СОРБЦІЙНЕ ВИЛУЧЕННЯ ІОННИХ ФОРМ КУПРУМУ(ІІ) З ВОДНИХ РОЗЧИНІВ МАГНІТОЧУТЛИВИМ НАНОКОМПОЗИТОМ З ГІДРОКСИАПАТИТНОЮ ПОВЕРХНЕЮ
DOI:
https://doi.org/10.32782/naturaljournal.10.2024.6Ключові слова:
магнетит, гідроксиапатит, іонні форми Купруму(ІІ), сорбція іонів, кінетика сорбції, ізотерми сорбції, хімія поверхні, колоїдна хіміяАнотація
У роботі синтезовано нанорозмірний магнетит методом Елмора та досліджено його структуру набором фізико-хімічних методів. Визначено, що середній розмір кристалітів становить 3–23 нм, частинки сферичної форми, що здатні до агрегації. Виконано модифікування поверхні магнетиту нанорозмірним гідроксиапатитом золь-гель методом та проведено порівняльний аналіз сорбційної активності утвореного нанокомпозиту. Встановлено, що при рН = 7,5 ступінь вилучення іонних форм Купруму(ІІ) для Fe3O4 становить 64,7%, а для Fe3O4/ГА 87,5% відповідно. Найкраще сорбція іонних форм Купруму(ІІ) відбувається у діапазоні рН 6,5–8,5. Визначено, що за перші 30 хвилин від початку контакту вилучається понад 50% іонних форм Купруму(ІІ) з розчину обома поверхнями, а максимального значення досягає після 60 хвилин від початку контакту. Сорбційна рівновага настає через 75 хвилин контакту сорбат-сорбент. Встановлено, що кінетичні залежності адекватно описуються моделлю псевдо-другого порядку. Показано, що характер кривих ізотерм нагадує криві ізотерми Ленгмюра (L2 – тип) відповідно до класифікації Гільса з виходом на насичення. Сорбційна ємність становить 21,6 та 29,2 мг/г для Fe3O4 та Fe3O4/ГА відповідно. Визначено, що для обох поверхонь ізотерма сорбції іонних форм Купруму(ІІ) описується моделлю Ленгмюра. Це означає, що сорбція іонних форм відбувається на гомогенних (однорідних) центрах поверхні, де всі активні центри є енергетично однорідними і на поверхні може утворюватись лише мономолекулярний шар сорбату. На основі термодинамічних розрахунків енергій Гіббса процесу сорбції за стандартних умов визначено, що сорбція іонних форм Купруму(ІІ) з водних розчинів обома поверхнями має спонтанний характер, а величина теплоти сорбції вказує на чисто фізичну сорбцію іонних форм з розчинів поверхнями Fe3O4 та Fe3O4/ГА. Показано перспективність нанокомпозиту Fe3O4/ГА у якості сорбента іонних форм Купруму(ІІ).
Посилання
Абрамов М.В., Кусяк А.П., Камінський О.М., Туранська С.П., Петрановська А.Л., Кусяк Н.В., Туров В.В., Горбик П.П. Синтез та властивості магніточутливих поліфункціональних нанокомпозитів для застосування в онкології. Поверхня. 2017. № 9 (24). С. 165–198. [Електронний ресурс]. URL: http://eprints.zu.edu.ua/id/eprint/27170 (дата звернення 20.09.2024).
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 10.10.2024).
Камінський О.М., Денисюк Р.О., Чайка М.В., Писаренко С.В., Панасюк Д.Ю. Сорбція йонних форм Цинку(ІІ) з водних розчинів поверхнями магніточутливих нанокомпозитів, модифікованих гідроксиапатитом. Український журнал природничих наук. 2023. № 5. С. 70–79. https://doi.org/10.32782/naturaljournal.5.2023.8.
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. [Електронний ресурс]. URL: http://eprints.zu.edu.ua/id/eprint/17677 (дата звернення 15.09.2024).
Al-Saydeh S.A., El-Naas M.H., Zaidi S.J. Copper removal from industrial wastewater: A comprehensive review. Journal of Industrial and Engineering Chemistry. 2017. Vol. 56. P. 35–44. https://doi.org/10.1016/j.jiec.2017.07.026.
Baes Ch.F., Mesmer R.E. The hydrolysis of cations. Wiley: New Jork. 1976. 512 p.
Bazargan-Lari R., Zafarani H.R., Bahrololoom M.E., Nemati A. Removal of Cu(II) ions from aqueous solutions by low-cost natural hydroxyapatite/chitosan composite: Equilibrium, kinetic and thermodynamic studies. Journal of the Taiwan Institute of Chemical Engineers. 2014. Vol. 45. № 4. P. 1642–1648. https://doi.org/10.1016/j.jtice.2013.11.009.
Butrin N., Rueangchai N., Noisong P., Sansuk S. Synthesis of hydroxyapatite/activated carbon composite with bioactivity property and copper ion removal efficiency. Materials Today Communications. 2024. Vol. 40. 109615 p. https://doi.org/10.1016/j.mtcomm.2024.109615.
Chaabane L., Beyou E., Luneau D., Baouab M.H.V. Functionalization of graphene oxide sheets with magnetite nanoparticles for the adsorption of copper ions and investigation of its potential catalytic activity toward the homocoupling of alkynes under green conditions. Journal of Catalysis. 2020. Vol. 388. P. 91–103. https://doi.org/10.1016/j.jcat.2020.04.019.
Chukanov N.V., Chervonnyi A.D. IR Spectra of Minerals and Related Compounds, and Reference Samples’ Data. In: Infrared Spectroscopy of Minerals and Related Compounds. Springer Mineralogy. Springer, Cham. 2016. https://doi.org/10.1007/978-3-319-25349-7_2.
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 20.09.2024).
Frolova L.A., Hrydnieva T.V. Synthesis, structural, magnetic and photocatalytic properties of MFe2O4 (M=Co, Mn, Zn) ferrite nanoparticles obtained by plasmachemical method. Journal of Chemistry and Technologies. 2020. Vol. 28 (2). Р. 202–210. https://dx.doi.org/10.15421/082022.
Kumar P., Kumar Patel A., Singhania R.R., Chen Ch.-W., Saratale R.G., Dong Ch.-D. Enhanced copper (II) bioremediation from wastewater using nano magnetite (Fe3O4) modified biochar of Ascophyllum nodosum. Bioresource Technology. 2023. Vol. 388. 129654 p. https://doi.org/10.1016/j.biortech.2023.129654.
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. Vol. 38. 101574 p. 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. Journal of Nanostructure in Chemistry. 2015. Vol. 5. № 3. Р. 275–285. https://doi.org/10.1007/s40097-015-0159-9.
Pooladi A., Bazargan-Lari R. Simultaneous removal of copper and zinc ions by Chitosan/Hydroxyapatite/nano-Magnetite composite. Journal of Materials Research and Technology. 2020. Vol. 9. № 6. P. 14841–14852. https://doi.org/10.1016/j.jmrt.2020.10.057.
Shahrashoub M., Bakhtiari S. The efficiency of activated carbon/magnetite nanoparticles composites in copper removal: Industrial waste recovery, green synthesis, characterization, and adsorption-desorption studies. Microporous and Mesoporous Materials. 2021. Vol. 311. 110692 р. https://doi.org/10.1016/j.micromeso.2020.110692.
Szcze A., Ho L., Chibowski E. Synthesis of hydroxyapatite for biomedical applications. Advances in Colloid and Interface Science. 2017. Vol. 249. Р. 321–330. https://doi.org/10.1016/j.cis.2017.04.007.
