Одержання ферумвмісних силікатних композитів для очищення забруднених вод від сполук арсену

Автор(и)

  • Antonina Bondarieva Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», пр. Перемоги, 37, м. Київ, Україна, 03056, Україна https://orcid.org/0000-0003-3064-1725
  • Viktoriia Tobilko Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», пр. Перемоги, 37, м. Київ, Україна, 03056, Україна https://orcid.org/0000-0002-1800-948X
  • Yurii Kholodko Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», пр. Перемоги, 37, м. Київ, Україна, 03056, Україна https://orcid.org/0000-0002-2514-767X
  • 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

DOI:

https://doi.org/10.15587/2312-8372.2019.173710

Ключові слова:

сорбція арсену, очищення води, оксигідроксиди заліза, глинисті мінерали, модифікування поверхні

Анотація

Об'єктом дослідження є палигорськіт – природний глинистий мінерал шарувато-стрічкової структури. Для нього характерною є висока питома поверхня, вторинна поруватість та сорбційна здатність щодо катіонів металів. Проте, за рахунок негативного заряду поверхні, палигорськіт є неефективним при очищенні вод від забруднення, що знаходяться в аніонній формі, зокрема, від сполук арсену. Суттєвим недоліком використання дисперсних алюмосилікатів в якості сорбентів є складність їх відділення від рідкої фази після процесу сорбційного очищення. Тому авторами для підвищення сорбційних властивостей палигорськіту щодо забруднювачів, які знаходяться у водному середовищі в формі аніонів, було використано метод модифікування його поверхні ферумвмісними сполуками, що включає в себе обробку підготовленого палигорськіту солями заліза(ІІІ) в слабко лужному середовищі. В роботі використовувалися фізико-хімічні методи дослідження структури модифікованих та вихідних зразків палигорськіту, зокрема, метод  інфрачервоної спектроскопії (ІЧ-спектроскопії) та метод низькотемпературної адсорбції-десорбції азоту. Отримані результати вказують на те, що поверхня палигорськіту вкрита сполуками заліза(ІІІ), що привело до підвищення питомої поверхні з 213 м2/г до 275 м2/г та розміру пор з 1,9 нм до 2,25 нм. Одержані зразки відрізняються від вихідного мінералу підвищеною сорбційною здатністю по відношенню до сполук арсену(V). Величина максимальної сорбції арсену модифікованим зразком становить 7,8 мг/г, що значно перевищує таку для природного палигорськіту – 0,2 мг/г. Показано, що вилучення арсену ферумвмісним силікатом відбувається достатньо швидко і не залежить від величини рН водного середовища в діапазоні 3–8. Це пов’язано з тим, що при обробці поверхні палигорськіту оксигідроксидами заліза, останній набуває підвищеної реакційної здатності за рахунок збільшення кількості активних сорбційних центрів.

