Дослідження структури та особливостей сорбції іонів кобальту та урану нанокомпозитами на основі монтморилоніту і тетраетоксисилану

Автор(и)

  • Dmytro Doroshenko Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського» пр. Перемоги, 37, м. Київ, Україна, 03056, Україна https://orcid.org/0000-0002-1024-2279
  • Igor Pylypenko Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського» пр. Перемоги, 37, м. Київ, Україна, 03056, Україна https://orcid.org/0000-0002-0236-7266
  • Iryna Kovalchuk Інститут сорбції та проблем ендоекології НАН України вул. Генерала Наумова, 13, м. Київ, Україна, 03164, Україна https://orcid.org/0000-0002-5687-5530
  • Borys Kornilovych Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського» пр. Перемоги, 37, м. Київ, Україна, 03056, Україна https://orcid.org/0000-0002-6393-6880
  • Larysa Spasonova Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського» пр. Перемоги, 37, м. Київ, Україна, 03056, Україна https://orcid.org/0000-0002-7562-7241

DOI:

https://doi.org/10.15587/1729-4061.2018.144553

Ключові слова:

порувата структура, безтемплатний синтез, алюмосилікатні адсорбенти, модифікація структури, адсорбція кобальту, адсорбція урану

Анотація

Досліджено структуру та адсорбційні характеристики нанокомпозитів на основі кремнезему та монтморилоніту. Тетраетоксисилан був використаний в якості джерела кремнезему. Порувата структура досліджувалась методом низькотемпературної адсорбції азоту.

За результатами досліджень встановлено, що незначна кількість кремнезему в зразках нанокомпозитів (14 % SiO2) сприяє утворенню матеріалу з більшою питомою поверхнею і більшою кількістю мезо- та макропор у порівнянні з вихідним монтморилонітом. Це, в свою чергу, приводить до кращої дифузії іонів різної природи в структуру нанокомпозиту. Збільшення вмісту кремнезему (до 57 % SiO2) дозволяє отримати мікропористі зразки з великою питомою поверхнею.

Визначено, що збільшення вмісту монтморилоніту в досліджуваних зразках сприяє покращенню адсорбційних властивостей нанокомпозитів по відношенню до вилучення іонів кобальту (ІІ) з водного середовища. При оптимальному вмісті кремнезему (3-14 % SiO2) експериментальні зразки зберігають високі значення граничної адсорбції кобальту (14 мг/г), як і вихідний монтморилоніт. Також встановлено, що збільшення концентрації кремнезему в зразках сприяє зростанню ефективності вилучення іонів урану (VI) з водного середовища (від 12 мг/г у вихідного монтморилоніту до 25 мг/г для нанокомпозитів з вмістом кремнезему 57 %). По-перше, це пов’язане зі збільшенням питомої поверхні зразків, а по-друге – підвищенням кількості поверхневих гідроксильних груп, які більш селективно вилучають уран з розчинів. Таким чином, підбір хімічного складу нанокомпозитів на основі силікагелю та монтморилоніту дає змогу регулювати порувату структур та хімію поверхні, а отже і збільшити ефективність сорбенту в залежності від поставленої задачі

Біографії авторів

Dmytro Doroshenko, Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського» пр. Перемоги, 37, м. Київ, Україна, 03056

Аспірант

Кафедра хімічної технології кераміки та скла

Igor Pylypenko, Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського» пр. Перемоги, 37, м. Київ, Україна, 03056

Кандидат хімічних наук, асистент

Кафедра хімічної технології кераміки та скла

Iryna Kovalchuk, Інститут сорбції та проблем ендоекології НАН України вул. Генерала Наумова, 13, м. Київ, Україна, 03164

Кандидат хімічних наук, старший дослідник

Відділ екологічної хімії

Borys Kornilovych, Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського» пр. Перемоги, 37, м. Київ, Україна, 03056

Доктор хімічних наук, професор, завідувач кафедри, член-кореспондент НАН України

Кафедра хімічної технології кераміки та скла

Larysa Spasonova, Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського» пр. Перемоги, 37, м. Київ, Україна, 03056

