Очищення вод від катіонних органічних барвників керамічними матеріалами на основі каоліну

Автор(и)

  • Антоніна Ігорівна Бондарєва Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», Україна http://orcid.org/0000-0003-3064-1725
  • Ірина Михайлівна Яйченя Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», Україна https://orcid.org/0000-0002-0117-629X
  • Наталія Андріївна Загороднюк Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», Україна https://orcid.org/0000-0002-8856-3873
  • 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

DOI:

https://doi.org/10.15587/2706-5448.2022.254584

Ключові слова:

ефективні сорбенти, керамічні матеріали, термічна модифікація, кислотна активація, очищення вод, органічні барвники

Анотація

Розробка ефективних сорбентів на основі дешевої природної сировини для очищення вод від синтетичних органічних барвників є важливим екологічним завданням. Відомо, що шаруваті силікати відрізняються механічною міцністю, термічною та хімічною стійкістю, високою дисперсністю, здатністю до іонного обміну, доступністю та дешевизною. Проте основним недоліком природних глин є їх недостатньо висока сорбційна здатність по відношенню до органічних токсикантів. Тому для її підвищення проводять модифікування поверхні глинистих мінералів різними фізичними та хімічними методами. Об’єктом дослідження є каолін Глуховецького родовища (Україна), основним породоутворюючим мінералом якого є каолініт. Після його термічного модифікування з подальшою кислотною активацією хлоридною кислотою отримано сорбенти із достатньо високими структурно-сорбційними властивостями та підвищеною сорбційною здатністю по відношенню до синтетичного органічного барвника – метиленового блакитного. Було вивчено вплив умов синтезу керамічних матеріалів на фізико-хімічні особливості видалення даного барвника із водного середовища. Досліджено залежності величин сорбції метиленового блакитного силікатними сорбентами від температури обробки каоліну та концентрації хлоридної кислоти, яка використовувалась для його кислотної активації. Встановлено, що на питому поверхню одержаних зразків суттєво впливає як температура обробки каоліну, так і концентрація хлоридної кислоти. Так, при певних умовах проведення експериментів було отримано сорбційні матеріали із величиною питомої поверхні 140 м2/г, що значно перевищує таку для вихідного каоліну, яка становить 9 м2/г. Встановлено значне підвищення сорбційної здатності кислотно активованих зразків у порівнянні з вихідною глиною та її термічно обробленими формами. Величина максимальної сорбції метиленового блакитного для кислотно активованих зразків перевищує таку для природного каоліну майже у 2 рази та досягає 16 мг/г.

Біографії авторів

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

Аспірантка

Кафедра хімічної технології кераміки та скла

Ірина Михайлівна Яйченя, Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського»

Кафедра хімічної технології кераміки та скла

Наталія Андріївна Загороднюк, 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 технічних 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

