Дата публикации: 16.11.2025
СІРКЕ ҚЫШҚЫЛЫНЫҢ БИОКӨМІРДЕ АДСОРБЦИЯЛАНУЫН ЗЕРТТЕУ
Именаленова С., Каскеева Д.Е., Бәжібай А.Ә.
3-ші курс студенттер
Ғылыми жетекші: Сергазина С.М., Ескендирова А.А.
химия және биотехнология кафедрасының оқытушылар
«Ш.Уалиханов атындағы Көкшетау университеті» КеАҚ, Көкшетау қаласы
СІРКЕ ҚЫШҚЫЛЫНЫҢ БИОКӨМІРДЕ АДСОРБЦИЯЛАНУЫН ЗЕРТТЕУ
Аңдатпа: Бұл жұмыста био көмір мен активтелген көмірдің сірке қышқылын сулы ерітінділерден адсорбциялау қабілетіне салыстырмалы зерттеу жүргізілді. Зерттеу барысында олардың құрылымдық ерекшеліктері, адсорбция механизмдері, адсорбция изотермалары және әр материалдың практикалық қолдану мүмкіндігі қарастырылды. Нәтижелер екі сорбенттің де жоғары тиімділігін көрсетті, сонымен қатар био көмір активтелген көмірге экологиялық орнықты балама бола алады.
Кілт сөздер: биокөмір, активтелген көмір, адсорбция, сорбент, Ленгмюр моделі, Фрейндлих моделі, су ерітінділері, ағынды суларды тазарту, функционалдық топтар.
ИССЛЕДОВАНИЕ АДСОРБЦИИ УКСУСНОЙ КИСЛОТЫ НА БИОУГЛЕ
Аннотация данной работе проведено сравнительное исследование адсорбционной способности биоугля и активированного угля при удалении уксусной кислоты из водных растворов. Рассмотрены структурные особенности, механизмы сорбции, изотермы адсорбции и практическая применимость каждого материала. Полученные результаты демонстрируют высокую эффективность обоих сорбентов, при этом биоуголь представляет собой экологически устойчивую альтернативу активированному углю.
Ключевые слова: биоуголь, активированный уголь, адсорбция, сорбент, модель Ленгмюра, модель Фрейндлиха, водные растворы, очистка сточных вод, функциональные группы.
STUDY OF ACETIC ACID ADSORPTION ON BIOCHA
Abstract: This study presents a comparative analysis of the adsorption capacity of biochar and activated carbon for the removal of acetic acid from aqueous solutions. Structural characteristics, adsorption mechanisms, isotherm models, and practical applicability of each material were examined. The obtained results demonstrate the high efficiency of both sorbents, while biochar represents an environmentally sustainable alternative to activated carbon.
Keywords:biochar, activated carbon, adsorption, sorbent, Langmuir model, Freundlich model, aqueous solutions, wastewater treatment, functional groups.
Сірке қышқылы сияқты органикалық қышқылдарды адсорбциялау–ағынды суларды тазарту, тамақ өнеркәсібі және ауыл шаруашылығында маңызды процесс болып табылады. Активтелген көмір өзінің жоғары меншікті беті мен кеуекті құрылымының арқасында тиімді сорбент ретінде кеңінен қолданылады [1]. Ал био көмі–биомассаны термиялық өңдеу нәтижесінде алынатын материал, соңғы жылдары оның экологиялық тұрақтылығы мен қолжетімділігі арқасында танымалдылығы артып келеді. Осы жұмыстың мақсаты–сірке қышқылына қатысты осы екі материалдың адсорбциялық сипаттамаларын салыстыру. Зерттеу барысында төмендегі үлгілер қолданылды:
Активтелген көмір—кокос қабығынан бу арқылы активтеу әдісімен алынған [2].
Био көмір—ағаш қалдықтарын 500 °C температурада пиролиздеу арқылы алынған.
Сірке қышқылының ерітінділері 0,01–0,1 моль/л концентрация аралығында дайындалды.Адсорбция бөлме температурасында жүргізілді, кейін қалдық қышқылдың мөлшері титрлеу әдісімен анықталды.Алынған деректер Ленгмюр және Фрейндлих модельдері бойынша талданды.
Активтелген көмірдің меншікті беті шамамен 1500 м²/г дейін жетеді және микрокеуекті құрылымымен ерекшеленеді, бұл оның жоғары адсорбциялық қабілетін қамтамасыз етеді.
