СОРБЦІЯ ЙОННИХ ФОРМ ЦИНКУ (ІІ) ІЗ ВОДНИХ РОЗЧИНІВ ПОВЕРХНЯМИ МАГНІТОЧУТЛИВИХ НАНОКОМПОЗИТІВ, МОДИФІКОВАНИХ ГІДРОКСИАПАТИТОМ
DOI:
https://doi.org/10.32782/naturaljournal.5.2023.8Ключові слова:
сорбція іонів важких металів, йонні форми Цинк у(ІІ), магніточутливі наноматеріали, гідроксиапатит, магнетит, ізотерма адсорбції, хімія поверхні, колоїдна хіміяАнотація
Проблема якості питної води останніми десятиліттями дуже гостра. Масовий викид шкідливих речовин у навколишнє середовище, особливо йонів важких металів, які, серед іншого, можуть потрапляти під час бойових дій на території України, становить серйозну загрозу для живих організмів і може негативно вплинути на стабільність екосистеми. Отже, очищення забрудненої води до якості питної залишається досить актуальною проблемою. Однією з ефективних технологій очищення природних вод від йонів важких металів є сорбційне очищення, яке передбачає використання високоефективних сорбентів, що володіють необхідним набором фізико-хімічних властивостей. До таких матеріалів можна віднести магніточутливі наноматеріали на основі магнетиту, зокрема магнетит, поверхня якого модифікована гідроксиапатитом (Fe3O4/ГА). У роботі проведено синтез нанорозмірного магнетиту, методами електронної мікроскопії встановлено, що частинки магнетиту кулястої форми схильні до утворення агрегатів, що характеризуються розмірами 3–23 нм. Концентрація активних –ОН груп поверхні становить 2,2 ммоль/г за питомої площі поверхні Sпит = 90 м2/г. Здійснено модифікування магнетиту гідроксиапатитом золь-гель методом, визначено, що нанокомпозит містить активні –ОН групи поверхні, концентрація яких становить 2,2 ммоль/г за питомої площі поверхні Sпит = 110 м2/г. Визначено, що форма частинок нанокомпозиту не відрізняється від вихідного магнетиту, а середній розмір частинок становить 25–30 нм. Розрахунок середніх розмірів кристалітів як вихідного магнетиту, так і Fe3O4/ГА методом Шеррера показав, що одержані розрахункові дані добре узгоджуються з мікроскопічними дослідженнями. Досліджено сорбційну активність щодо йонних форм Цинку (ІІ) поверхнями магніточутливого нанорозмірного магнетиту (Fe3O4) та створеного на його основі нанокомпозиту магнетит/гідроксиапатит (Fe3O4/ГА). Установлено, що за умов статичної сорбції йонних форм Zn2+за 293 К та рН = 8,5 максимальний ступінь вилучення становить 65,2% для поверхні Fe3O4 та 98,5% для Fe3O4/ГА, а ємність сорбенту за вказаних умов сорбції становить 21,7 мг/г для Fe3O4 та 32,8 мг/г для Fe3O4/ГА відповідно. Визначено, що процес сорбції описується моделлю псевдо-другого порядку, а величина коефіцієнта розподілу на межі «сорбат – сорбент» вказує на те, що модифікування поверхні магнетиту покращує сорбційну здатність нанокомпозиту. Визначено, що процес сорбції відбувається на потенційно неоднорідних поверхнях, а величина енергії сорбції вказує на фізичну сорбцію йонних форм Цинку (ІІ) обома поверхнями. Показано перспективність використання магніточутливого нанокомпозиту Fe3O4/ГА як сорбенту йонних форм Цинку (ІІ) з водних розчинів.
Посилання
ВОДА ПИТНА Вимоги та методи контролювання якості ДСТУ 7525:2014 Видання офіційне [Електронний ресурс]. URL: https://zakon.isu.net.ua/sites/default/files/normdocs/1-10672-dstu_voda_pytna.pdf (дата звернення 10.10.2023).
Камінський О.М., Кусяк Н.В., Петрановська А.Л., Туранська С.П., Горбик П.П. Вплив природи поверхні наноструктур на основі однодоменного магнетиту на адсорбцію комплексів цис-дихлордиамінплатини (ІІ). Хімія, Фізика та Технологія Поверхні. 2013. Т. 4 (3). С. 283–292.
