Пересмотренная кинетическая модель псевдовторого порядка для адсорбции, чувствительная к изменениям концентраций адсорбата и адсорбента

Разработка новых адсорбционных материалов для удаления токсичных загрязнителей из питьевой воды имеет решающее значение для достижения цели 6 в области устойчивого развития Организации Объединённых Наций — обеспечения чистой воды и санитарии. Характеристика таких материалов включает подбор моделей кинетики адсорбции по экспериментальным данным; наиболее часто используют модель псевдовторого порядка (PSO). Однако модель PSO нечувствительна к таким параметрам, как концентрации адсорбата и адсорбента, и поэтому не позволяет прогнозировать изменение эффективности в зависимости от условий процесса. Кроме того, зависимость константы скорости PSO k₂ от условий эксперимента может приводить к ошибочным выводам при сопоставлении результатов разных исследований. В настоящей работе проанализированы 103 кинетических эксперимента из 47 литературных источников, на основании чего разработана относительно простая модификация уравнения скорости PSO. В отличие от исходной модели PSO, пересмотренное уравнение скорости (rPSO) учитывает наблюдаемые эмпирически зависимости первого и нулевого порядка от концентраций адсорбата и адсорбента соответственно. При использовании одной константы скорости для моделирования нескольких экспериментов по адсорбции с различными начальными условиями новая модель снижала сумму квадратов остатков на 66%. Кроме того, показано, что константа скорости rPSO k′₂ лучше подходит для сопоставления результатов различных исследований: она демонстрирует более высокую скорость адсорбции мышьяка на оксиде алюминия по сравнению с оксидами железа. Пересмотренное уравнение скорости может найти применение в инженерных исследованиях, особенно поскольку константа скорости rPSO k′₂, в отличие от константы скорости PSO, не демонстрирует контринтуитивной обратной зависимости между скоростью реакции и увеличением концентрации адсорбата.