Одержання пористих кремнеземних нанокомпозитів на основі монтморилоніту з використанням золь-гель методу

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
  • 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
  • Irina Subbota Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», пр. Перемоги, 37, м. Київ, Україна, 03056, Україна https://orcid.org/0000-0002-1581-8513

DOI:

https://doi.org/10.15587/2312-8372.2018.140355

Ключові слова:

золь-гель синтез, модифікація поверхні, ізотерма сорбції, монтморилоніт, тетраетоксисилан, метиленовий блакитний.

Анотація

Об’єктом дослідження є монтморилоніт, який завдяки своїм властивостям і будові проявляє високі сорбційні характеристики. Однак суттєвою перешкодою його використання в промислових технологіях водоочищення є схильність монтморилоніту самочинно диспергуватись в водних розчинах на елементарні структурні пакети і утворювати стійкі зависі. Це призводить до виникнення складнощів при розділенні твердої і рідкої фаз після проведення процесу сорбції. Авторами був використаний золь-гель метод синтезу нанокомпозитних матеріалів на основі монтморилоніту з використанням тетраетоксисилану в якості гелеутворюючої речовини. Синтез включає в себе реакцію гідролізу тетраетоксисилану і наступною поліконденсацією молекул кремнекислоти з гідроксильними групами монтморилоніту. Отримані зразки поєднують в собі хороші сорбційні властивості шаруватого мінералу та міцну каркасну структуру. Така структура синтезованих нанокомпозитів забезпечується наявністю силоксанових зв’язків, якими елементарні пакети монтморилоніту з’єднані між собою. Це, в свою чергу, сприяє збільшенню водостійкості експериментальних зразків. Згідно з результатами реологічних досліджень, основні процеси структуроутворення у вихідних водно-спиртових суспензіях продуктів гідролізу тетраетоксисилану та монтморилоніту відбуваються при концентрації кремнезему 1 %, що пов'язано з колоїдно-хімічними властивостями досліджуваних систем. Обробка монтморилоніту продуктами гідролізу тетраетоксисилану приводить до утворення матеріалу з нижчою здатністю до набухання та кращим розділенням рідкої та твердої фаз. Оптимальний вміст кремнезему у зразку, який знаходиться в інтервалі 0,1–14 %, дає змогу зменшити оптичну густину розчинів у 2,5 рази у порівнянні з вихідним монтморилонітом. Синтезовані матеріали зберігають достатньо високу сорбційну ємність щодо вилучення катіонного барвника метиленового блакитного (до 158 мг/г), яка зростає при збільшенні вмісту глинистого мінералу. А також мають вищу селективність (до 3,4 дм3/мг).

