Адсорбція індигокарміну з розчину нанорозмірним титан діоксидом

У роботі досліджено фізико-хімічні властивості титан діоксиду як адсорбенту барвника індигокарміну з водних розчинів. Вихідний зразок охарактеризовано методами СЕМ та XRD спектроскопії.Виявлено, що розмір частинок титан діоксиду є меншим за 150 нм, частинки схильні до утворення агрегатів, а середній розмір частинок адсорбенту, за даними рентгенівської дифракції, становить 44,20 нм. Показано, що протягом перших 5 хвилин від початку контакту адсорбат – адсорбент адсорбційна ємність становить 0,3 мг/г, а максимальної величини 1,25 мг/г досягає протягом 90 хвилин. Характер кінетичної кривої вказує на те, що адсорбційна рівновага настає протягом перших 30–40 хвилин від початку контакту між молекулами барвника й адсорбенту. Подальше збільшення часу контакту розчину з адсорбентом не сприяє зростанню величини адсорбції. Встановлено, що ймовірним механізмом адсорбції є міжмолекулярна взаємодія на межі поділу адсорбат – адсорбент завдяки силам Ван-дер-Ваальса та водневим зв’язкам між молекулами індигокарміну та поверхневими групами титан діоксиду. Такий механізм взаємодії на межі поділу є безпосереднім наслідком, що випливає з кінетичної моделі псевдодругого порядку з початковою швидкістю адсорбції 0,082 мг/г·хв. Показано, що адсорбційна ємність поверхні титан діоксиду становить 1,25 мг/г. Характер кривої нагадує ізотерми Ленгмюра (тип L5), що має максимум, згідно із класифікацією Гільса. Такий тип ізотерм вказує на мономолекулярну адсорбцію на межі поділу фаз, де молекули барвника проходять процеси асоціації в розчині.Визначено, що ізотерма адсорбції індигокарміну задовільно описується моделлю Ленгмюра, порівняно з іншими моделями, що можна побачити з величини коефіцієнта кореляції (R2 = 0,623), тобто адсорбція молекул барвника відбувається на гомогенних (однорідних) центрах поверхні титан діоксиду, де всі активні центри є енергетично однорідними, на поверхні може утворюватися лише мономолекулярний шар адсорбату. Розрахована енергія адсорбції за рівнянням Дубініна – Радушкевича для поверхні адсорбенту не перевищує 2 кДж/моль, що вказує на фізичну адсорбцію молекул індигокарміну на поверхні титан діоксиду, а розрахунок вільної енергії Гіббса процесу адсорбції дозволяє стверджувати, що адсорбція за даної температури є несамочинним нерівноважним процесом.