Analysis of the Causes of Appearing Steps in Sorption Isotherms

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

The paper analyzes the causes of the appearance of steps with plateaus of different lengths in sorption isotherms, based on experimental and literature data. Examples of step isotherms are given to illustrate each type of causes. It is shown that the following factors can cause the deviation of sorption isotherms from linearity and the appearance of steps: sorbent polyfunctionality, the presence of sorption sites with significantly different specificity to sorbate; sorbate heterogeneity, the presence of inert sorbable sorbate species; chemical transformation of sorbents in the course of sorption with the formation of new phases, including processes involving solution components; sequential change of sorption mechanisms.

Full Text

Restricted Access

About the authors

A. V. Voronina

Yeltsin Ural Federal University

Author for correspondence.
Email: av.voronina@mail.ru
Russian Federation, ul. Mira 19, Yekaterinburg, 620002

References

  1. Панарин В.Ю., Баум Е.А., Ланин С.Н. // Сорбционные и хроматографические процессы. 2019. Т. 19. № 3. С. 367–375.
  2. Eucken A. // Verhandl. Deutsch. Phys. Ges. 1914. Bd 16. S. 345–362.
  3. Polanyi M. // Verhandl. Deutsch. Phys. Ges. 1914. Bd 16. S. 1012–1016.
  4. Langmuir I. // J. Am. Chem. Soc. 1916. Vol. 38. Р. 2221–2295.
  5. Langmuir I. // J. Am. Chem. Soc. 1917. Vol. 39. Р. 1848–1906.
  6. Langmuir I. // J. Am. Chem. Soc. 1918. Vol. 40. Р. 1361–1403.
  7. Поляков Е.В. // Радиохимия. 2018. Т. 60. № 2. С. 159–166.
  8. Freundlich H.M.F. // J. Phys. Chem. 1906. Vol. 57. Р. 385–471.
  9. Темкин М.И. // ЖФХ. 1941. Т. 15. C. 296–332.
  10. Brunauer S., Emmett P.H., Teller E. // J. Am. Chem. Soc. 1938. Vol. 60. Р. 309–319.
  11. Redlich O., Peterson D.L. // J. Phys. Chem. 1959. Vol. 63. Р. 1024–1026.
  12. Dubinin M.M., Radushkevich L.V. // Proc. Acad. Sci. USSR. Phys. Chem. Sect. 1947. Vol. 55. Р. 331–333.
  13. Henry W. // Phil. Trans. R. Soc. Lond. 1803. Vol. 93. Р. 29–274.
  14. Воронина А.В., Бетенеков Н.Д., Недобух Т.А. Прикладная радиоэкология: учебное пособие. Екатеринбург: УГТУ-УПИ, 2010. Изд. 2-е, перераб. 224 с.
  15. Егоров Ю.В. Статика сорбции микрокомпонентов оксигидратами. М.: Атомиздат, 1975. C. 250.
  16. Егоров Ю.В. // Соосаждение и адсорбция радиоактивных элементов. М.; Л.: Наука, 1965. С. 113–117.
  17. Sing K.S.W., Everett D.H., Haul R.A.W., Moscou L., Pierotti R.A., Rouquerol J. and Siemieniewska T. // Pure Appl. Chem. 1985. Vol. 57. N 4. Р. 603–619.
  18. Sing K.S.W. // Pure Appl. Chem. 1982. Vol. 54. N 11. Р. 2201–2218.
  19. Thommes M., Kaneko K., Neimark A., Olivier J.P., Rodriguez-Reinoso F., Rouquerol J., Sing K.S.W. // Pure Appl. Chem. 2015. Vol. 87. N 9–10. Р. 1051–1069.
  20. Иониты в химической технологии / Под ред. Б.П. Никольского, П.Г. Романкова. Л.: Химия, 1982. 416 с.
  21. Белинская Ф.А., Милицина Э.А. // Успехи химии. 1980. Т. 59. Вып. 10. С. 1904–1936.
  22. Вольхин В.В., Егоров Ю.В., Белинская Ф.А., Бойчинова Е.С., Малофеева Г.И. // Неорганические сорбенты. Ионный обмен: Сб. работ / Под ред. М.М. Сенявина. М.: Наука, 1981. С. 25–44.
  23. Марков В.Ф., Маскаева Л.Н., Иванов П.Н. Гидрохимическое осаждение пленок сульфидов металлов: моделирование и эксперимент. Екатеринбург: УрО РАН, 2006. 217 с.
  24. Вольхин В.В., Львович Б.И. // Химия и технология неорганических сорбентов: Межвуз. сб. науч. тр. Пермь, 1976. С. 68–73.
  25. Белинская Ф.А. // Ионный обмен и ионометрия / Под ред. Б.П. Никольского. Л., 1988. Вып. 6. С. 17–42.
  26. Белинская Ф.А. // Академик Б.П. Никольский. Жизнь. Труды. Школа / Под ред. А.А. Белюстина, Ф.А. Белинской. СПб.: Изд-во СПб. ун-та, 2000. С. 179–195.
  27. Воронина А.В., Ноговицына Е.В., Семенищев В.С., Блинова М.О. Патент RU 2746194. 2021. // Б.И. 2021. № 2.
  28. Рыженьков А.П. Тонкослойные оксидномарганцевые покрытия: Дис. … к.х.н. Свердловск, 1981. 147 с.
  29. Денисова Т.А. Состояние протонсодержащих групп в сорбентах на основе оксигидратных, гетерополиметаллатных и цианоферратных фаз: Автореф. дис. … д.х.н. Екатеринбург: ИХТТ Уро РАН, 2009. 46 с.
