Синтез та характеристика гранульованих сорбентів на основі каолініту для видалення Cu(II), Cd(II), Co(II), Zn(II) і Cr(VI) із забруднених вод

Автор(и)

  • Юрій Михайлович Холодько Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», Україна https://orcid.org/0000-0002-2514-767X
  • Антоніна Ігорівна Бондарєва Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», Україна https://orcid.org/0000-0003-3064-1725
  • Вікторія Юріївна Тобілко Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», Україна https://orcid.org/0000-0002-1800-948X
  • Володимир Михайлович Павленко Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», Україна https://orcid.org/0000-0002-3896-8653
  • Олександр Володимирович Мельничук Інститут біоорганічної хімії та нафтохімії ім. В. П. Кухаря НАН України, Україна https://orcid.org/0000-0002-6664-0006
  • Владислав Вікторович Глуховський Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», Україна https://orcid.org/0000-0003-3917-174X

DOI:

https://doi.org/10.15587/1729-4061.2022.262994

Ключові слова:

гранульовані сорбенти, каолініт, нульвалентне залізо, очищення вод, суміш важких металів

Анотація

Обʼєктом дослідження є гранульовані сорбенти на основі каолініту та нульвалентного заліза. Керамічна маса для їх приготування містила полівініловий спирт в якості пороутворюючої добавки. Встановлено, що її додавання у кількостях 1,8 %–3,3 % практично не змінює пористість гранул, але підвищує їх міцність. Методами рентгенофазового та хімічного аналізів підтверджено наявність шару нульвалентного заліза на поверхні гранул. Вивчено структурно-сорбційні характеристики сорбційних матеріалів та проведено розрахунки основних параметрів їх поруватої структури. Показано, що при модифікуванні гранул нульвалентним залізом відбувається зменшення питомої поверхні та обʼєму мікропор для зразків без пороутворюючої добавки майже у 2 рази у порівнянні з вихідними гранулами. Причому ці величини практично не змінюються для зразків, одержаних із додаванням полівінілового спирту. Встановлено, що нанесення реакційного шару на гранули приводить до значного підвищення їх сорбційної здатності по відношенню до іонів важких металів Cu(II), Cd(II), Co(II), Zn(II) і Cr(VI). Показано, що одержані сорбенти можуть бути використані для очищення стічних вод, що містять суміш цих токсикантів. Встановлено, що величини максимальної сорбції на модифікованих зразках у 10–20 разів перевищують такі для вихідних гранул. Особливістю отриманих сорбентів є здатність одночасно видаляти іони металів, як у формі катіонів, так і аніонів. Встановлено суттєве підвищення величин сорбції аніонних форм Cr(VI), які важко видаляються із вод природними іонообмінниками. Показано, що гранули на основі каолініту та нульвалентного заліза є ефективними сорбентами для очищення вод від іонів важких металів. Одержані матеріали можна застосовувати для очищення стічних вод гальванічних виробництв та гідрометалургійної галузі

Біографії авторів

Юрій Михайлович Холодько, Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського»

Аспірант

Кафедра хімічної технології кераміки та скла

Антоніна Ігорівна Бондарєва, Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського»

Аспірантка

Кафедра хімічної технології кераміки та скла

Вікторія Юріївна Тобілко, Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського»

Кандидат технічний наук, доцент

Кафедра хімічної технології кераміки та скла

Володимир Михайлович Павленко, Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського»

Кандидат технічних наук, доцент

Кафедра хімічної технології кераміки та скла

Олександр Володимирович Мельничук, Інститут біоорганічної хімії та нафтохімії ім. В. П. Кухаря НАН України

Кандидат хімічних наук, науковий співробіник

Відділ каталітичного синтезу

Владислав Вікторович Глуховський, Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського»