Камінський О.М., Кусяк Н.В., Петрановська А.Л., Абрамов М.В., Туранська С.П., Горбик П.П., Чехун В.Ф. Адсорбція комплексів цис-дихлордіамінплатини наноструктурами на основі магнетиту. Металофізика та новітні технології. 2013. Т. 35 (3). С. 389–406.
Abdullah N.H., Shameli K., Abdullah E.Ch., Abdullah L.Ch. Solid matrices for fabrication of magnetic iron oxide nanocomposites: Synthesis, properties, and application for the adsorption of heavy metal ions and dyes Composites Part B: Engineering 2019. V. 162. P. 538–568. https://doi.org/10.1016/j.compositesb.2018.12.075.
Azeez N.R., Salih S.S., Kadhom M., Mohammed H.N., Ghosh T.K. Enhanced termination of zinc and cadmium ions from wastewater employing plain and chitosan-modified mxenes: Synthesis, characterization, and adsorption performance Green Chemical Engineering. 2023. https://doi.org/10.1016/j.gce.2023.08.003.
Baes Ch. F., Mesmer R.E. The hydrolysis of cations. Wiley: NJ. 1976. 512 p.
Directive (EU) 2020/2184 of the European Parliament and of the Council of 16 December 2020 on the quality of water intended for human consumption [Електронний ресурс]. URL: https://www.legislation.gov.uk/eudr/2020/2184 (дата звернення 10.10.2023).
Erdemoğlu M., Sarıkaya M. Effects of heavy metals and oxalate on the zeta potential of magnetite. J. Colloid Interface Sci. 2006. V. 300 (2). Р. 795–804. https://doi.org/10.1016/j.jcis.2006.04.004.
Guo Sh., Jiao P., Dan Zh., Duan N., Zhang J., Chen G, Gao W. Synthesis of magnetic bioadsorbent for adsorption of Zn(II), Cd(II) and Pb(II) ions from aqueous solution Chemical Engineering Research and Design. 2017. V. 126. P. 217–231. http://dx.doi.org/10.1016/j.cherd.2017.08.025.
Onyango M., Kojima Y., Aoyi O., Bernardo E., Matsuda H. Adsorption equilibrium modeling and solution chemistry dependence of fluoride removal from water by trivalent-cation-exchanged zeolite F-9. Journal of Colloid and Interface Science. 2004. V. 279(2). P. 341–350. https://doi.org/10.1016/j.jcis.2004.06.038.
Pai Sh., Kini S., Selvaraj R., Pugazhendhi A. A review on the synthesis of hydroxyapatite, its composites and adsorptive removal of pollutants from wastewater Journal of Water Process Engineering. 2020. V. 38, 101574. https://doi.org/10.1016/j.jwpe.2020.101574.
Petranovska A.L., Abramov N.V., Turanska S.P., Gorbyk P.P., Kaminskiy A.N., Kusyak N.V. Adsorption of cis‑dichlorodiammineplatinum by nanostructures based on single-domain magnetite J. Nanostruct. Chem. 2015. V. 5(3). Р. 275–285. https://doi.org/10.1007/s40097-015-0159-9.
Skwarek E., Janusz W., Sternik D. Adsorption of citrate ions on hydroxyapatite synthetized by various methods J Radioanal Nucl Chem. 2014. V. 299(3). Р. 2027–2036. https://doi.org/10.1007/s10967-013-2825-z.
Szcze A., Ho L., Chibowski E. Synthesis of hydroxyapatite for biomedical applications Adv. Colloid Interface Sci. 2017. V. 249. Р. 321–330. https://doi.org/10.1016/j.cis.2017.04.007.
Tripathy S., Raichur A. Abatement of fluoride from water using manganese dioxide-coated activated alumina. Journal of Hazardous Materials. 2008. V. 153(3). P. 1043–1051. https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2007.09.100.
Zheltova V., Vlasova A., Bobrysheva N, Abdullin I, Semenov V, Osmolowsky M., Voznesenskiy M., Osmolovskaya O. Fe3O4@ HAp core–shell nanoparticles as MRI contrast agent: synthesis, characteri_zation and theoretical and experimental study of shell impact on magnetic proper ties. Applied Surface Science. 2020. V. 531. 147352. https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2020.147352.
