Видалення метиленового блакитного з води силікагелем, модифікованим оксидом нікелю

Автор(и)

  • Цзюньцзє Юй Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», Україна http://orcid.org/0000-0003-1206-8494
  • Вікторія Юріївна Тобілко Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», Україна https://orcid.org/0000-0002-1800-948X

DOI:

https://doi.org/10.15587/2706-5448.2024.319822

Ключові слова:

адсорбція, органічні барвники, модифікування, нікель (ІІ) оксид, очищення вод, силікагель

Анотація

Об’єктами дослідження є сорбційні матеріали на основі комерційного силікагелю та нікель (II) оксиду з різним масовим співвідношенням NiO до SiO2: 1:1 та 0.5:1. Для одержання маких матеріалів не потрібно дорогих реагентів та складних схем синтезу. Крім того, вони відрізняються хімічною стабільністю, контрольованою морфологією та мають значну кількість реакційноздатних функціональних груп, що сприяє високій адсорбційній здатності до різного роду забруднень.

Морфологію композиційних сорбентів вивчено з допомогою методу електронної мікроскопії, наявність кристалічної фази оксиду нікелю на аморфній поверхні силікагелю досліджено рентгенофазовим аналізом, а успішне нанесення шару нікельвмісних сполук підтверджено інфрачервоною спектроскопією.

Методом низькотемпературної адсорбції/десорбції азоту визначено основні параметри мезопористої структури зразків. Встановлено, що при збільшенні кількості нанесеного оксидного шару питома поверхня та об’єм пор отриманих сорбентів зменшуються у 1,5–2 рази порівняно з вихідним силікагелем.

Досліджено фізико-хімічні особливості вилучення барвника метиленового блакиткого нікельвмісними композитами на основі силікагелю. Встановлено, що модифікування поверхні SiO2 нікель (II) оксидом призводить до підвищення сорбційної здатності матеріалів по відношенню до катіонних барвників. Показано, що найвищу сорбційну здатність має зразок з масовим співвідношенням NiO до SiO2 рівному 0.5:1. Величина максимальної сорбції становить 21 мг/г, що в майже 2 рази перевищує таку для вихідного силікагелю. Кінетика адсорбції адекватно описується моделями псевдо-першого та псевдо-другого порядків, що вказує на високу спорідненість метиленового блакитного з поверхнею таких зразків.

Отримані результати вказують на те, що одержані сорбційні матеріали на основі комерційного силікагелю та нікель (II) оксиду можна застосовувати при очищенні вод, забруднених органічними катіонними барвниками.

Біографії авторів

Цзюньцзє Юй, Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського»