Посилання

  1. Yagub, M. T., Sen, T. K., Afroze, S., Ang, H. M. (2014). Dye and its removal from aqueous solution by adsorption: A review. Advances in Colloid and Interface Science, 209, 172–184. doi: http://doi.org/10.1016/j.cis.2014.04.002
  2. Wang, G., Wang, Y., Liu, Y., Liu, Z., Guo, Y., Liu, G. et. al. (2009). Synthesis of highly regular mesoporous Al-MCM-41 from metakaolin. Applied Clay Science, 44 (1-2), 185–188. doi: http://doi.org/10.1016/j.clay.2008.12.002
  3. Kornilovych, B. Yu., Andriievska, O. R., Plemiannikov, M. M., Spasonova, L. M. (2013). Fizychna khimiia kremnezemu i nanodyspersnykh sylikativ. Kyiv: «Osvita Ukrainy», 178.
  4. Liu, Q.-X., Zhou, Y.-R., Wang, M., Zhang, Q., Ji, T., Chen, T.-Y., Yu, D.-C. (2019). Adsorption of methylene blue from aqueous solution onto viscose-based activated carbon fiber felts: Kinetics and equilibrium studies. Adsorption Science & Technology, 37 (3-4), 312–332. doi: http://doi.org/10.1177/0263617419827437
  5. Mohmoud, A., Rakass, S., Oudghiri Hassani, H., Kooli, F., Abboudi, M., Ben Aoun, S. (2020). Iron Molybdate Fe2(MoO4)3 Nanoparticles: Efficient Sorbent for Methylene Blue Dye Removal from Aqueous Solutions. Molecules, 25 (21), 5100. doi: http://doi.org/10.3390/molecules25215100
  6. Rafatullah, M., Sulaiman, O., Hashim, R., Ahmad, A. (2010). Adsorption of methylene blue on low-cost adsorbents: A review. Journal of Hazardous Materials, 177 (1-3), 70–80. doi: http://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2009.12.047
  7. Staroń, P., Chwastowski, J., Banach, M. (2019). Sorption behavior of methylene blue from aqueous solution by raphia fibers. International Journal of Environmental Science and Technology, 16 (12), 8449–8460. doi: http://doi.org/10.1007/s13762-019-02446-9
  8. Albadarin, A. B., Mangwandi, C. (2015). Mechanisms of Alizarin Red S and Methylene blue biosorption onto olive stone by-product: Isotherm study in single and binary systems. Journal of Environmental Management, 164, 86–93. doi: http://doi.org/10.1016/j.jenvman.2015.08.040
  9. Bennani, K. A., Mounir, B., Hachkar, M., Bakasse, M., Yaacoubi, A. (2015). Adsorption of cationic dyes onto Moroccan clay: Application for industrial wastewater treatment. Journal of Materials and Environmental Science, 6, 2483–2500.
  10. Al-Futaisi, A., Jamrah, A., Al-Hanai, R. (2007). Aspects of cationic dye molecule adsorption to palygorskite. Desalination, 214 (1-3), 327–342. doi: http://doi.org/10.1016/j.desal.2006.10.024
  11. Rida, K., Bouraoui, S., Hadnine, S. (2013). Adsorption of methylene blue from aqueous solution by kaolin and zeolite. Applied Clay Science, 83-84, 99–105. doi: http://doi.org/10.1016/j.clay.2013.08.015
  12. Behilil, A., Lancene, D., Zahraoui, B., Belhachemi, M., Benmehdi, H., Choukchou-Braham, A. (2020). Natural and Modified Clays for the Removal of Cationic Dye from Water. Environmental and Climate Technologies, 24 (1), 562–579. doi: http://doi.org/10.2478/rtuect-2020-0035
  13. Fabbri, B., Gualtieri, S., Leonardi, C. (2013). Modifications induced by the thermal treatment of kaolin and determination of reactivity of metakaolin. Applied Clay Science, 73, 2–10. doi: http://doi.org/10.1016/j.clay.2012.09.019
  14. Luo, J., Jiang, T., Li, G., Peng, Z., Rao, M., Zhang, Y. (2017). Porous Materials from Thermally Activated Kaolinite: Preparation, Characterization and Application. Materials, 10 (6), 647. doi: http://doi.org/10.3390/ma10060647
  15. Panda, A. K., Mishra, B. G., Mishra, D. K., Singh, R. K. (2010). Effect of sulphuric acid treatment on the physico-chemical characteristics of kaolin clay. Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects, 363 (1-3), 98–104. doi: http://doi.org/10.1016/j.colsurfa.2010.04.022
  16. Gao, W., Zhao, S., Wu, H., Deligeer, W., Asuha, S. (2016). Direct acid activation of kaolinite and its effects on the adsorption of methylene blue. Applied Clay Science, 126, 98–106. doi: http://doi.org/10.1016/j.clay.2016.03.006
  17. Vasilev, N. G., Goncharuk, V. V. (1992). Prirodnye silikaty: stroenie, svoistva i reaktcionnaia sposobnost. Kyiv: Naukova dumka, 173.
  18. Boukhemkhem, A., Rida, K. (2017). Improvement adsorption capacity of methylene blue onto modified Tamazert kaolin. Adsorption Science & Technology, 35 (9-10), 753–773. doi: http://doi.org/10.1177/0263617416684835
  19. Moore, D. M., Reynolds, R. C. Jr. (1997). X-Ray Diffraction and the Identification and Analysis of Clay Minerals. Oxford University Press, 400.
  20. Landoulsi, O., Megriche, A., Calvet, R., Espitalier, F., Ferreira, J. M. F., Mgaidi, A. (2013). Effects of Heating and Acid Activation on the Structure and Surface Properties of a Kaolinite-illite-smectite Clayey Mixture. The Open Mineral Processing Journal, 6 (1), 13–20. doi: http://doi.org/10.2174/1874841401306010013

##submission.downloads##

Опубліковано

2022-04-15

Як цитувати

Бондарєва, А. І., Яйченя, І. М., Загороднюк, Н. А., Тобілко, В. Ю., & Павленко, В. М. (2022). Очищення вод від катіонних органічних барвників керамічними матеріалами на основі каоліну. Technology Audit and Production Reserves, 2(3(64), 10–16. https://doi.org/10.15587/2706-5448.2022.254584

Номер

Том 2 № 3(64) (2022): Хімічна інженерія

Розділ

Екологія та технології захисту навколишнього середовища: Оригінальне дослідження

Ліцензія

Авторське право (c) 2022 Antonina Bondarieva, Iryna Yaichenia, Nataliia Zahorodniuk, Viktoriia Tobilko, Volodymyr Pavlenko

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.