Термодинаміка іонного обміну катіонів Ca2+ та Sr2+ на Na-формі природного кліноптилоліту
The adsorption and direct calorimetric studies of the binary exchange of Ca2+ and Sr2+ cations on the Na-form of low-silica type natural clinoptilolite (Sokyrnytsya, Ukraine) were performed. The ion exchange of Ca2+ and Sr2+ cations on the Na-form of natural clinoptilolite was studied under static c...
Збережено в:
| Дата: | 2023 |
|---|---|
| Автори: | , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Українська |
| Опубліковано: |
Chuiko Institute of Surface Chemistry National Academy of Sciences of Ukraine
2023
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://www.cpts.com.ua/index.php/cpts/article/view/685 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Chemistry, Physics and Technology of Surface |
Репозитарії
Chemistry, Physics and Technology of Surface| _version_ | 1856543949718552576 |
|---|---|
| author | Krysenko, D. A. Таrasevich, Yu. A. Demchenko, V. Ya. |
| author_facet | Krysenko, D. A. Таrasevich, Yu. A. Demchenko, V. Ya. |
| author_sort | Krysenko, D. A. |
| baseUrl_str | |
| collection | OJS |
| datestamp_date | 2023-09-13T11:17:44Z |
| description | The adsorption and direct calorimetric studies of the binary exchange of Ca2+ and Sr2+ cations on the Na-form of low-silica type natural clinoptilolite (Sokyrnytsya, Ukraine) were performed. The ion exchange of Ca2+ and Sr2+ cations on the Na-form of natural clinoptilolite was studied under static conditions at a solid to liquid phase ratio of 1 : 100 and a constant ionic strength of the solution of 0.1. The integral heats of ion exchange for these systems were measured using a highly sensitive Tian-Calve microcalorimeter in a special lab-made cell. Also, the ion exchange isotherms and Kielland curves were plotted, and the corrected selectivity coefficients and ion exchange constants were calculated. Changes in the integrated Gibbs free energies, enthalpies, and entropies of the ion exchange of Ca2+ and Sr2+ cations on the Na-form of clinoptilolite were calculated in entire range of the substitutions of the exchange complex. The thermodynamic parameters of incomplete ion exchange were analyzed in terms of the crystal structure of the zeolite. In addition, the state of exchangeable cations in the channels of clinoptilolite was described in detail. It is shown that structural heterogeneities of cation-substituted forms of clinoptilolite are clearly reflected in the dependence of thermodynamic functions on the degree of exchange, and significant differences are observed between the exchange of Ca2+ and Sr2+ cations that could not be described by standard thermodynamic values. Although the isotherms of ion exchange have a convex shape, the Na-form of clinoptilolite does not show any thermodynamic affinity to Ca2+ cations. This ion exchange reaction is accompanied by positive enthalpy changes in all range of substitutions of the exchange complex. At the same time, thermodynamic selectivity toward Sr2+ cations was observed for 40 % of the zeolite exchange centers, and the exchange is accompanied by minor exothermic effects in the range of small substitutions, and the ion exchange isotherm has ?-like form. In general, the thermodynamic affinity of the Na-form of clinoptilolite to the studied metal ions under conditions of incomplete exchange is ordered as following hydration energy trends in the case of the lyotropic properties among alkaline earth metals. Thus, the experimental thermodynamic characteristics of ion exchange equilibria could be a reliable support for the practical using of natural clinoptilolite. |
| first_indexed | 2025-07-22T19:35:01Z |
| format | Article |
| id | oai:ojs.pkp.sfu.ca:article-685 |
| institution | Chemistry, Physics and Technology of Surface |
| language | Ukrainian |
| last_indexed | 2025-12-17T12:08:34Z |
| publishDate | 2023 |
| publisher | Chuiko Institute of Surface Chemistry National Academy of Sciences of Ukraine |