Аспірант

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

Посилання

  1. Natarajan, S., Bajaj, H. C., Tayade, R. J. (2018). Recent advances based on the synergetic effect of adsorption for removal of dyes from waste water using photocatalytic process. Journal of Environmental Sciences, 65, 201–222. https://doi.org/10.1016/j.jes.2017.03.011
  2. Saruchi, Kumar, V., Dhami, J. K., Rehani, V., Singh, M. (2022). Synthesis and characterization of Aloe-vera-poly(acrylic acid)-Cu-Ni-bionanocomposite: its evaluation as removal of carcinogenic dye malachite green. Journal of Polymer Research, 29 (2). https://doi.org/10.1007/s10965-022-02898-7
  3. Verma, N., Chundawat, T. S., Chandra, H., Vaya, D. (2023). An efficient time reductive photocatalytic degradation of carcinogenic dyes by TiO2-GO nanocomposite. Materials Research Bulletin, 158, 112043. https://doi.org/10.1016/j.materresbull.2022.112043
  4. Kyzas, G., Fu, J., Matis, K. (2013). The Change from Past to Future for Adsorbent Materials in Treatment of Dyeing Wastewaters. Materials, 6 (11), 5131–5158. https://doi.org/10.3390/ma6115131
  5. Ahmad, A., Mohd-Setapar, S. H., Chuong, C. S., Khatoon, A., Wani, W. A., Kumar, R., Rafatullah, M. (2015). Recent advances in new generation dye removal technologies: novel search for approaches to reprocess wastewater. RSC Advances, 5 (39), 30801–30818. https://doi.org/10.1039/c4ra16959j
  6. 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. https://doi.org/10.1016/j.cis.2014.04.002
  7. Heidarinejad, Z., Dehghani, M. H., Heidari, M., Javedan, G., Ali, I., Sillanpää, M. (2020). Methods for preparation and activation of activated carbon: a review. Environmental Chemistry Letters, 18 (2), 393–415. https://doi.org/10.1007/s10311-019-00955-0
  8. Paul Nayagam, J. O., Prasanna, K. (2022). Utilization of shell-based agricultural waste adsorbents for removing dyes: A review. Chemosphere, 291, 132737. https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2021.132737
  9. Hambisa, A. A., Regasa, M. B., Ejigu, H. G., Senbeto, C. B. (2022). Adsorption studies of methyl orange dye removal from aqueous solution using Anchote peel-based agricultural waste adsorbent. Applied Water Science, 13 (1). https://doi.org/10.1007/s13201-022-01832-y
  10. Jiang, Z., Hu, D. (2019). Molecular mechanism of anionic dyes adsorption on cationized rice husk cellulose from agricultural wastes. Journal of Molecular Liquids, 276, 105–114. https://doi.org/10.1016/j.molliq.2018.11.153
  11. Moharm, A. E., El Naeem, G. A., Soliman, H. M. A., Abd-Elhamid, A. I., El-Bardan, A. A., Kassem, T. S. et al. (2022). Fabrication and Characterization of Effective Biochar Biosorbent Derived from Agricultural Waste to Remove Cationic Dyes from Wastewater. Polymers, 14 (13), 2587. https://doi.org/10.3390/polym14132587
  12. Samantray, J., Anand, A., Dash, B., Ghosh, M. K., Behera, A. K. (2022). Silicate minerals – Potential source of potash – A review. Minerals Engineering, 179, 107463. https://doi.org/10.1016/j.mineng.2022.107463
  13. Li, H., Chen, X., Shen, D., Wu, F., Pleixats, R., Pan, J. (2021). Functionalized silica nanoparticles: classification, synthetic approaches and recent advances in adsorption applications. Nanoscale, 13 (38), 15998–16016. https://doi.org/10.1039/d1nr04048k
  14. Goswami, B., Mahanta, D. (2019). Polyaniline coated nickel oxide nanoparticles for the removal of phenolic compounds: Equilibrium, kinetics and thermodynamic studies. Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects, 582, 123843. https://doi.org/10.1016/j.colsurfa.2019.123843
  15. El-Qanni, A., Nassar, N. N., Vitale, G. (2017). Experimental and computational modeling studies on silica-embedded NiO/MgO nanoparticles for adsorptive removal of organic pollutants from wastewater. RSC Advances, 7 (23), 14021–14038. https://doi.org/10.1039/c7ra00615b
  16. Mustafa, S., Mahmood, F., Shafqat, U., Hussain, S., Shahid, M., Batool, F. et al. (2023). The Biosynthesis of Nickel Oxide Nanoparticles: An Eco-Friendly Approach for Azo Dye Decolorization and Industrial Wastewater Treatment. Sustainability, 15 (20), 14965. https://doi.org/10.3390/su152014965
  17. Rubab, R., Ali, S., Rehman, A. U., Khan, S. A., Khan, A. M. (2021). Templated synthesis of NiO/SiO2 nanocomposite for dye removal applications: Adsorption kinetics and thermodynamic properties. Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects, 615, 126253. https://doi.org/10.1016/j.colsurfa.2021.126253
  18. El Ghmari, B., Farah, H., Ech-Chahad, A. (2023). Biosynthesis, Characterization of Nickel (II) Oxide Nanoparticles NiO and their High-Efficient Photocatalytic Application. International Journal of Nanoscience and Nanotechnology, 19 (3), 135–147. https://doi.org/10.22034/ijnn.2023.560608.2262
  19. Rebelo, Q. H. F., Ferreira, C. S., Santos, P. L., Bonacin, J. A., Passos, R. R., Pocrifka, L. A., Paula, M. M. S. (2018). Synthesis and characterization of a nanocomposite NiO/SiO2 from a sustainable source of SiO2. Particulate Science and Technology, 37 (8), 911–915. https://doi.org/10.1080/02726351.2018.1455781
  20. Ferreira, C. S., Santos, P. L., Bonacin, J. A., Passos, R. R., Pocrifka, L. A. (2015). Rice Husk Reuse in the Preparation of SnO2/SiO2Nanocomposite. Materials Research, 18 (3), 639–643. https://doi.org/10.1590/1516-1439.009015
  21. Murashkevich, A. N., Lavitskaya, A. S., Barannikova, T. I., Zharskii, I. M. (2008). Infrared absorption spectra and structure of TiO2-SiO2 composites. Journal of Applied Spectroscopy, 75 (5), 730–734. https://doi.org/10.1007/s10812-008-9097-3
  22. Yu, J., Bondarieva, A., Tobilko, V., Pavlenko, V. (2024). Adsorption removal of cu (II) using ni-modified silica gel. water and water purification technologies. Scientific and technical news, 37 (3), 3–12. https://doi.org/10.20535/2218-930032023302423
  23. Andersson, K. I., Eriksson, M., Norgren, M. (2011). Removal of Lignin from Wastewater Generated by Mechanical Pulping Using Activated Charcoal and Fly Ash: Adsorption Isotherms and Thermodynamics. Industrial & Engineering Chemistry Research, 50 (13), 7722–7732. https://doi.org/10.1021/ie200378s
Removal of methylene blue from water by NiO-modified silica gel

##submission.downloads##

Опубліковано

2024-12-31

Як цитувати

Юй, Ц., & Тобілко, В. Ю. (2024). Видалення метиленового блакитного з води силікагелем, модифікованим оксидом нікелю. Technology Audit and Production Reserves, 6(3(80), 47–52. https://doi.org/10.15587/2706-5448.2024.319822

Номер

Том 6 № 3(80) (2024): Хімічна інженерія

Розділ

Екологія та технології захисту навколишнього середовища

Ліцензія

Авторське право (c) 2024 Junjie Yu, Viktoriia Tobilko

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.