Синтез Fe-алюмосиликатных материалов на основе монтмориллонита и тестирование их сорбционных свойств

Сэсэгма Цыреторовна  Ханхасаева; Саяна Васильевна Бадмаева; Марина Владимировна  Ухинова

doi:10.17308/sorpchrom.2022.22/10609

Сэсэгма Цыреторовна Ханхасаева Байкальский институт природопользования СО РАН, Улан-Удэ, Россия
Саяна Васильевна Бадмаева Байкальский институт природопользования СО РАН, Улан-Удэ, Россия
Марина Владимировна Ухинова Байкальский институт природопользования СО РАН, Улан-Удэ, Россия

DOI: https://doi.org/10.17308/sorpchrom.2022.22/10609

Ключевые слова: монтмориллонит, природная глина, оксид железа, адсорбция, анионный краситель

Аннотация

В данной работе представлены результаты синтеза Fe-алюмосиликатных материалов и изучения их физико-химических и адсорбционных свойств. Актуальность исследования обусловлена необходимостью разработки альтернативных эффективных сорбентов на основе дешевого природного сырья, которые смогли бы заменить дорогостоящие активные угли и полимерные сорбенты, которые в настоящее время используются в очистке производственных сточных вод от анионных загрязняющих веществ Из металлоксидных сорбентов наиболее привлекательными являются оксиды и гидроксиды железа, которые легко доступны благодаря их широкому распространению в природе, обладают низкой стоимостью и являются экологически безвредными. Увеличение сорбционной способности может быть достигнуто путем иммобилизации частиц оксидов железа на высокодисперсных носителях, что приводит к уменьшению размеров и увеличению поверхности сорбционно-активных оксидных частиц. Для синтеза Fe-алюмосиликатных материалов (Fe-АМ) использовали в качестве носителя монтмориллонитовую глину месторождения Тулдон (Республика Бурятия). Для нанесения железа применяли раствор трехъядерного ацетатного комплекса железа [Fe₃O(CH₃COO)₆(H₂O)₃]NO₃ (FeAc). Раствор FeAc добавляли к водной суспензии глины, выдерживали при комнатной температуре в течение 3 часов, отделяли твердую фазу от жидкой путем центрифугирования. Полученные материалы высушивали при комнатной температуре и прокаливали при 500^оС в течение 2 ч. Образцы были охарактеризованы химическим анализом, методами низкотемпературной адсорбции азота, ИК-спектроскопии и РФА. Методом ДСК показано, что при нагреве происходит разрушение комплекса FeAc с образованием гематита, что подтверждается данными РФА. Изучено влияние условий синтеза на физико-химические свойства полученных материалов. Применение ультразвуковой обработки глины в ходе синтеза способствовало формированию материалов с повышенным содержанием железа и с большей удельной поверхностью. Материалы, полученные при соотношении Fe/глина в модифицирующем растворе меньше 18 ммоль/г, характеризовались большей удельной поверхностью по сравнению с исходной глиной. Адсорбционные свойства изучали в водном растворе анионных красителей «Кислотный желтый 36» (КЖ) и «Прямой чисто-голубой», которые в больших концентрациях находятся в сточных водах предприятий текстильной промышленности. Показано, что Fe-алюмосиликатные материалы проявляют высокую эффективность в адсорбции красителя КЖ (до 265 мг/г при начальных концентрациях красителя 25-600 мг/дм³). Установлено, что они обладают большей адсорбционной способностью по сравнению с некоторыми активными углями в отношении анионного красителя КЖ и сохраняют высокую эффективность в трех его повторных циклах адсорбции-десорбции. Разработанные материалы могут представлять интерес в качестве дешевых регенерируемых сорбентов анионных загрязнителей сточных вод.

Скачивания

Данные скачивания пока не доступны.

Биографии авторов

Сэсэгма Цыреторовна Ханхасаева, Байкальский институт природопользования СО РАН, Улан-Удэ, Россия

д.х.н., Байкальский институт природопользования СО РАН, ведущий научный сотрудник, Улан-Удэ, Россия

Саяна Васильевна Бадмаева, Байкальский институт природопользования СО РАН, Улан-Удэ, Россия

к.х.н., Байкальский институт природопользования СО РАН, научный сотрудник, Улан-Удэ, Россия

Марина Владимировна Ухинова, Байкальский институт природопользования СО РАН, Улан-Удэ, Россия

инженер, Байкальский институт природопользования СО РАН, Улан-Удэ, Россия

Литература

Lellis B., Fávaro-Polonio C.Z., Pamphile J.A., Polonio J.C. Effects of textile dyes on health and the environment and bioremediation potential of living organisms. Bio-technology Research and Innovation. 2019; 3(2): 275-290. https://doi.org/10.1016/j.biori.2019.09.001

Alehina M.B., Kon'kova T.V., Ahnazarova S.L. Adsorption of organic dyes from aqueous solutions on the type Y zeo-lites. Sorbtsionnye i khromatograficheskie protsessy. 2016; 16(3): 281-290. (In Russ.)