| record_format | ojs |
| spelling | oai:ojs.pkp.sfu.ca:article-6852023-09-13T11:17:44Z Thermodynamics of the ion exchange of Ca2+ and Sr2+ cations on Na-form of natural clinoptilolite Термодинаміка іонного обміну катіонів Ca2+ та Sr2+ на Na-формі природного кліноптилоліту Krysenko, D. A. Таrasevich, Yu. A. Demchenko, V. Ya. clinoptilolite zeolite calorimetry ion exchange complex selectivity thermodynamic constants incomplete ion exchange кліноптилоліт цеоліт калориметрія обмінний комплекс селективність термодинамічні константи неповний іонний обмін The adsorption and direct calorimetric studies of the binary exchange of Ca2+ and Sr2+ cations on the Na-form of low-silica type natural clinoptilolite (Sokyrnytsya, Ukraine) were performed. The ion exchange of Ca2+ and Sr2+ cations on the Na-form of natural clinoptilolite was studied under static conditions at a solid to liquid phase ratio of 1 : 100 and a constant ionic strength of the solution of 0.1. The integral heats of ion exchange for these systems were measured using a highly sensitive Tian-Calve microcalorimeter in a special lab-made cell. Also, the ion exchange isotherms and Kielland curves were plotted, and the corrected selectivity coefficients and ion exchange constants were calculated. Changes in the integrated Gibbs free energies, enthalpies, and entropies of the ion exchange of Ca2+ and Sr2+ cations on the Na-form of clinoptilolite were calculated in entire range of the substitutions of the exchange complex. The thermodynamic parameters of incomplete ion exchange were analyzed in terms of the crystal structure of the zeolite. In addition, the state of exchangeable cations in the channels of clinoptilolite was described in detail. It is shown that structural heterogeneities of cation-substituted forms of clinoptilolite are clearly reflected in the dependence of thermodynamic functions on the degree of exchange, and significant differences are observed between the exchange of Ca2+ and Sr2+ cations that could not be described by standard thermodynamic values. Although the isotherms of ion exchange have a convex shape, the Na-form of clinoptilolite does not show any thermodynamic affinity to Ca2+ cations. This ion exchange reaction is accompanied by positive enthalpy changes in all range of substitutions of the exchange complex. At the same time, thermodynamic selectivity toward Sr2+ cations was observed for 40 % of the zeolite exchange centers, and the exchange is accompanied by minor exothermic effects in the range of small substitutions, and the ion exchange isotherm has ?-like form. In general, the thermodynamic affinity of the Na-form of clinoptilolite to the studied metal ions under conditions of incomplete exchange is ordered as following hydration energy trends in the case of the lyotropic properties among alkaline earth metals. Thus, the experimental thermodynamic characteristics of ion exchange equilibria could be a reliable support for the practical using of natural clinoptilolite. Проведено комплексні сорбційні та прямі калориметричні дослідження бінарного обміну катіонів Ca2+ та Sr2+ на Na-формі низькокремнієвого кліноптилоліту Сокирницького родовища (Закарпаття, Україна). Іонний обмін вивчався в статичних умовах при співвідношенні твердої до рідкої фаз 1 : 100 та сталій іонній силі рівноважного розчину 0.1. Інтегральні теплоти іонного обміну для систем були виміряні за допомогою високочутливого мікрокалориметра Тіана-Кальве у спеціальній комірці. Для досліджених іонообмінних систем побудовано ізотерми іонного обміну та залежності Кіланда, розраховано виправлені коефіцієнти селективності та константи іонного обміну. Одержано зміни інтегральних вільних енергій Гіббса, ентальпій та ентропій іонного обміну катіонів Ca2+ та Sr2+ на Na-формі кліноптилоліту для усіх значень діапазону заміщень обмінного комплекса. Термодинамічні параметри неповного іонного обміну проаналізовані з точки зору кристалічної будови цеоліту та стану обмінних катіонів в його