Біографії авторів

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

Кафедра хімічної технології кераміки та скла

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

Кандидат технічних наук, старший викладач

Кафедра хімічної технології кераміки та скла

Yurii Kholodko, 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

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

Кафедра хімічної технології кераміки та скла

Посилання

  1. Environmental Health Criteria 224 Arsenic and Arsenic Compounds (2011). Geneva: World Health Organization, 521.
  2. Linnik, P. N. (2015). Myshiak v prirodnykh vodakh: formy nakhozhdeniia, osobennosti migratsii, toksichnost (obzor). Gidrobiologicheskii zhurnal, 51 (4), 91–116.
  3. Tarasevich, Iu. I. (1981). Prirodnye sorbenty v protsessakh ochistki vody. Kyiv: Naukova dumka, 208.
  4. Nicomel, N., Leus, K., Folens, K., Van Der Voort, P., Du Laing, G. (2015). Technologies for Arsenic Removal from Water: Current Status and Future Perspectives. International Journal of Environmental Research and Public Health, 13 (1), 62. doi: http://doi.org/10.3390/ijerph13010062
  5. Ctrelko, V. V., Chubar, N. I. (2000). Myshiak i osnovnye metody ego udaleniia pri vodopodgotovke. Khimiia i tekhnologiia vody, 22 (1), 74–90.
  6. Awual, M. R., Hossain, M. A., Shenashen, M. A., Yaita, T., Suzuki, S., Jyo, A. (2012). Evaluating of arsenic(V) removal from water by weak-base anion exchange adsorbents. Environmental Science and Pollution Research, 20 (1), 421–430. doi: http://doi.org/10.1007/s11356-012-0936-7
  7. Mohan, D., Pittman, C. U. (2007). Arsenic removal from water/wastewater using adsorbents – A critical review. Journal of Hazardous Materials, 142 (1-2), 1–53. doi: http://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2007.01.006
  8. Verma, P., Agarwal, A., Singh, V. K. (2014). Arsenic removal from water through adsorption – A Rewiew. Recent Research in Science and Technology, 6 (1), 219–226.
  9. Pena, M. E., Korfiatis, G. P., Patel, M., Lippincott, L., Meng, X. (2005). Adsorption of As(V) and As(III) by nanocrystalline titanium dioxide. Water Research, 39 (11), 2327–2337. doi: http://doi.org/10.1016/j.watres.2005.04.006
  10. Hristovski, K. D., Westerhoff, P. K., Crittenden, J. C., Olson, L. W. (2008). Arsenate Removal by Nanostructured ZrO2Spheres. Environmental Science & Technology, 42 (10), 3786–3790. doi: http://doi.org/10.1021/es702952p
  11. Martinson, C. A., Reddy, K. J. (2009). Adsorption of arsenic(III) and arsenic(V) by cupric oxide nanoparticles. Journal of Colloid and Interface Science, 336 (2), 406–411. doi: http://doi.org/10.1016/j.jcis.2009.04.075
  12. Tuutijärvi, T., Lu, J., Sillanpää, M., Chen, G. (2009). As(V) adsorption on maghemite nanoparticles. Journal of Hazardous Materials, 166 (2-3), 1415–1420. doi: http://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2008.12.069
  13. Perez, J. P. H., Freeman, H. M., Schuessler, J. A., Benning, L. G. (2019). The interfacial reactivity of arsenic species with green rust sulfate (GRSO4). Science of The Total Environment, 648, 1161–1170. doi: http://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2018.08.163
  14. Pintor, A. M. A., Vieira, B. R. C., Santos, S. C. R., Boaventura, R. A. R., Botelho, C. M. S. (2018). Arsenate and arsenite adsorption onto iron-coated cork granulates. Science of The Total Environment, 642, 1075–1089. doi: http://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2018.06.170
  15. Hristovski, K. D., Markovski, J. (2017). Engineering metal (hydr)oxide sorbents for removal of arsenate and similar weak-acid oxyanion contaminants: A critical review with emphasis on factors governing sorption processes. Science of The Total Environment, 598, 258–271. doi: http://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2017.04.108
  16. Siddiqui, S. I., Chaudhry, S. A. (2017). Iron oxide and its modified forms as an adsorbent for arsenic removal: A comprehensive recent advancement. Process Safety and Environmental Protection, 111, 592–626. doi: http://doi.org/10.1016/j.psep.2017.08.009
  17. Wang, J., Zhang, S., Pan, B., Zhang, W., Lv, L. (2011). Hydrous ferric oxide–resin nanocomposites of tunable structure for arsenite removal: Effect of the host pore structure. Journal of Hazardous Materials, 198, 241–246. doi: http://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2011.10.036