Kumar E., Bhatnagar A., Hogland W., Marques M., Sillanpää M. Interaction of inorganic anions with iron-mineral adsorbents in aqueous media – A review. Advances in Colloid and Interface Science. 2014; 203: 11-21. https://doi.org/10.1016/j.cis.2013.10.026

Dutta S., Gupta B., Srivastava S.K., Gupta A.K. Recent advances on the removal of dyes from wastewater using various ad-sorbents: a critical review. Materials Advances. 2021; 2: 4497-4531. https://doi.org/10.1039/D1MA00354B

Yamanaka S., Hattori M. Iron oxide pillared clay. Catalysis Today. 1988; 2(2-3): 261-270. https://doi.org/10.1016/0920-5861(88)85008-9

Neskromnaja E.A., Melezhik A.V., Burakov A.E., Babkin A.V., Tkachev A.G. Patent RF, № 0002725822, 2020.

Metodika kolichestvennogo himich-eskogo analiza. Uskorennye himicheskie metody opredelenija porodoobrazujushhih jelementov v gornyh porodah i rudah. M. VIMS. 2005. 57 p. (In Russ.)

Opredelenie ionoobmennoj emkosti ceolitsoderzhashhej porody po pogloshhennomu ammoniju: otraslevaja metodika / Bogdanova V.I., Belickij I.A., Predeina L.M., Galaj G.I., Drobot I.V. Novosibirsk, Institut mineralogii i petrografii SO RAN. 1993. 21 p. (In Russ.)

PND F14.1:2.2-95 Metodika vy-polnenija izmerenij massovoj koncentracii zheleza v prirodnyh i stochnyh vodah foto-metricheskim metodom s o-fenantrolinom, 1995. (In Russ.)

Brindley G.W. and Brown G. Crystal structures of clay Minerals and their X-ray identification (Mineralogical Society Monograph No.5). Mineralogical Society of Great Britain and Ireland, 1983. p. 518.

Pljusnina I.I. Infrakrasnye spektry mineralov. M. Izd-vo Mosk. un-ta. 1976. 175 p. (In Russ.)

Gorjushkin V.V. Tehnologicheskie svojstva bentonitov paleocena Voronezhskoj anteklizy i vozmozhnosti ih izmenenija. Vestnik Voronezhskogo universiteta. Geologija. 2005; 1: 166-177. (In Russ.)

Kotikov D.A., Ivanovskaja M.I. Ispol'zovanie zol'-gel'-metoda dlja sinteza razlichnyh strukturnyh modifikacij oksida zheleza (III) v nanorazmernom sostojanii. Vestnik BGU. Ser. 2. 2005; 2: 11-15. (In Russ.)

Amores J.M., Escribano V.S., Busca G., Lopez E.F., Saidi M. Solid state chemistry of Fe–Ga mixed oxides. Journal of Materials Chemistry. 2001; 11: 3234-240. https://doi.org/10.1039/B103523C

Es-Sahbany H., Hsissou R., El Hachimi M. L., Allaoui M., Elyoubi M.S. Investigation of the adsorption of heavy metals (Cu, Co, Ni and Pb) in treatment synthetic wastewater using natural clay as a potential adsorbent (Sale-Morocco). Materials Today: Proceedings. 2021; 45: 7290-7298. https://doi.org/10.1016/j.matpr.2020.12.1100

Chaari I., Fakhfakh E., Medhioub M., and Jamoussi F. Comparative study on adsorption of cationic and anionic dyes by smectite rich natural clays. Journal of Molecular Structure. 2019; 1179: 672-677. https://doi.org/10.1016/j.molstruc.2018.11.039

Pechenjuk S.I., Semushina Ju.P., Kadyrova G.I. Geleobraznye oksigidroksidy i citrationy: konkurencija mezhdu adsorbciej i kompleksoobrazovaniem. Sorbtsionnye i khromatograficheskie protsessy. 2012; 12(5): 719-724. (In Russ.)

Malik P.K. Use of activated carbons prepared from sawdust and rice-husk for ad-sorption of acid dyes: a case study of Acid Yellow 36. Dyes and Pigments. 2003; 56: 239-249. http://dx.doi.org/10.1016/S0143-7208(02)00159-6

Guo X., Wei Q., Du B., Zhang Y., Xin X., Yan L., and Yu H. Removal of Metanil Yellow from water environment by amino functionalized graphenes (NH2-G) – Influence of surface chemistry of NH2-G. Applied Surface Science. 2013; 284: 862-869. https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2013.08.023

Koyuncu F., Güzel F., Sayğılı H. Role of optimization parameters in the pro-duction of nanoporous carbon from mandarin shells by microwave-assisted chemical activation and utilization as dye adsorbent. Advanced Powder Technology. 2018; 29(9); 2108-2118. https://doi.org/10.1016/j.apt.2018.05.019