  30. Перехожева Т.Н., Шарыгин Л.М., Малых Т.Г. // Радиохимия. 1982. T. 24. № 3. С. 295–298.
  31. Воронина А.В., Семенищев В.С. // Радиохимия. 2013. Т. 55. № 1. С. 61–64.
  32. Voronina A.V., Semenishchev V.S. // J. Radioanal. Nucl. Chem. 2016. Vol. 307. N 1. Р. 577–590.
  33. Егоров Ю.В., Любимов А.С. // Радиохимия. 1969. Т. 11. № 2. С. 215–221.
  34. Бетенеков Н.Д., Василевский В.А., Недобух Т.А., Егоров Ю.В. // Радиохимия. 1984. Т. 26. № 4. С. 432–439.
  35. Денисов Е.И., Бетенеков Н.Д. // Радиохимия. 2018. Т. 60. № 4. С. 332–339.
  36. Денисов Е.И., Бетенеков Н.Д., Шарыгин Л.М. // Радиохимия. 2016. Т. 58. № 1. С. 59–66.
  37. Воронина А.В., Блинова М.О., Куляева И.О., Санин П.Ю., Семенищев В.С., Афонин Ю.Д. // Радиохимия. 2015. Т. 57. № 5. С. 446–452.
  38. Blinova M.O., Glazunova Y.V., Voronina A.V. // AIP Conf. Proc. 2019. Vol. 2174. ID 020010.
  39. Voronina A.V. // Radiochemistry. 1995. Vol. 37. N 6. P. 538.
  40. Воронина А.В. Синтез, исследование свойств и определение областей применения тонкослойных неорганических сорбентов на основе нетканых фильтрующих материалов: Дис. … к.х.н. Екатеринбург, 1995. 137 с.
  41. Попов В.Е., Ильичева Н.С., Степина И.А., Маслова К.М. // Радиохимия. 2011. Т. 53. № 1. С. 86–90.
  42. Voronina A.V., Gorbunova T.V., Semenishchev V.S. // J. Radioanal. Nucl. Chem. 2017. Vol. 312. N 2. P. 241–254.
  43. Волков И.В., Поляков Е.В., Денисов Е.И., Иошин А.А. // Радиохимия. 2017. Т. 59. № 1. С. 63–70.
  44. Бетенеков Н.Д., Губанова А.Н., Егоров Ю.В., Попов В.И., Пузако В.Д., Черемухин Ю.Г., Царев Б.А. // Радиохимия. 1976. Т. 8. № 4. С. 622–627.
  45. Бетенеков Н.Д., Егоров Ю.В., Пузако В.Д., Лисиенко Д.Г. // Радиохимия. 1971. Т. 13. № 6. С. 821–836.
  46. Бетенеков Н.Д., Пузако В.Д., Егоров Ю.В. // Радиохимия. 1971. Т. 13. № 5. С. 755–757.
  47. Бетенеков Н.Д., Пузако В.Д., Егоров Ю.В. // Радиохимия. 1971. Т. 13. № 6. С. 925–926.
  48. Бетенеков Н.Д., Егоров Ю.В., Пузако В.Д. // Радиохимия. 1974. Т. 16. № 1. С. 20–26.
  49. Бетенеков Н.Д., Егоров Ю.В., Пузако В.Д. // Радиохимия. 1980. Т. 22. № 1. С. 30–37.
  50. Поляков Е.В. Реакции ионно-коллоидных форм микрокомпонентов и радионуклидов в водных растворах. Екатеринбург: УрО РАН, 2003. 279 с.
  51. Поляков Е.В., Бетенеков Н.Д., Егоров Ю.В. // Радиохимия. 1983. Т. 25. № 6. С. 753–758.
  52. Поляков Е.В., Егоров Ю.В., Панфилова Л.В. // Радиохимия. 1996. Т. 36. № 1. С. 29–32.
  53. Поляков Е.В., Егоров Ю.В., Ильвес Г.Н. // Радиохимия. 1999. Т. 41. № 4. С. 336–340.
  54. Поляков Е.В., Денисов Е.И., Волков И.В. // Радиохимия. 2021. Т. 63. № 6. С. 545–552.
  55. Волков И.В., Поляков Е.В. // Радиохимия. 2020. Т. 62. № 2. С. 93–113.
  56. Пан Л.С., Зильберман М.В., Вольхин В.В. // ЖПХ. 1986. Т. 59. № 4. С. 1866–1868.
  57. Зильберман М.В., Кузнецов В.Г., Вольхин В.В. // ЖНХ. 1974. Т. 19. № 7. С. 1838–1841.
  58. Вольхин В.В., Калинин Н.Ф., Зильберман М.В. // Неорганические ионообменники. Синтез, структура, свойства. Пермь, 1977. С. 32–36.
  59. Зильберман М.В., Вольхин В.В., Калинин Н.Ф. // Коллоид. журн. 1978. Т. 40. № 5. С. 982–985.
  60. Алесковский В.Б. Стехиометрия и синтез твердых соединений. Л.: Наука, 1976. 140 с.
  61. Clearfield A., Medina A.S. // J. Inorg. Nucl. Chem. 1973. Vol. 35. P. 2985–2992.
  62. Филина Л.П., Белинская Ф.А. // Вестн. С.-Петерб. ун-та. Сер. физ. хим. 1994. Вып. 2. С. 77–83.
  63. Воронина А.В., Орлов П.А. // Радиохимия. 2021. Т. 63. № 1. С. 42–53.
  64. Voronina A.V., Semenischev V.S., Nogovitsyna E.V., Betenekov N.D. // J. Radioanal. Nucl. Chem. 2013. Vol. 298. P. 67–75.
  65. Orlov P.A., Voronina A.V., Blinova M.O., Yakovlev G.A., Semenishchev V.S. // AIP Conf. Proc. 2017. Vol. 1886. ID 020058.
  66. Ноговицына Е.В. Получение и свойства поверхностно-модифицированных сорбентов для извлечения цезия. Дис. … к.х.н. Екатеринбург, 2011. 169 с.
  67. Тананаев И.В., Сейфер Г.Б., Харитонов Ю.Я., Кузнецов В.Г., Корольков А.П. Химия ферроцианидов. М.: Наука, 1971. 320 с.
  68. Лурье Ю.Ю. Справочник по аналитической химии. М.: Химия, 1979. 5-е изд. 480 с.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. Strontium sorption isotherms from tap water, pH 7.8 ± 0.1, phase contact time 1 week: a - GDT (1) and NKF-GDT (2) [32]; b - MD-Cl.

