Effect of Ionic Strength and Ion Pair Formation on the Adsorption of Nickel by Kaolinite

Abstract

Adsorption of Ni(II) by Ca- and Na-saturated kaolinites was studied in equilibrating solutions with total Ni concentrations ranging from 118 to 946 μg/liter. Background electrolytes used in these experiments were 0.005,0.01,0.025, and 0.5 M Ca(N0₃)₂,0.002 and 0.005 M CaSO₄, 0.01 and 0.1 M NaNO₃, and 0.005 and 0.05 M Na₂SO₄, Ion speciation in equilibrium solutions was calculated by the computer program GEOCHEM. Computed Ni²⁺ concentrations and activities at equilibrium were correlated with total Ni adsorbed by kaolinite. Increasing ionic strength resulted in decreasing Ni adsorption. Adsorption of Ni was greater from solutions when NO₃ was the dominant anion. Based on adsorption data in SO₄ medium, the standard free energy of adsorption of Ni²⁺ ion on kaolinite was computed to be —27 kJ/mole.

Резюме

Изучалась адсорбция Ni(II) каолинитами, насыщенными Са и Na, в равновесных растворах с общими концентрациями Ni, изменяющимися от 118 до 946 /иг/литр. Дополнительными электролитами, используемыми в этих экспериментах были 0,005, 0,01, 0,025; и 0,5 М Са(NO3)2; 0,002 и 0,005 М СаSO4; 0,01 и 0,1 М NaNO3; и 0,005 и 0,05 М NaSO4. Образование ионов в равновесных растворах определялось с помощью компьютерной программы ГЕОХИМ. Подсчитанные концентрации и активности Ni2+ при равновесии коррелировались с общим количеством Ni, адсорбированным каолинитом. Увеличивающаяся ионная сила вызвала уменьшение адсорбции Ni. Адсорбция Ni из растворов была больше, когда NO3 бул главным анионом. На основании данных адсорбции в среде SO4, была вычислена стандартная свободная энергия адсорбции иона Ni2+ каолинитом, равная −27 кДж/моль.

Resümee

Die Adsorption von Ni²⁺ durch Ca- und Na-gesättigte Kaolinite wurde in Lösungen nahe dem Gleichgewicht untersucht, die Gesamt-Ni-Konzentrationen im Bereich von 118 bis 946 μ.g/liter hatten. Als Hilfselektrolyte wurden in diesen Experimenten verwendet: 0,005, 0,01, 0,025, und 0,5 M Ca(NO₃)₂, 0,002 und 0,005 M CaSO₄, 0,01 und 0,1 M NaNO₃ sowie 0,005 und 0,05 M Na₂SO₄. Die Verteilung der Ionenarten in den Gleichgewichtslösungen wurde mit dem Computerprogramm GEOCHEM berechnet. Die berechneten Ni²⁺-Konzentrationen und -Aktivitäten bei Gleichgewicht wurden mit dem Gesamt-Ni, das durch Kaolinit adsorbiert war, korreliert. Eine zunehmende Ionenstärke bewirkt eine abnehmende Ni-Adsorption. Die Ni-Adsorption aus den Lösungen war größer, wenn NO₃⁻ das vorherrschende Anion war. Aufgrund der Adsorptionsdaten bei SO₄²⁻-Medium wurde die Freie Energie der Ni²⁺-Adsorption an Kaolinit mit —27 kj/mol berechnet.

Résumé

L’adsorption de Ni(II) par des kaolinites saturées de Ca et Na a été étudiée dans des solutions équilibrantes avec des concentrations totales de Ni s’étendant de 118 à 946 μg/litre. Des électrolytes de fond utilisées dans ces expériences étaient 0,005, 0,01, 0,025, et 0,5 M Ca(N0₃)₂; 0,002 et 0,005 M CaSO₄; 0,01 et 0,1 M NaNO₃; et 0,005 et 0,05 M Na₂SO₄. La spéciation d’ions dans les solutions d’équilibre a été calculée par le programme d’ordinateur GEOCHEM. Les concentrations et activités de Ni²⁺ calculées à l’équilibre ont été apparentées à Ni total adsorbé par la kaolinite. La force ionique croissante a résulté en une adsorption décroissante de Ni. Lorsque NO₃ était l’anion dominant dans les solutions, l’adsorption de Ni était la plus élevée. En se basant sur les données d’adsorption dans un milieu SO₄, on a calculé que l’énergie libre standard d’adsorption de l’ion Ni²⁺ sur la kaolinite était —27 kJ/mole.