Розробка гранульованих композитів на основі лапоніту та Zr/Fe-альгінату для ефективного видалення урану (VI) з сульфатних розчинів

Автор(и)

  • Ігор Володимирович Пилипенко Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», Україна https://orcid.org/0000-0002-0236-7266
  • Ірина Андріївна Ковальчук Інститут сорбції та проблем ендоекології НАН України, Україна https://orcid.org/0000-0002-5687-5530
  • Микола Миколайович Циба Інститут сорбції та проблем ендоекології НАН України, Україна https://orcid.org/0009-0006-9082-5840

DOI:

https://doi.org/10.15587/1729-4061.2023.292524

Ключові слова:

гранульовані композити, альгінати цирконію-заліза, видалення урану (VI), сульфатні розчини, лапоніт

Анотація

Об'єктом дослідження є гранульовані композити на основі альгінатів цирконію-заліза та лапоніту. Проблемою дослідження є встановлення впливу співвідношення цирконію та заліза на структуру гранульованих композитів та ефективність видалення урану (VI) з водних розчинів. Встановлено вплив вмісту співвідношення цирконію та заліза на параметри структури пор матеріалів, зокрема на зміну вмісту мікропор у матриці. Величини питомої поверхні матеріалів знаходяться в межах 86–112 м2/г. Досліджено сорбційні властивості синтезованих композитів щодо видалення сполук урану (VI). Показано вплив заряду поверхневих груп та форм знаходження урану (VI) у сульфатних розчинах на сорбційні характеристики синтезованих матеріалів. Максимальна адсорбційна ємність сягає 265,1 мкмоль/г при рН 6. Показано, що підвищений вміст електролітів позитивно впливає на ефективність видалення урану (VI) у нейтральному та лужному середовищах за рахунок утворення поверхневих поліядерних комплексів за участю катіонів та аніонів. Встановлено, що зміни в структурі матеріалів відбуваються через інтенсивну взаємодію іонів заліза та молекул альгінату з формуванням щільної гелевої структури. Механізм видалення урану (VI) пов'язаний з утворенням поверхневих комплексів у присутності електролітів. Виявлено, що синтезовані гранульовані композити показують покращену ефективність видалення урану (VI) в умовах високої мінералізації розчинів, що робить їх привабливими для потенційного використання в якості сорбентів. Отримані результати можуть бути використані для розробки ефективних методів очищення водних середовищ від урану (VI) в умовах високої мінералізації, що є актуальною проблемою в галузі ядерної енергетики та видалення радіоактивних речовин з водних систем

Біографії авторів

Ігор Володимирович Пилипенко, Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського»

