Increasing the sorption capacity of the native form of clinoptylolite for Mn2+ ions to obtain sorbents modified with manganese oxides

Марта Андріївна Пиріг; Зеновій Орестович Знак

doi:10.15587/2706-5448.2025.323870

Автор(и)

Марта Андріївна Пиріг Національний університет «Львівська політехніка», Україна https://orcid.org/0009-0001-8487-3428
Зеновій Орестович Знак Національний університет «Львівська політехніка», Україна https://orcid.org/0000-0002-3871-4063

DOI:

https://doi.org/10.15587/2706-5448.2025.323870

Ключові слова:

сорбційна здатність, іони мангану(ІІ), оксиди марганцю, окислювальний каталіз, очищення води, іони заліза, сірководень

Анотація

Об’єктом дослідження був процес сорбції іонів Mn²⁺природним кліноптилолітом (нативна форма) під впливом ультразвукового (УЗ) випромінювання з подальшим отриманням сорбентів, модифікованих оксидами марганцю, які мають додаткову каталітичну та окислювальну здатність. Такі сорбенти з додатковими функціями знайдуть широке застосування в процесах очищення води від іонів заліза та марганцю, сірководню та ряду органічних сполук, а також високодисперсних і колоїдних часток. Це дозволить поєднати процеси очищення дисперсних частинок і розчинних сполук Fe²⁺, Mn²⁺, сульфідів. Дослідження проводили з кліноптилолітом фракції 1,0–1,5 мм, який використовується в процесах очищення води. Встановлено, що нативна форма кліноптилоліту має меншу сорбційну здатність до Mn²⁺порівняно з кліноптилолітом, попередньо збагаченим вимиванням домішок. Процес модифікації кліноптилоліту під впливом ультразвуку дозволив значно підвищити сорбційну здатність цеоліту щодо іонів Mn²⁺порівняно не лише з нативною формою кліноптилоліту, але й з попередньо збагаченою. Так, при потужності ультразвуку 8,0; 10,2 і 12,5 Вт сорбційна ємність нативної форми кліноптилоліту зросла на 1,66; 2,14 та 2,41 рази, порівняно з контрольним дослідом (без УЗ). Порівняно зі збагаченим кліноптилолітом також спостерігається збільшення сорбційної ємності, хоча й дещо менше: при ступенях 8,0; 10,2 і 12,5 Вт він збільшився на 1,14; 1,47 і 1,65 рази. Встановлено, що підвищення температури мало впливає на величину сорбційної ємності кліноптилоліту. Значення температурного коефіцієнта g, близьке до 1,1, свідчить про перебіг процесу в області дифузії. EDX аналіз показав, що сорбція іонів Mn²⁺відбувається переважно за механізмом селективного іонного обміну. Сорбційна здатність модифікованого в адіабатичних умовах кліноптилоліту нижча, ніж в ізотермічних. Однак цей спосіб модифікування має перспективи при більшому масовому співвідношенні розчину модифікації та цеоліту. Отримані результати мають перспективу використання для отримання сорбентів на основі природного кліноптилоліту з додатковими каталітичними властивостями.

Біографії авторів

Марта Андріївна Пиріг, Національний університет «Львівська політехніка»

Аспірант

Кафедра хімії і технології неорганічних речовин

Зеновій Орестович Знак, Національний університет «Львівська політехніка»