Кандидат хімічних наук, доцент

Кафедра хімічної технології кераміки та скла

Посилання

  1. Merkel, B. J., Hasche-Berger, A. (Eds.) (2006). Uranium in the Environment: Mining Impact and Consequences. Freiberg. Taylor & Francis, 897. doi: https://doi.org/10.1007/3-540-28367-6
  2. Atwood, D. A. (2013). Radionuclides in the Environment. Chichester: John Wiley & Sons, 560.
  3. Tournassat, C., Tinnacher, R. M., Grangeon, S., Davis, J. A. (2018). Modeling uranium(VI) adsorption onto montmorillonite under varying carbonate concentrations: A surface complexation model accounting for the spillover effect on surface potential. Geochimica et Cosmochimica Acta, 220, 291–308. doi: https://doi.org/10.1016/j.gca.2017.09.049
  4. Hu, W., Lu, S., Song, W., Chen, T., Hayat, T., Alsaedi, N. S. et. al. (2018). Competitive adsorption of U(VI) and Co(II) on montmorillonite: A batch and spectroscopic approach. Applied Clay Science, 157, 121–129. doi: https://doi.org/10.1016/j.clay.2018.02.030
  5. Wang, Y., Zheng, Z., Zhao, Y., Huang, J., Zhang, Z., Cao, X. et. al. (2018). Adsorption of U(VI) on montmorillonite pillared with hydroxy-aluminum. Journal of Radioanalytical and Nuclear Chemistry, 317 (1), 69–80. doi: https://doi.org/10.1007/s10967-018-5913-2
  6. Zhu, R., Chen, Q., Zhou, Q., Xi, Y., Zhu, J., He, H. (2016). Adsorbents based on montmorillonite for contaminant removal from water: A review. Applied Clay Science, 123, 239–258. doi: https://doi.org/10.1016/j.clay.2015.12.024
  7. Eliche-Quesada, D., Azevedo-Da Cunha, R., Corpas-Iglesias, F. A. (2015). Effect of sludge from oil refining industry or sludge from pomace oil extraction industry addition to clay ceramics. Applied Clay Science, 114, 202–211. doi: https://doi.org/10.1016/j.clay.2015.06.009
  8. Jaeckels, N., Tenzer, S., Meier, M., Will, F., Dietrich, H., Decker, H., Fronk, P. (2017). Influence of bentonite fining on protein composition in wine. LWT, 75, 335–343. doi: https://doi.org/10.1016/j.lwt.2016.08.062
  9. Tiruneh, A. T., Debessai, T. Y., Bwembya, G. C. et. al. (2018). Combined clay adsorption-coagulation process for the removal of some heavy metals from water and wastewater. American Journal of Environmental Engineering, 8 (2), 25–35.
  10. He, R., Wang, Z., Tan, L., Zhong, Y., Li, W., Xing, D. et. al. (2018). Design and fabrication of highly ordered ion imprinted SBA-15 and MCM-41 mesoporous organosilicas for efficient removal of Ni2+ from different properties of wastewaters. Microporous and Mesoporous Materials, 257, 212–221. doi: https://doi.org/10.1016/j.micromeso.2017.08.007
  11. Aguiar, J. E., Cecilia, J. A., Tavares, P. A. S., Azevedo, D. C. S., Castellón, E. R., Lucena, S. M. P., Silva, I. J. (2017). Adsorption study of reactive dyes onto porous clay heterostructures. Applied Clay Science, 135, 35–44. doi: https://doi.org/10.1016/j.clay.2016.09.001
  12. Cecilia, J. A., García-Sancho, C., Vilarrasa-García, E., Jiménez-Jiménez, J., Rodriguez-Castellón, E. (2018). Synthesis, Characterization, Uses and Applications of Porous Clays Heterostructures: A Review. The Chemical Record, 18 (7-8), 1085–1104. doi: https://doi.org/10.1002/tcr.201700107
  13. Sadek, O. M., Reda, S. M., Al-Bilali, R. K. (2013). Preparation and Characterization of Silica and Clay-Silica Core-Shell Nanoparticles Using Sol-Gel Method. Advances in Nanoparticles, 02 (02), 165–175. doi: https://doi.org/10.4236/anp.2013.22025
  14. Abou Khalil, T., Ben Chaabene, S., Boujday, S., Blanchard, J., Bergaoui, L. (2015). A new method for elaborating mesoporous SiO2/montmorillonite composite materials. Journal of Sol-Gel Science and Technology, 75 (2), 436–446. doi: https://doi.org/10.1007/s10971-015-3716-2
  15. Shu, Z., Li, T., Zhou, J., Chen, Y., Yu, D., Wang, Y. (2014). Template-free preparation of mesoporous silica and alumina from natural kaolinite and their application in methylene blue adsorption. Applied Clay Science, 102, 33–40. doi: https://doi.org/10.1016/j.clay.2014.10.006
  16. Li, T., Shu, Z., Zhou, J., Chen, Y., Yu, D., Yuan, X., Wang, Y. (2015). Template-free synthesis of kaolin-based mesoporous silica with improved specific surface area by a novel approach. Applied Clay Science, 107, 182–187. doi: https://doi.org/10.1016/j.clay.2015.01.022
  17. Doroshenko, D., Pylypenko, I., Kornilovych, B., Subbota, I. (2018). Preparation of porous silica nanocomposites from montmorillonite using sol-gel approach. Technology Audit and Production Reserves, 4 (3 (42)), 4–9. doi: https://doi.org/10.15587/2312-8372.2018.140355
  18. Rouquerol, J., Rouquerol, F., Llewellyn, P. et. al. (2014). Adsorption by powders and porous solids principles, methodology and applications. Elsevier, 646. doi: https://doi.org/10.1016/c2010-0-66232-8
  19. Rios, X., Moriones, P., Echeverría, J. C., Luquín, A., Laguna, M., Garrido, J. J. (2011). Characterisation of hybrid xerogels synthesised in acid media using methyltriethoxysilane (MTEOS) and tetraethoxysilane (TEOS) as precursors. Adsorption, 17 (3), 583–593. doi: https://doi.org/10.1007/s10450-011-9331-9
  20. Li, X. L., Chen, C. L., Chang, P. P., Yu, S. M., Wu, W. S., Wang, X. K. (2009). Comparative studies of cobalt sorption and desorption on bentonite, alumina and silica: effect of pH and fulvic acid. Desalination, 244 (1-3), 283–292. doi: https://doi.org/10.1016/j.desal.2008.04.045
  21. Li, S., Wang, X., Huang, Z., Du, L., Tan, Z., Fu, Y., Wang, X. (2015). Sorption and desorption of uranium(VI) on GMZ bentonite: effect of pH, ionic strength, foreign ions and humic substances. Journal of Radioanalytical and Nuclear Chemistry, 308 (3), 877–886. doi: https://doi.org/10.1007/s10967-015-4513-7
  22. Liu, G., Mei, H., Zhu, H., Fang, M., Alharbi, N. S., Hayat, T. et. al. (2017). Investigation of U(VI) sorption on silica aerogels: Effects of specific surface area, pH and coexistent electrolyte ions. Journal of Molecular Liquids, 246, 140–148. doi: https://doi.org/10.1016/j.molliq.2017.09.066
  23. Lamb, A. C. M., Grieser, F., Healy, T. W. (2016). The adsorption of uranium (VI) onto colloidal TiO2, SiO2 and carbon black. Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects, 499, 156–162. doi: https://doi.org/10.1016/j.colsurfa.2016.04.003