Кандидат хімічних наук

Кафедра хімічної технології кераміки та скла

Ірина Андріївна Ковальчук, Інститут сорбції та проблем ендоекології НАН України

Доктор хімічних наук

Лабораторія екологічної хімії

Микола Миколайович Циба, Інститут сорбції та проблем ендоекології НАН України

Відділ нанорозмірних вуглецевих матеріалів для акумулювання енергії

Посилання

  1. Deng, D., Zhang, L., Dong, M., Samuel, R. E., Ofori‐Boadu, A., Lamssali, M. (2020). Radioactive waste: A review. Water Environment Research, 92 (10), 1818–1825. doi: https://doi.org/10.1002/wer.1442
  2. Bachmaf, S., Planer-Friedrich, B., Merkel, B. J. (2008). Effect of sulfate, carbonate, and phosphate on the uranium(VI) sorption behavior onto bentonite. Radiochimica Acta, 96 (6), 359–366. doi: https://doi.org/10.1524/ract.2008.1496
  3. Pylypenko, I., Spasоnova, L., Kovalchuk, I., Veremeienko, V. (2014). Sorption of cobalt, chromium and uranium ions on Fe/Ti-pillared montmorillonite. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 4 (6 (70)), 57–61. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2014.26246
  4. Liu, W., Wang, Q., Wang, H., Xin, Q., Hou, W., Hu, E., Lei, Z. (2022). Adsorption of uranium by chitosan/Chlorella pyrenoidosa composite adsorbent bearing phosphate ligand. Chemosphere, 287, 132193. doi: https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2021.132193
  5. Algothmi, W. M., Bandaru, N. M., Yu, Y., Shapter, J. G., Ellis, A. V. (2013). Alginate–graphene oxide hybrid gel beads: An efficient copper adsorbent material. Journal of Colloid and Interface Science, 397, 32–38. doi: https://doi.org/10.1016/j.jcis.2013.01.051
  6. Gao, X., Li, M., Zhao, Y., Zhang, Y. (2019). Mechanistic study of selective adsorption of Hg2+ ion by porous alginate beads. Chemical Engineering Journal, 378, 122096. doi: https://doi.org/10.1016/j.cej.2019.122096
  7. Shawky, H. A. (2010). Improvement of water quality using alginate/montmorillonite composite beads. Journal of Applied Polymer Science, 119 (4), 2371–2378. doi: https://doi.org/10.1002/app.32694
  8. da Silva Fernandes, R., de Moura, M. R., Glenn, G. M., Aouada, F. A. (2018). Thermal, microstructural, and spectroscopic analysis of Ca2+ alginate/clay nanocomposite hydrogel beads. Journal of Molecular Liquids, 265, 327–336. doi: https://doi.org/10.1016/j.molliq.2018.06.005
  9. Kumar, S., Dumpala, R. M. R., Chandane, A., Bahadur, J. (2022). Elucidation of the sorbent role in sorption thermodynamics of uranium(VI) on goethite. Environmental Science: Processes & Impacts, 24 (4), 567–575. doi: https://doi.org/10.1039/d1em00380a
  10. Liu, H., Wang, R., Jiang, H., Gong, H., Wu, X. (2015). Study on adsorption characteristics of uranyl ions from aqueous solutions using zirconium hydroxide. Journal of Radioanalytical and Nuclear Chemistry, 308 (1), 213–220. doi: https://doi.org/10.1007/s10967-015-4315-y
  11. Gao, X., Guo, C., Hao, J., Zhao, Z., Long, H., Li, M. (2020). Adsorption of heavy metal ions by sodium alginate based adsorbent-a review and new perspectives. International Journal of Biological Macromolecules, 164, 4423–4434. doi: https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2020.09.046
  12. Wang, D., Zhang, J., Li, J. (2023). Phosphate-functionalized magnetic calcium alginate for the engineering remediation of uranium-contaminated water and soil. Chemical Engineering Journal, 475, 145910. doi: https://doi.org/10.1016/j.cej.2023.145910
  13. Xie, S. B., Luo, J., Liu, Q., Ling, H., Duan, Y., Wang, J. (2015). Adsorption characteristics and mechanism of hydroxyethyl cellulose/sodium alginate blend films for uranium (VI). Acta Materiae Compositae Sinica, 32 (1), 268–275. doi: https://doi.org/10.13801/j.cnki.fhclxb.20140519.002
  14. Yi, X., Sun, F., Han, Z., Han, F., He, J., Ou, M. et al. (2018). Graphene oxide encapsulated polyvinyl alcohol/sodium alginate hydrogel microspheres for Cu (II) and U (VI) removal. Ecotoxicology and Environmental Safety, 158, 309–318. doi: https://doi.org/10.1016/j.ecoenv.2018.04.039
  15. Wen, S., Wang, H., Xin, Q., Hu, E., Lei, Z., Hu, F., Wang, Q. (2023). Selective adsorption of uranium (VI) from wastewater using a UiO-66/calcium alginate/hydrothermal carbon composite material. Carbohydrate Polymers, 315, 120970. doi: https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2023.120970
