Kinetic modeling of heavy metal sorption by vinyl pyridine based copolymer

Abstract

Commercial macroporous poly(4-vinylpyridine-co-divinylbenzene) [P4VPD], known as Reillex-425, was characterized by mercury porosimetry, nitrogen physisorption, Fourier transformed infrared (FTIR) spectroscopy and elemental analysis. Sorption rates of P4VPD for Cu(II), Co(II) and Cr(VI) ions were determined in static non-competitive experiments, at room temperature (298 K). Rapid sorption was observed, especially for Co(II), with half time, t1/2, of 1.5 min and high experimental maximal capacity, Qmax, of 3.08 mmol g-1. Four kinetic models (pseudo-first and pseudo-second order model, intraparticle diffusion and Boyd model) were used for analyzing metal sorption by P4VPD. Metal ions sorption is well represented by the pseudo-second-order model, with definite influence of pore and film diffusion on sorption rates.

Komercijalni makropozni poli(4-vinilpiridin-co-divinilbenzen) [P4VPD], Reillex- 425, bez dodatne funkcionalizacije korišćen je za ispitivanje mogućnosti sorpcije teških metala iz vodenih rastvora. Na taj način su izbegnuti neki problemi do kojih može doći prilikom uvođenja funkcionalnih grupa selektivnih za određene jone metala u polimerne sorbente, kao što su nepoželjne sporedne reakcije i promena porozne strukture. P4VPD je okarakterisan živinom porozimetrijom, određivanjem adsorpciono-desorpcionih niskotemperaturnih izotermi azota, infracrvenom spektroskopijom (FTIR) i elementalnom analizom. U statičkim eksperimentima su određene brzine sorpcije Cu(II), Co(II) i Cr(VI) jona pomoću P4VPD pri nekompetitivnim uslovima i pri sobnoj temperaturi (298 K). Zapažena je brza sorpcija ispitivanih jona, naročito u slučaju Co(II), pri čemu su zapažene vrednosti poluvremena sorpcije, t1/2, od 1,5 min i visoka vrednost maksimalnog kapaciteta sorpcije, Qmax, od 3,08 mmol g-1 (181 mg g-1). Prilikom analiziranja sorpcije ispitivanih metala pomoću P4VPD korišćena su četiri kinetička modela (model pseudo-prvog i pseudo-drugog reda, model difuzije unutar čestica i Bojdov model). Pokazalo se da sorpciju jona metala najbolje opisuje model pseudo-drugog reda, pošto je za ovaj model dobijeno odlično slaganje eksperimentalnih i teorijskih vrednosti kapaciteta sorpcije, kao i vrednosti R2 ≥ 0,99. Analiza eksperimentalnih rezultata pomoću modela difuzije unutar čestica pokazala je da difuzija kroz pore nije jedini stupanj koji određuje brzinu sorpcije i ukazala na delimičan uticaj graničnog sloja na sorpciju teških metala pomoću poroznog kopolimera.