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

Аспірант

Кафедра хімічної технології кераміки та скла

Borys Kornilovych, 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

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

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

Кафедра хімічної технології кераміки та скла

Посилання

  1. Uddin, M. K. (2017). A review on the adsorption of heavy metals by clay minerals, Т with special focus on the past decade. Chemical Engineering Journal, 308, 438–462. doi: http://doi.org/10.1016/j.cej.2016.09.029
  2. Tian, G., Wang, W., Kang, Y., Wang, A. (2016). Ammonium sulfide-assisted hydrothermal activation of palygorskite for enhanced adsorption of methyl violet. Journal of Environmental Sciences, 41, 33–43. doi: http://doi.org/10.1016/j.jes.2015.03.036
  3. Petra, L., Billik, P., Melichovа, Z., Komadel, P. (2017). Mechanochemically activated saponite as materials for Cu2+ and Ni2+ removal from aqueous solutions. Applied Clay Science, 143, 22–28. doi:http://doi.org/10.1016/j.clay.2017.03.012
  4. Cakmak, M., Tasar, S., Selen, V., Ozer, D., Ozer, A. (2017). Removal of astrazon golden yellow 7GL from colored wastewater using chemically modified clay. Journal of Central South University, 24 (4), 743–753. doi: http://doi.org/10.1007/s11771-017-3476-y
  5. Huang, W., Chen, J., He, F., Tang, J., Li, D., Zhu, Y., Zhang, Y. (2015). Effective phosphate adsorption by Zr/Al-pillared montmorillonite: insight into equilibrium, kinetics and thermodynamics. Applied Clay Science, 104, 252–260. doi: http://doi.org/10.1016/j.clay.2014.12.002
  6. Pylypenko, I. V., Kornilovych, B. Y., Kovalchuk, I. A. (2015). Synthesis and sorption properties of Ti- and Tі/Al-pillared montmorillonite. Himia, Fizika Ta Tehnologia Poverhni, 6 (3), 336–342. doi: http://doi.org/10.15407/hftp06.03.336
  7. Zhang, S., Lyu, Y., Su, X., Bian, Y., Yu, B., Zhang, Y. (2016). Removal of fluoride ion from groundwater by adsorption on lanthanum and aluminum loaded clay adsorbent. Environmental Earth Sciences, 75 (5), 401. doi:http://doi.org/10.1007/s12665-015-5205-x
  8. Anirudhan, T. S., Ramachandran, M. (2015). Adsorptive removal of basic dyes from aqueous solutions by surfactant modified bentonite clay (organoclay): kinetic and competitive adsorption isotherm. Process Safety and Environmental Protection, 95, 215–225. doi: http://doi.org/10.1016/j.psep.2015.03.003
  9. Omorogie, M. O., Agunbiade, F. O., Alfred, M. O., Olaniyi, O. T., Adewumi, T. A., Bayode, A. A. et. al. (2018). The sequestral capture of fluoride, nitrate and phosphate by metal-doped and surfactant-modified hybrid clay materials. Chemical Papers, 72 (2), 409–417. doi: http://doi.org/10.1007/s11696-017-0290-9
  10. Xue, A., Zhou, S., Zhao, Y., Lu, X., Han, P. (2010). Adsorption of reactive dyes from aqueous solution by silylated palygorskite. Applied Clay Science, 48 (4), 638–640. doi: http://doi.org/10.1016/j.clay.2010.03.011
  11. Moreira, M. A., Ciuffi, K. J., Rives, V., Vicente, M. A., Trujillano, R., Gil, A. et. al. (2017). Effect of chemical modification of palygorskite and sepiolite by 3-aminopropyltriethoxisilane on adsorption of cationic and anionic dyes. Applied Clay Science, 135, 394–404. doi: http://doi.org/10.1016/j.clay.2016.10.022
  12. Thue, P. S., Sophia, A. C., Lima, E. C., Wamba, A. G. N., de Alencar, W. S., dos Reis, G. S. et. al. (2018). Synthesis and characterization of a novel organic-inorganic hybrid clay adsorbent for the removal of acid red 1 and acid green 25 from aqueous solutions. Journal of Cleaner Production, 171, 30–44. doi: http://doi.org/10.1016/j.jclepro.2017.09.278
  13. Pawar, R. R., Lalhmunsiama, Kim, M., Kim, J.-G., Hong, S.-M., Sawant, S. Y., Lee, S. M. (2018). Efficient removal of hazardous lead, cadmium, and arsenic from aqueous environment by iron oxide modified clay-activated carbon composite beads. Applied Clay Science, 162, 339–350. doi: http://doi.org/10.1016/j.clay.2018.06.014
  14. Diagboya, P. N. E., Dikio, E. D. (2018). Silica-based mesoporous materials; emerging designer adsorbents for aqueous pollutants removal and water treatment. Microporous and Mesoporous Materials, 266, 252–267. doi: http://doi.org/10.1016/j.micromeso.2018.03.008
  15. Doroshenko, D., Pylypenko, I., Kornilovych, B. (2018). Sorption of cobalt and methylene blue ions by montmorillonite-silica nanocomposites. KPI Science News, 3, 7–14. doi: http://doi.org/10.20535/1810-0546.2018.3.126410
  16. Qian, Z., Hu, G., Zhang, S., Yang, M. (2008). Preparation and characterization of montmorillonite–silica nanocomposites: A sol–gel approach to modifying clay surfaces. Physica B: Condensed Matter, 403 (18), 3231–3238. doi: http://doi.org/10.1016/j.physb.2008.04.008
  17. Shramm, G. (2003). Osnovy prakticheskoy reologii i reometrii. Moscow: KolosS, 312
  18. Kimura, Y., Haraguchi, K. (2017). Clay–alcohol–water dispersions: anomalous viscosity changes due to network formation of clay nanosheets induced by alcohol clustering. Langmuir, 33 (19), 4758–4768. doi: http://doi.org/10.1021/acs.langmuir.7b00764
  19. Chen, T., Zhao, Y., Song, S. (2017). Comparison of colloidal stability of montmorillonite dispersion in aqueous NaCl solution with in alcohol-water mixture. Powder Technology, 322, 378–385. doi: http://doi.org/10.1016/j.powtec.2017.09.032
  20. Bi, W., Song, R., Meng, X., Jiang, Z., Li, S., Tang, T. (2007). In situ synthesis of silica gel nanowire/Na+–montmorillonite nanocomposites by the sol–gel route. Nanotechnology, 18 (11), 115620. doi: http://doi.org/10.1088/0957-4484/18/11/115620
  21. Ngulube, T., Gumbo, J. R., Masindi, V., Maity, A. (2017). An update on synthetic dyes adsorption onto clay based minerals: A state-of-art review. Journal of Environmental Management, 191, 35–57. doi: http://doi.org/10.1016/j.jenvman.2016.12.031
  22. Hegyesi, N., Vad, R. T., Pukanszky, B. (2017). Determination of the specific surface area of layered silicates by methylene blue adsorption: The role of structure, pH and layer charge. Applied Clay Science, 146, 50–55. doi: http://doi.org/10.1016/j.clay.2017.05.007
  23. Florence, N., Naorem, H. (2014). Dimerization of methylene blue in aqueous and mixed aqueous organic solvent: A spectroscopic study. Journal of Molecular Liquids, 198, 255–258. doi: http://doi.org/10.1016/j.molliq.2014.06.030
  24. Mukherjee, K., Kedia, A., Jagajjanani Rao, K., Dhir, S., Paria, S. (2015). Adsorption enhancement of methylene blue dye at kaolinite clay–water interface influenced by electrolyte solutions. RSC Advances, 5 (39), 30654–30659. doi: http://doi.org/10.1039/c5ra03534a

##submission.downloads##

Опубліковано

2018-04-24

Як цитувати

Doroshenko, D., Pylypenko, I., Kornilovych, B., & Subbota, I. (2018). Одержання пористих кремнеземних нанокомпозитів на основі монтморилоніту з використанням золь-гель методу. Technology Audit and Production Reserves, 4(3(42), 4–9. https://doi.org/10.15587/2312-8372.2018.140355

Номер

Том 4 № 3(42) (2018): Хімічна інженерія

Розділ

Хіміко-технологічні системи: Оригінальне дослідження

Ліцензія

Авторське право (c) 2018 Dmytro Doroshenko, Igor Pylypenko, Borys Kornilovych, Irina Subbota

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.