##submission.downloads##

Опубліковано

2018-10-16

Як цитувати

Doroshenko, D., Pylypenko, I., Kovalchuk, I., Kornilovych, B., & Spasonova, L. (2018). Дослідження структури та особливостей сорбції іонів кобальту та урану нанокомпозитами на основі монтморилоніту і тетраетоксисилану. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 5(6 (95), 6–11. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2018.144553

Номер

Том 5 № 6 (95) (2018): Технології органічних та неорганічних речовин

Розділ

Технології органічних та неорганічних речовин

Ліцензія

Авторське право (c) 2018 Dmytro Doroshenko, Igor Pylypenko, Iryna Kovalchuk, Borys Kornilovych, Larysa Spasonova

Creative Commons License

Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Закріплення та умови передачі авторських прав (ідентифікація авторства) здійснюється у Ліцензійному договорі. Зокрема, автори залишають за собою право на авторство свого рукопису та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons CC BY. При цьому вони мають право укладати самостійно додаткові угоди, що стосуються неексклюзивного поширення роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом, але за умови збереження посилання на першу публікацію статті в цьому журналі.

Ліцензійний договір – це документ, в якому автор гарантує, що володіє усіма авторськими правами на твір (рукопис, статтю, тощо).
Автори, підписуючи Ліцензійний договір з ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР», мають усі права на подальше використання свого твору за умови посилання на наше видання, в якому твір опублікований. Відповідно до умов Ліцензійного договору, Видавець ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР» не забирає ваші авторські права та отримує від авторів дозвіл на використання та розповсюдження публікації через світові наукові ресурси (власні електронні ресурси, наукометричні бази даних, репозитарії, бібліотеки тощо).
За відсутності підписаного Ліцензійного договору або за відсутністю вказаних в цьому договорі ідентифікаторів, що дають змогу ідентифікувати особу автора, редакція не має права працювати з рукописом.
Важливо пам’ятати, що існує і інший тип угоди між авторами та видавцями – коли авторські права передаються від авторів до видавця. В такому разі автори втрачають права власності на свій твір та не можуть його використовувати в будь-який спосіб.