Доктор технічних наук, професор

Кафедра хімії і технології неорганічних речовин

Посилання

Lei, L., Yao, Z., Zhou, J., Zheng, W., Wei, B., Zu, J., Yan, K. (2021). Hydrangea-like Ni/NiO/C composites derived from metal-organic frameworks with superior microwave absorption. Carbon, 173, 69–79. https://doi.org/10.1016/j.carbon.2020.10.093
Hao, L., Meng, X., Wang, C., Wu, Q., Wang, Z. (2019). Preparation of nickel-doped nanoporous carbon microspheres from metal-organic framework as a recyclable magnetic adsorbent for phthalate esters. Journal of Chromatography A, 1605, 460364. https://doi.org/10.1016/j.chroma.2019.460364
Liu, X., Wang, C., Wu, Q., Wang, Z. (2015). Metal-organic framework-templated synthesis of magnetic nanoporous carbon as an efficient absorbent for enrichment of phenylurea herbicides. Analytica Chimica Acta, 870, 67–74. https://doi.org/10.1016/j.aca.2015.02.036
Li, D., He, M., Chen, B., Hu, B. (2019). Metal organic frameworks-derived magnetic nanoporous carbon for preconcentration of organophosphorus pesticides from fruit samples followed by gas chromatography-flame photometric detection. Journal of Chromatography A, 1583, 19–27. https://doi.org/10.1016/j.chroma.2018.11.012
Wei, X., Wang, Y., Chen, J., Xu, F., Liu, Z., He, X. et al. (2020). Adsorption of pharmaceuticals and personal care products by deep eutectic solvents-regulated magnetic metal-organic framework adsorbents: Performance and mechanism. Chemical Engineering Journal, 392, 124808. https://doi.org/10.1016/j.cej.2020.124808
Mashkuri, A., Saljooqi, A., Tohidiyan, Z. (2017). Nano clay Ni/NiO nanocomposite new sorbent for separation and preconcentration dibenzothiophene from crude prior to UV–vis spectrophotometery determination. Analytical Chemistry Research, 12, 47–51. https://doi.org/10.1016/j.ancr.2017.02.002
Mastinu, A., Kumar, A., Maccarinelli, G., Bonini, S. A., Premoli, M., Aria, F. et al. (2019). Zeolite Clinoptilolite: Therapeutic Virtues of an Ancient Mineral. Molecules, 24 (8), 1517. https://doi.org/10.3390/molecules24081517
Brambilla, D., Mancuso, C., Scuderi, M. R., Bosco, P., Cantarella, G., Lempereur, L., Di Benedetto, G., Pezzino, S., Bernardini, R. (2008). The role of antioxidant supplement in immune system, neoplastic, and neurodegenerative disorders: a point of view for an assessment of the risk/benefit profile. Nutrition Journal, 7 (1), 29–38. https://doi.org/10.1186/1475-2891-7-29
Reháková, M., Čuvanová, S., Dzivák, M., Rimár, J., Gaval’ová, Z. (2004). Agricultural and agrochemical uses of natural zeolite of the clinoptilolite type. Current Opinion in Solid State and Materials Science, 8 (6), 397–404. https://doi.org/10.1016/j.cossms.2005.04.004
Mkilima, T., Devrishov, D., Assel, K., Ubaidulayeva, N., Tleukulov, A., Khassenova, A. et al. (2022). Natural Zeolite for The Purification of Saline Groundwater and Irrigation Potential Analysis. Molecules, 27 (22), 7729. https://doi.org/10.3390/molecules27227729
Margeta, K., Zabukovec, N., Siljeg, M., Farkas, A. (2013). Natural Zeolites in Water Treatment – How Effective is Their Use. Water Treatment. https://doi.org/10.5772/50738
Pandová, I., Rimár, M., Panda, A., Valíček, J., Kušnerová, M., Harničárová, M. (2020). A Study of Using Natural Sorbent to Reduce Iron Cations from Aqueous Solutions. International Journal of Environmental Research and Public Health, 17 (10), 3686. https://doi.org/10.3390/ijerph17103686
Znak, Z., Zin, O., Mashtaler, A., Korniy, S., Sukhatskiy, Yu., Gogate, P. R. et al. (2021). Improved modification of clinoptilolite with silver using ultrasonic radiation. Ultrasonics Sonochemistry, 73, 105496. https://doi.org/10.1016/j.ultsonch.2021.105496
Colella, C. (2005). Natural zeolites. Zeolites and Ordered Mesoporous Materials: Progress and Prospects, 13–40. https://doi.org/10.1016/s0167-2991(05)80004-7
Ivanenko, O. I., Krysenko, D. A., Krysenko, T. V., Tobilko, V. Yu. (2020). Use of natural zeolite of sokyrnytsа deposit for obtaining oxide-manganese catalyst for carbon monoxide oxidation. Visnyk KhNTU, 3 (74), 26–37. https://doi.org/10.35546/kntu2078-4481.2020.3.3
Znak, Z., Kochubei, V. (2023). Influence of Natural Clinoptilolite Modification with Ions and Zero-Valent Silver on Its Sorption Capacity. Chemistry & Chemical Technology, 17 (3), 646–654. https://doi.org/10.23939/chcht17.03.646
Pyrih, M. A., Znak, Z. O. (2024). Study of sorption of Мn2+ ions by natural clinoptilolite. Chemistry, Technology and Application of Substances, 7 (2), 40–46. https://doi.org/10.23939/ctas2024.02.040