Download (120KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. Isotherm of uranium sorption by TG-TAC sorbent from seawater, pH 8.2 [34].

Download (118KB)
Indexing metadata
4. Fig. 3. Isotherms of sorption from tap water, pH = 7.8 ± 0.1: a - caesium by sorbents Cl (1) and NKF-Cl (2) according to [37]; b - strontium by sorbents Cl (1) and NKF-Cl (2) according to [38]; c - strontium by sorbent TG-Cl [39]; d - strontium by TF-NTFM [40].

Download (499KB)
Indexing metadata
5. Fig. 4. Isotherms of 207Bi sorption from thermal waters of the Cheleken Peninsula by cellulose-based thin-layer copper sulfide as a function of pH when 207Bi label was introduced from nitric acid solution [50].

Download (149KB)
Indexing metadata
6. Fig. 5. Isotherms of caesium sorption from tap water by NKF-Kl sorbent (calcium form). pH 7.4 ± 0.1, phase contact time 1 week.

Download (120KB)
Indexing metadata
7. Fig. 6. Isotherms of caesium sorption from tap water by sorbents: a - NKF-GDT (1 - experimental curve, 2 - theoretical) [64]; b - Gl (1) and NKF-Gl (2), according to [37]. pH 7.8 ± 0.1, contact time of phases 1 week.

Download (363KB)
Indexing metadata
8. Fig. 7. Sorption of strontium by NKF-Gl (a), NKF-Kl (b) sorbents from seawater, pH 8.0 ± 0.1.

Download (308KB)
Indexing metadata
9. Fig. 8. Dependence of 90Sr state forms in seawater on pH.

Download (237KB)
Indexing metadata
10. Fig. 9. Solubility curves of strontium sulfate (a) and strontium carbonate (b) taking into account complexation (K), formation of hydroxocomplexes (G), total complexes and hydroxocomplexes (G+K) and without taking into account complexation (without KO).

Download (534KB)
Indexing metadata
11. Fig. 10. Dependence of the proportion of precipitated strontium sulfate and carbonate on the pH of seawater and strontium concentration in solution: a - natural strontium content in seawater 0.003 mg/l, b - strontium concentration 100 mg/l, c - strontium concentration 1000 mg/l.

Download (622KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2024 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».