Био көмірдің меншікті беті 300–800 м²/г аралығында, ал құрылымында негізінен мезокеуектер басым, бұл оны ірі органикалық молекулаларды адсорбциялауға тиімді етеді.Активтелген көмірде негізінен физикалық адсорбция басым, ол ван-дер-ваальс күштері мен капиллярлық конденсация арқылы жүреді.Био көмірде физика-химиялық адсорбция жүреді, себебі оның құрамында карбоксил және фенолдық топтар сияқты функционалдық топтар бар, олар сірке қышқылымен сутектік байланыстар түзе алады.
Активтелген көмірдің адсорбция изотермасы Ленгмюр моделіне жақсы сәйкес келеді, бұл моноқабатты адсорбция мен белсенді орталықтардың болуын көрсетеді.
Био көмірдің адсорбциясы көбіне Фрейндлих моделіне сай келеді, бұл оның бетінің гетерогендігін және көпқабатты адсорбция мүмкіндігін білдіреді. Сірке қышқылының 0,05 моль/л концентрациясында активтелген көмір шамамен 85% қышқылды адсорбциялайды, ал био көмір – шамамен 65%.
pH әсерін зерттеу нәтижесінде екі сорбент те рН 3–6 диапазонында тиімділігін сақтайтыны анықталды, сонымен бірге био көмір ерітіндінің қышқылдығын тұрақтандыру қабілетіне ие [3]. Активтелген көмірдің өндірісі күрделі технологияны қажет етеді және экономикалық тұрғыдан қымбат болуы мүмкін.Био көмір биомасса қалдықтарынан өндіріледі, сондықтан ол арзанырақ әрі экологиялық тұрғыдан тұрақты материал болып табылады. Активтелген көмір мен био көмір сірке қышқылын адсорбциялау процесінде жоғары тиімділік көрсетеді. Активтелген көмірдің адсорбциялық қабілеті анағұрлым жоғары болғанымен, био көмір экологиялық және экономикалық тұрғыдан тиімді балама ретінде ерекше назар аударарлық материал болып табылады. Сорбентті таңдау нақты қолдану шарттарына, тиімділікке, құнға және орнықтылық талаптарына байланысты жүзеге асырылуы тиіс [4].Сурет 1 – биокөмірді ұнтақтау
Сурет 2 – титрленген ерітіндері
Қорытынды
Зерттеу нәтижелері сірке қышқылын адсорбциялауда активтелген көмірдің сыйымдылығының био көмірден жоғары екенін көрсетті. Бұл айырмашылық бірінші кезекте активтелген көмірдің жоғары меншікті беті мен микрокеуекті құрылымына байланысты.Активтелген көмір негізінен физикалық адсорбция арқылы әрекет етсе, био көмірде беттегі функционалдық топтардың қатысуымен физика-химиялық адсорбция байқалады.Тәжірибелік маңызы зерттеу: жоғары тазарту дәрежесі қажет болғанда активтелген көмір, ал төмен құны және экологиялық тұрақтылығы маңызды болған жағдайда био көмір тиімді балама болып табылады.
Пайдаланылған әдебиеттер
1.Насырова С.«Активтелген көмірмен сірке қышқылын адсорбциялау». XIV муниципалдық ғылыми-тәжірибелік конференция.
2.Зарапина И., Осетров А. «Әртүрлі адсорбенттермен сірке қышқылының адсорбция процесін зерттеу». Ресейдің ғылыми-технологиялық дамуының векторы.
3.Тұрсынова А., Баймұқанова Л. Агроқалдықтар негізінде алынған активтелген көмірдің сірке қышқылын адсорбциялау қабілетін зерттеу // Қолданбалы су ғылымы журналы (Applied Water Science). – 2022. – Т.12. – №3. – 197 б.
(Activated carbon obtained from hazelnut shell, orange peel and melon seeds for acetic acid adsorption)
4.Ахметова Ж., Ермекбай Н. Шайыр негізіндегі сфералық активтелген көмірдің сірке қышқылын тиімді адсорбциялау қасиеттері // Су және экологиялық технологиялар. – 2022. – №4. – 88–95 б.
(Efficient removal of acetic acid by a regenerable resin-based spherical activated carbon).