  18. Tandorn, S., Arqueropanyo, O.-A., Naksata, W., Sooksamiti, P. (2017). Preparation of Anion Exchange Resin Loaded with Ferric Oxide for Arsenic (V) Removal from Aqueous Solution. International Journal of Environmental Science and Development, 8 (6), 399–403. doi: http://doi.org/10.18178/ijesd.2017.8.6.985
  19. Chen, W., Parette, R., Zou, J., Cannon, F. S., Dempsey, B. A. (2007). Arsenic removal by iron-modified activated carbon. Water Research, 41 (9), 1851–1858. doi: http://doi.org/10.1016/j.watres.2007.01.052
  20. Nguyen, T. V., Vigneswaran, S., Ngo, H. H., Kandasamy, J. (2010). Arsenic removal by iron oxide coated sponge: Experimental performance and mathematical models. Journal of Hazardous Materials, 182 (1-3), 723–729. doi: http://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2010.06.094
  21. Jang, M., Min, S.-H., Kim, T.-H., Park, J. K. (2006). Removal of Arsenite and Arsenate Using Hydrous Ferric Oxide Incorporated into Naturally Occurring Porous Diatomite. Environmental Science & Technology, 40 (5), 1636–1643. doi: http://doi.org/10.1021/es051501t
  22. Chen, R., Zhi, C., Yang, H., Bando, Y., Zhang, Z., Sugiur, N., Golberg, D. (2011). Arsenic (V) adsorption on Fe3O4 nanoparticle-coated boron nitride nanotubes. Journal of Colloid and Interface Science, 359 (1), 261–268. doi: http://doi.org/10.1016/j.jcis.2011.02.071
  23. Zhang, Q., Pan, B., Zhang, W., Pan, B., Zhang, Q., Ren, H. (2008). Arsenate Removal from Aqueous Media by Nanosized Hydrated Ferric Oxide (HFO)-Loaded Polymeric Sorbents: Effect of HFO Loadings. Industrial & Engineering Chemistry Research, 47 (11), 3957–3962. doi: http://doi.org/10.1021/ie800275k
  24. Lenoble, V., Bouras, O., Deluchat, V., Serpaud, B., Bollinger, J.-C. (2002). Arsenic Adsorption onto Pillared Clays and Iron Oxides. Journal of Colloid and Interface Science, 255 (1), 52–58. doi: http://doi.org/10.1006/jcis.2002.8646
  25. Ren, X., Zhang, Z., Luo, H., Hu, B., Dang, Z., Yang, C., Li, L. (2014). Adsorption of arsenic on modified montmorillonite. Applied Clay Science, 97-98, 17–23. doi: http://doi.org/10.1016/j.clay.2014.05.028
  26. Bhowmick, S., Chakraborty, S., Mondal, P., Van Renterghem, W., Van den Berghe, S., Roman-Ross, G. et. al. (2014). Montmorillonite-supported nanoscale zero-valent iron for removal of arsenic from aqueous solution: Kinetics and mechanism. Chemical Engineering Journal, 243, 14–23. doi: http://doi.org/10.1016/j.cej.2013.12.049
  27. Schwertman, U., Cornell, R. M. (2000). Iron Oxides in the Laboratory. Weinheim: WILEY-VCH Verlag GmbH, 188.
  28. Rouquerol, F., Rouquerol, J., Sing, K. S., Llewellyn, P., Maurin, G. (2014). Adsorption by Powders and Porous Solids. Amsterdam: Academic Press, 646.
  29. Suárez, M., García-Romero, E. (2006). FTIR spectroscopic study of palygorskite: Influence of the composition of the octahedral sheet. Applied Clay Science, 31 (1-2), 154–163. doi: http://doi.org/10.1016/j.clay.2005.10.005
  30. Chang, R. R., Wang, S. L., Liu, Y. T., Chan, Y. T., Hung, J. T., Tzou, Y. M., Tseng, K. J. (2016). Interactions of the products of oxidative polymerization of hydroquinone as catalyzed by birnessite with Fe (hydr)oxides – an implication of the reactive pathway for humic substance formation. RSC Advances, 6 (25), 20750–20760. doi: http://doi.org/10.1039/c5ra19734a
  31. Sing, K. S. W., Everett, D. H., Haul, R. A. W., Moscou, L., Pierotti, R. A., Rouquerol, J. et. al. (1985). Reporting physisorption data for gas/solid systems with special reference to the determination of surface area and porosity (Recommendations 1984). Pure and Applied Chemistry, 57 (4), 603–619. doi: http://doi.org/10.1351/pac198557040603
  32. Smedley, P., Nicolli, H., Macdonald, D. M., Barros, A., Tullio, J. (2002). Hydrogeochemistry of arsenic and other inorganic constituents in groundwaters from La Pampa, Argentina. Applied Geochemistry, 17 (3), 259–284. doi: http://doi.org/10.1016/s0883-2927(01)00082-8

##submission.downloads##

Опубліковано

2019-06-30

Як цитувати

Bondarieva, A., Tobilko, V., Kholodko, Y., & Kornilovych, B. (2019). Одержання ферумвмісних силікатних композитів для очищення забруднених вод від сполук арсену. Technology Audit and Production Reserves, 3(3(47), 14–19. https://doi.org/10.15587/2312-8372.2019.173710

Номер

Том 3 № 3(47) (2019): Хімічна інженерія

Розділ

Екологія та технології захисту навколишнього середовища: Оригінальне дослідження

Ліцензія

Авторське право (c) 2019 Antonina Bondarieva, Viktoriia Tobilko, Yurii Kholodko, Borys Kornilovych

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.