Композиционные аэрогели на основе восстановленного оксида графена, декорированного наночастицами оксидов железа, для сорбции тяжёлых и редкоземельных металлов из растворов сложного состава
Аннотация
Работа посвящена разработке перспективной технологии получения эффективных сорбционных материалов на основе модифицированных графеновых структур с использованием доступных и экологически чистых реагентов. В качестве исходного сырья для получения наночастиц оксидов железа использован доступный хлорид железа (III). Смешением растворов ацетата железа с дисперсией оксида графена с дальнейшим восстановлением гидроксидов железа до оксидов и оксида графена до графена аскорбиновой кислотой, получена устойчивая структура гидрогеля. С применением методов сушки в сверхкритическом изопропаноле синтезирован высокопористый аэрогель, модифицированный наночастицами оксидов железа. Полученный композиционный материал охарактеризован методами СЭМ, ПЭМ, XRD, БЭТ. Установлено, что в структуре аэрогеля наночастицы железа присутствуют в форме ферромагнитных оксидных фаз – γ-Fe2O3 и Fe3O4. Методом ПЭМ показано, что частицы равномерно распределены в углеродной матрице аэрогеля, средний размер идентифицированных наночастиц оксидов железа не превышает 100 нм. Методом XRD подтверждено восстановление оксида графена в процессе синтеза, а также наличие оксидов железа в структуре аэрогеля в предполагаемых ферромагнитных формах. Методом адсорбции/десорбции азота установлено, что структура аэрогеля представлена преимущественно микропорами. Величина удельной поверхности синтезированного аэрогеля составила – 670 м2/г. При адсорбции широкого ряда ионов металлов из слабокислых растворов сложного состава показана возможность эффективного комплексного извлечения редкоземельных элементов синтезированным аэрогелем. Суммарная степень извлечения превышает 80%, а по некоторым актинидам – 95%, при этом суммарная степень извлечения щелочноземельных элементов около 10%.
Скачивания
Литература
Zamora-Ledezma C., Negrete-Bolagay D., Figueroa F., Zamora-Ledezma E., Ni M., Alexis F., Guerrero V.H. Heavy metal water pollution: A fresh look about hazards, novel and conventional remediation methods. Environmental Technology & Innovation. 2021; 22: 101504. https://doi.org/10.1016/j.eti.2021.101504
Bolisetty S., Peydayesh M., Mezzenga R. Sustainable technologies for water purification from heavy metals: review and analysis. Chemical Society Reviews. 2019; 48: 463-487. https://doi.org/10.1039/C8CS00493E
Neskoromnaya E.A., Khamizov R.K., Melezhyk A.V., Memetova A.E., Mkrtchan E.S., Babkin A.V. Adsorption of lead ions (Pb2+) from wastewater using effective nanocomposite GO/CMC/FeNPs: Kinetic, isotherm, and desorption studies. Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects. 2022; 655: 130224. https://doi.org/10.1016/j.colsurfa.2022.130224
Ali I., Neskoromnaya E.A., Melezhik A.V. et al. Magnetically active nanocomposite aerogels: preparation, characterization and application for water treatment. J Porous Mater. 2022; 29: 545-557. https://doi.org/10.1007/s10934-021-01175-0
Liu X., Ma R., Wang X., Ma Ya., Yang Yo., Zhuang L., Zhang S., Jehan R., Chen J., Wang X. Graphene oxide-based materials for efficient removal of heavy metal ions from aqueous solution: A review. Environmental Pollution. 2019: 252(A): 62-73. https://doi.org/10.1016/j.envpol.2019.05.050
Zhan W., Gao L., Fu X., Siyal S.H., Sui G., Yang X. Green synthesis of amino-functionalized carbon nanotube-graphene hybrid aerogels for high performance heavy metal ions removal. Applied Surface Science. 2019; 467-46: 1122-1133. https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2018.10.248
Memetova A.E., Neskromnaya E.A., Zelenin А.D., Babkin A.V., Memetov N.R., Gerasimova А.V. Methane adsorption on graphene aerogel. Sorbtsionnye i khromatograficheskie protsessy. 2022. 22(1): 41-49. (In Russ.). https://doi.org/10.17308/sorpchrom.2022.22/9019
Quan L.D., Dang N.H., Tu T.H., Linh V.N.Ph., Thy Lu Thi Mong, Nam H.M., Phong M.T., Hieu N.H. Preparation of magnetic iron oxide/graphene aerogel nanocomposites for removal of bisphenol A from water. Synthetic Metals. 2019; 255: 116106. https://doi.org/10.1016/j.synthmet.2019.116106
Neskoromnaya E.A., Burakov A.E., Melezhik A.V. et al. Synthesis and Evaluation of Adsorption Properties of Reduced Graphene Oxide Hydro- and Aerogels Modified by Iron Oxide Nanoparticles. Inorg. Mater. Appl. Res. 2020; 11: 467-475. https://doi.org/10.1134/S2075113320020264
Trinh Thi T.Phuong Nguyet Xuan, Quang D.T., Tu, T.H. Nguyen Minh Dat, Linh Vu Ngoc Phuong, Cuong Le Van, Nghia Le Tran Trung, Loan Tran Thi, Hang Pham Thuy, Phuong Nguyen Thi Lien, Phong Mai Thanh, Nam Hoang Minh, Hieu Nguyen Huu Fabrication, characterization, and adsorption capacity for cadmium ions of graphene aerogels. Synthetic Metals. 2019; 247: 116-123. https://doi.org/10.1016/j.synthmet.2018.11.020
Huang Z.G., Guo Z.P., Calka A., Wexler D., Lukey C., Liu H.K. Effects of iron oxide (Fe2O3, Fe3O4) on hydrogen storage properties of Mg-based composites. Journal of Alloys and Compounds. 2006; 422(1-2); 299-304. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2005.11.074
Jeyavenkatesh M., Arunodaya J., Sahoo T. One Pot Polyol Synthesis of Fe2O3-Fe3O4 Nano Composites and Their Structural, Optical, Property Studies. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. IOP Publishing, 2022; 1219(1): 012043.
Prawit Nuengmatcha, Paweena Porrawatkul, Saksit Chanthai, Phitchan Sricharoen, Nunticha Limchoowong. Enhanced photocatalytic degradation of methylene blue using Fe2O3/graphene/CuO nanocomposites under visible light. Journal of Environmental Chemical Engineering. 2019; 7(6): 103438. https://doi.org/10.1016/j.jece.2019.103438