  16. Tripathi, A., Melo, J. S., D’Souza, S. F. (2013). Uranium (VI) recovery from aqueous medium using novel floating macroporous alginate-agarose-magnetite cryobeads. Journal of Hazardous Materials, 246-247, 87–95. doi: https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2012.12.002
  17. Yu, J., Wang, J., Jiang, Y. (2017). Removal of Uranium from Aqueous Solution by Alginate Beads. Nuclear Engineering and Technology, 49 (3), 534–540. doi: https://doi.org/10.1016/j.net.2016.09.004
  18. Qing, Z., Wang, L., Liu, X., Song, Z., Qian, F., Song, Y. (2022). Simply synthesized sodium alginate/zirconium hydrogel as adsorbent for phosphate adsorption from aqueous solution: Performance and mechanisms. Chemosphere, 291, 133103. doi: https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2021.133103
  19. Yu, L., Ma, Y., Ong, C. N., Xie, J., Liu, Y. (2015). Rapid adsorption removal of arsenate by hydrous cerium oxide–graphene composite. RSC Advances, 5 (80), 64983–64990. doi: https://doi.org/10.1039/c5ra08922k
  20. Rouquerol, F., Rouquerol, J. et al. (2014). Adsorption by Powders and Porous Solids. Elsevier. doi: https://doi.org/10.1016/c2010-0-66232-8
  21. Doroshenko, D., Pylypenko, I., Kovalchuk, I., Kornilovych, B., Spasonova, L. (2018). Investigation of the structure and sorption peculiarities of cobalt and uranium ions by nanocomposites based on montmorillonite and tetraethoxysilane. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 5 (6 (95)), 6–11. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2018.144553
  22. Swain, S. K., Patnaik, T., Patnaik, P. C., Jha, U., Dey, R. K. (2013). Development of new alginate entrapped Fe(III)–Zr(IV) binary mixed oxide for removal of fluoride from water bodies. Chemical Engineering Journal, 215-216, 763–771. doi: https://doi.org/10.1016/j.cej.2012.10.098
  23. Yu, S., Ma, J., Shi, Y., Du, Z., Zhao, Y., Tuo, X., Leng, Y. (2020). Uranium(VI) adsorption on montmorillonite colloid. Journal of Radioanalytical and Nuclear Chemistry, 324 (2), 541–549. doi: https://doi.org/10.1007/s10967-020-07083-y
  24. Vanhorn, J., Huang, H. (2006). Uranium(VI) bio-coordination chemistry from biochemical, solution and protein structural data. Coordination Chemistry Reviews, 250 (7-8), 765–775. doi: https://doi.org/10.1016/j.ccr.2005.09.010
  25. Kornilovych, B. Yu., Sorokin, O. H., Pavlenko, V. M., Koshyk, Yu. Y. (2011). Pryrodookhoronni tekhnolohiyi v uranovydobuvniy ta pererobniy promyslovosti. Kyiv: Norma, 156.
  26. 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
  27. Yu, T., Chen, Y., Zhang, Y., Tan, X., Xie, T., Shao, B., Huang, X. (2021). Novel reusable sulfate-type zirconium alginate ion-exchanger for fluoride removal. Chinese Chemical Letters, 32 (11), 3410–3415. doi: https://doi.org/10.1016/j.cclet.2021.04.057
  28. Yan, T., Luo, X., Zou, Z., Lin, X., He, Y. (2017). Adsorption of Uranium(VI) from a Simulated Saline Solution by Alkali-Activated Leather Waste. Industrial & Engineering Chemistry Research, 56 (12), 3251–3258. doi: https://doi.org/10.1021/acs.iecr.6b04425
  29. Fox, P. M., Davis, J. A., Zachara, J. M. (2006). The effect of calcium on aqueous uranium(VI) speciation and adsorption to ferrihydrite and quartz. Geochimica et Cosmochimica Acta, 70 (6), 1379–1387. doi: https://doi.org/10.1016/j.gca.2005.11.027
Розробка гранульованих композитів на основі лапоніту та Zr/Fe-альгінату для ефективного видалення урану (VI) з сульфатних розчинів

##submission.downloads##

Опубліковано

2023-12-22

Як цитувати

Пилипенко, І. В., Ковальчук, І. А., & Циба, М. М. (2023). Розробка гранульованих композитів на основі лапоніту та Zr/Fe-альгінату для ефективного видалення урану (VI) з сульфатних розчинів. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 6(10 (126), 27–34. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2023.292524

Номер

Том 6 № 10 (126) (2023): Екологія

Розділ

Екологія

Ліцензія

Авторське право (c) 2023 Ihor Pylypenko, Iryna Kovalchuk, Mykola Tsyba

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.