каналах. Показано, що структурні неоднорідності катіонзаміщених форм кліноптилоліту, чітко відображуються на ході залежностей термодинамічних функцій від ступеня обміну, а між обміном катіонів Ca2+ та Sr2+ спостерігаються суттєві відмінності, які не можуть бути описані стандартними термодинамічними значеннями. Встановлено, що незважаючи на опуклу форму ізотерми, Na-форма кліноптилоліту взагалі не проявляє термодинамічної спорідненості до катіонів Ca2+ та їхній обмін супроводжується позитивними змінами ентальпії в усьому діапазоні заміщень обмінного комплекса. В той же час 40% обмінних центрів цеоліту термодинамічно селективні до катіонів Sr2+і в області малих заміщень обмін супроводжується незначними екзотермічними ефектами, а ізотерма іонного обміну має ?-подібний вид. Загалом, за умов неповного обміну термодинамічна спорідненість Na-форми кліноптилоліта до досліджених іонів металів розташована в порядку зміни їхніх ліотропних властивостей серед катіонів лужноземельних елементів. Таким чином, експериментальні термодинамічні характеристики іоннообмінних рівноваг є надійною основою для практичного застосування природного кліноптилоліту. Chuiko Institute of Surface Chemistry National Academy of Sciences of Ukraine 2023-08-27 Article Article application/pdf https://www.cpts.com.ua/index.php/cpts/article/view/685 10.15407/hftp14.03.358 Chemistry, Physics and Technology of Surface; Vol. 14 No. 3 (2023): Chemistry, Physics and Technology of Surface / Himia, Fizika ta Tehnologia Poverhni; 358-371 Химия, физика и технология поверхности; Том 14 № 3 (2023): Chemistry, Physics and Technology of Surface / Himia, Fizika ta Tehnologia Poverhni; 358-371 Хімія, фізика та технологія поверхні; Том 14 № 3 (2023): Хімія, фізика та технологія поверхні; 358-371 2518-1238 2079-1704 10.15407/hftp14.03 uk https://www.cpts.com.ua/index.php/cpts/article/view/685/701 Copyright (c) 2023 D. A. Krysenko, Yu. A. Таrasevich, V. Ya. Demchenko |
| spellingShingle | кліноптилоліт цеоліт калориметрія обмінний комплекс селективність термодинамічні константи неповний іонний обмін Krysenko, D. A. Таrasevich, Yu. A. Demchenko, V. Ya. Термодинаміка іонного обміну катіонів Ca2+ та Sr2+ на Na-формі природного кліноптилоліту |
| title | Термодинаміка іонного обміну катіонів Ca2+ та Sr2+ на Na-формі природного кліноптилоліту |
| title_alt | Thermodynamics of the ion exchange of Ca2+ and Sr2+ cations on Na-form of natural clinoptilolite |
| title_full | Термодинаміка іонного обміну катіонів Ca2+ та Sr2+ на Na-формі природного кліноптилоліту |
| title_fullStr | Термодинаміка іонного обміну катіонів Ca2+ та Sr2+ на Na-формі природного кліноптилоліту |
| title_full_unstemmed | Термодинаміка іонного обміну катіонів Ca2+ та Sr2+ на Na-формі природного кліноптилоліту |
| title_short | Термодинаміка іонного обміну катіонів Ca2+ та Sr2+ на Na-формі природного кліноптилоліту |
| title_sort | термодинаміка іонного обміну катіонів ca2+ та sr2+ на na-формі природного кліноптилоліту |
| topic | кліноптилоліт цеоліт калориметрія обмінний комплекс селективність термодинамічні константи неповний іонний обмін |
| topic_facet | clinoptilolite zeolite calorimetry ion exchange complex selectivity thermodynamic constants incomplete ion exchange кліноптилоліт цеоліт калориметрія обмінний комплекс селективність термодинамічні константи неповний іонний обмін |
| url | https://www.cpts.com.ua/index.php/cpts/article/view/685 |
| work_keys_str_mv | AT krysenkoda thermodynamicsoftheionexchangeofca2andsr2cationsonnaformofnaturalclinoptilolite AT tarasevichyua thermodynamicsoftheionexchangeofca2andsr2cationsonnaformofnaturalclinoptilolite AT demchenkovya thermodynamicsoftheionexchangeofca2andsr2cationsonnaformofnaturalclinoptilolite AT krysenkoda termodinamíkaíonnogoobmínukatíonívca2tasr2nanaformíprirodnogoklínoptilolítu AT tarasevichyua termodinamíkaíonnogoobmínukatíonívca2tasr2nanaformíprirodnogoklínoptilolítu AT demchenkovya termodinamíkaíonnogoobmínukatíonívca2tasr2nanaformíprirodnogoklínoptilolítu |