титана - на базисе Гауссовских атомных орбиталей.
Ключевые слова: квантовомеханические вычисления, наночастицы, теоретические визуальные модели.
ON DETERMINATION OF SOME PARAMETERS OF NANOPARTICLES
M.A.Ramazanov, A. G. Gasanov, F. G.Pashaev, A. T.Mahmood
Baku State University,
Z.Xalilov str., 23, Baku AZ 1148, Azerbaijan Republic, е-mail: [email protected]
The work deals with some methods for determination of the number of atoms of nanoparticles depending upon their size. Calculations were made conformably to gold, silver, cadmium sulfide and titan dioxide. Theoretical visual models built and quantum mechanical calculations made. Calculations for gold and cadmium sulfide nanoparticles have been carried out on the basis of Slater functions and calculations for silver and titan dioxide nanoparticles carried out on the basis of Gauss functions.
Keywords: quantum mechanical calculations, nanoparticles, theoretical visual models.
Redaksiyaya daxil olub 19.09.2014.