Кандидат технічних наук, доцент

Кафедра хімічної технології композиційних матеріалів

Посилання

  1. Jaishankar, M., Tseten, T., Anbalagan, N., Mathew, B. B., Beeregowda, K. N. (2014). Toxicity, mechanism and health effects of some heavy metals. Interdisciplinary Toxicology, 7 (2), 60–72. doi: https://doi.org/10.2478/intox-2014-0009
  2. Saleh, T. A., Mustaqeem, M., Khaled, M. (2022). Water treatment technologies in removing heavy metal ions from wastewater: A review. Environmental Nanotechnology, Monitoring & Management, 17, 100617. doi: https://doi.org/10.1016/j.enmm.2021.100617
  3. Aboudi Mana, S. C., Hanafiah, M. M., Chowdhury, A. J. K. (2017). Environmental characteristics of clay and clay-based minerals. Geology, Ecology, and Landscapes, 1 (3), 155–161. doi: https://doi.org/10.1080/24749508.2017.1361128
  4. Singh, N. B., Nagpal, G., Agrawal, S., Rachna (2018). Water purification by using Adsorbents: A Review. Environmental Technology & Innovation, 11, 187–240. doi: https://doi.org/10.1016/j.eti.2018.05.006
  5. Renu, Agarwal, M., Singh, K. (2016). Heavy metal removal from wastewater using various adsorbents: a review. Journal of Water Reuse and Desalination, 7 (4), 387–419. doi: https://doi.org/10.2166/wrd.2016.104
  6. Gu, S., Kang, X., Wang, L., Lichtfouse, E., Wang, C. (2018). Clay mineral adsorbents for heavy metal removal from wastewater: a review. Environmental Chemistry Letters, 17 (2), 629–654. doi: https://doi.org/10.1007/s10311-018-0813-9
  7. Hassan, E.-S., Selim, K., Rostom, M., Youssef, M., Abdel Khalek, N., Abdel Khalek, M. (2020). Surface modified bentonite mineral as a sorbent for Pb2+ and Zn2+ ions removal from aqueous solutions. Physicochemical Problems of Mineral Processing, 145–157. doi: https://doi.org/10.37190/ppmp/127833
  8. Saito, T., Shiraiwa, N., Morioka, Y., Akagi, K., Nakayama, K. S., Adschiri, T., Asao, N. (2019). Granular Barium Titanate Nanowire-Based Adsorbents for the Removal of Strontium Ions from Contaminated Water. ACS Applied Nano Materials, 2 (11), 6793–6797. doi: https://doi.org/10.1021/acsanm.9b01737
  9. Mukherjee, R., Kumar, R., Sinha, A., Lama, Y., Saha, A. K. (2015). A review on synthesis, characterization, and applications of nano zero valent iron (nZVI) for environmental remediation. Critical Reviews in Environmental Science and Technology, 46 (5), 443–466. doi: https://doi.org/10.1080/10643389.2015.1103832
  10. Yin, Y., Zheng, W., Yan, A., Zhang, C., Gou, Y., Shen, C. (2021). A Review on Montmorillonite-Supported Nanoscale Zerovalent Iron for Contaminant Removal from Water and Soil. Adsorption Science & Technology, 2021, 1–19. doi: https://doi.org/10.1155/2021/9340362
  11. Bondarieva, A. I., Tobilko, V. Y., Kholodko, Y. M., Kornilovych, B. Y., Zahorodniuk, N. A. (2022). Efficient removal of arsenic(V) from water using iron-containing nanocomposites based on kaolinite. Voprosy Khimii i Khimicheskoi Tekhnologii, 1, 11–18. doi: https://doi.org/10.32434/0321-4095-2022-140-1-11-18
  12. Kovalchuk І., Pylypenko І., Tobilko В., Kornilovych Б. (2021). Sorption of ions Cu(II), Cd(II), Co(II), Zn(II), and Cr(VI) by a composite sorbent on the base of nano-sized iron. Reports of the National Academy of Sciences of Ukraine, 4, 70–76. doi: https://doi.org/10.15407/dopovidi2021.04.070
  13. Kovalchuk, I. A., Tobilko, V. Y., Bondarieva, A. I., Kholodko, Y. M., Kornilovych, B. Y. (2020). Water purification from heavy metal ions by nano-sized Fe0/kaolinite composites. Reports of the National Academy of Sciences of Ukraine, 11, 96–103. doi: https://doi.org/10.15407/dopovidi2020.11.096
  14. ISO 10545-3:2018(en). Ceramic tiles – Part 3: Determination of water absorption, apparent porosity, apparent relative density and bulk density. Available at: https://www.iso.org/obp/ui/#iso:std:iso:10545:-3:ed-2:v1:en
  15. Kato, T., Ohashi, K., Fuji, M., Takahashi, M. (2008). Water absorption and retention of porous ceramics fabricated by waste resources. Journal of the Ceramic Society of Japan, 116 (1350), 212–215. doi: https://doi.org/10.2109/jcersj2.116.212
  16. Rouquerol, J., Rouquerol, F., Llewellyn, P., Maurin, G., Sing, K. S. (2012). Adsorption by powders and porous solids: principles, methodology and applications. Academic press. doi: https://doi.org/10.1016/C2010-0-66232-8
  17. Kuila, U., Prasad, M. (2013). Specific surface area and pore-size distribution in clays and shales. Geophysical Prospecting, 61 (2), 341–362. doi: https://doi.org/10.1111/1365-2478.12028
  18. Langmuir, D. (1997). Aqueous Environmental Geochemistry. Prentice Hall, 600.
  19. Li, L., Hu, J., Shi, X., Fan, M., Luo, J., Wei, X. (2016). Nanoscale zero-valent metals: a review of synthesis, characterization, and applications to environmental remediation. Environmental Science and Pollution Research, 23 (18), 17880–17900. doi: https://doi.org/10.1007/s11356-016-6626-0
  20. Stumm, W. (1992). Chemistry of the solid-water interface: processes at the mineral-water and particle-water interface in natural systems. John Wiley & Son Inc., 448.

##submission.downloads##

Опубліковано

2022-08-30

Як цитувати

Холодько, Ю. М., Бондарєва, А. І., Тобілко, В. Ю., Павленко, В. М., Мельничук, О. В., & Глуховський, В. В. (2022). Синтез та характеристика гранульованих сорбентів на основі каолініту для видалення Cu(II), Cd(II), Co(II), Zn(II) і Cr(VI) із забруднених вод. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 4(10 (118), 6–13. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2022.262994

Номер

Том 4 № 10 (118) (2022): Екологія

Розділ

Екологія

Ліцензія

Авторське право (c) 2022 Yurii Kholodko, Antonina Bondarieva, Viktoriia Tobilko, Volodymyr Pavlenko, Oleksandr Melnychuk, Vladislav Glukhovskyi

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.