Исследование физико-химических характеристик модифицированных углеродных сорбентов на основе древесных отходов
Аннотация
Использование дисперсной древесины при разработке методов получения на ее основе сорбционных материалов приобретает все большую экономическую целесообразность, однако для решения практических задач требуются материалы с определенной пористой структурой и химией поверхности. В данной статье представлено исследование физико-химических характеристик углеродных сорбентов, полученных модификацией различными методами древесных опилок (ДО) сосны обыкновенной (Pínus sylvéstris). Установлено, что вариации термической модификации (обжиг при температуре 300±10°С в течение 35 минут) и химической обработки раствором 5М азотной кислоты образцов опилок фракции 0.75-2.0 мм способствуют увеличению суммарного объема пор (от 5.787 до 8.648 см3/г) и адсорбционной активности по метиленовому голубому (от 31.2 до 47.6 мг/г). В то же время значения величины набухаемости, насыпной плотности полученных микро- и/или мезопористых углеродных сорбентов несколько ниже значений для нативных древесных опилок. Изменение состава функциональных групп всех образцов отслеживалось методом ИК-Фурье-спектроскопии и потенциометрического титрования по методу Боэма. Выявлено, что термическая модификация древесных отходов путем обжига приводит к увеличению на поверхности общего числа кислородсодержащих групп в 2.3 раза (с 2.3 до 5.33 мг-экв/г). Модификация поверхности исходных и термообработанных древесных опилок методом окисления растворами азотной кислоты при температуре 80°С в течение 5 ч также способствует росту общего количества кислородсодержащих групп более чем в 3 раза, но с увеличением концентрации HNO3 от 0.5М до 5М количество карбоксильных групп снижается с одновременным повышением содержания гидроксильных. Извлечение ионов меди(II) происходит в результате ионного обмена на функциональных группах углеродных сорбентов, причем предельная сорбционная емкость исследуемых образцов ДО зависит от метода их модификации. Сорбция ионов меди(II) исходными древесными опилками описывается наиболее точно моделью Дубинина-Радушкевича, а модифицированными различными методами углеродными сорбентами – моделью Ленгмюра. Показано, что именно химическая модификация нативных и термически обработанных образцов раствором 5М HNO3 позволяет получить сорбенты с наилучшей сорбционной емкостью по отношению к ионам Cu(II).
Скачивания
Литература
Sangalov Ju.A., Karchevskij S.G., Ionov V.I. Dispersnaja drevesina kak perspektivnoe himicheskoe syr'e, Bulletin of the Academy of Sciences of the Republic of Bashkortostan, 2014; 4(4): 5-15. (In Russ.)
Dovgal' V.A., Novikova L.A. Sorbcionnye svojstva dispersnoj drevesiny, “Youth and science”, Materials of the international scientific and practical confer-ence of high school students, undergraduates and postgraduates, may 29, 2020, Nizhny Tagil, 2020: 159-162. (In Russ.)
Mukhin V.M., Tarasov A.V., Klushin V.N. Aktivnye ugli Rossii. M., Metallurgiya, 2000. 352 p. (In Russ.)
Kinle Kh., Bader E. Aktivnye ugli i ikh promyshlennoe primenenie / per. s nem. L.: Khimiya, 1984. 216 p. (In Russ.)
Savvateeva L.Ju., Kamenev A.V., Kamenev V.F. Patent RF, no.2172209, 2001. (In Russ.)
Kuznecov B.N, Chesnokov N.V., Ivanov I.P., Veprikov E.V., Ivanchenko N.M. Metody poluchenija poristyh materialov iz lignina i drevesnoj kory (obzor), J. of the Siberian Federal University, 2015; 8(2): 232-255. (In Russ.)
Nikitin V.M., Obolenskaja A.V., Shhegolev V.P. Himija drevesiny i celljulozy. M., Forestry industry, 1978, 368 p. (In Russ.)
Shajhiev I.G., Shajhieva K.I. Ispol'zovanie komponentov hvojnyh derev'ev dlja udalenija polljutantov iz vodnyh sred. 1. Sosnovye, Bulletin of the Technological University, 2016; 19(4): 127-141. (In Russ.)
Domracheva V.A., Veshheva E.N. Modificirovanie uglerodnyh sorbentov dlja povyshenija jeffektivnosti izvlechenija tjazhelyh metallov iz stochnyh vod i tehnogennyh obrazovanij, Bulletin of IrSTU, 2010; 4(44): 134-138. (In Russ.)
Somin V.A., Osokin V.M., Koma-rova L.F. Ochistka vody ot ionov Cu2+ i Ni2+ s ispol'zovaniem sorbentov na osnove drevesnyh othodov, Water management of Russia, 2015; 1: 86-87. (In Russ.)
Somin V.A., Osokin V.M., Koma-rova L.F., Fogel' A.A. Issledovanija po modifikacii drevesnyh opilok dlja polu-chenija novyh sorbcionnyh materialov, Polzunovsky Bulletin, 2011; 4: 169-172. (In Russ.)
Shajhiev I.G. Ispol'zovanie kompo-nentov derev'ev roda Quercus v kachestve sorbcionnyh materialov dlja udalenija poll-jutantov iz vody, Bulletin of the Technological University, 2017; 20(5): 151-160. (In Russ.)
Miftahov F.R., Nguen T.K.T., Gali-mova R.Z., Shajhiev I.G., Sverguzova S.V. Issledovanie adsorbcii ionov cinka kislotomodificirovannymi opilkami akacii ushkovidnoj (Acacia auriculiformis), Sorbtsionnye I khromatograficheskie protsessy, 2019; 19(5): 588-595. https://doi.org/10.17308/sorpchrom.2019.19/1174 (In Russ.)
Trihleb V.A., Trihleb L.M. Patent RF, no. 2105715, 1998. (In Russ.)
Gimaeva A.R., Valinurova Je.R., Ig-davletova D.K., Kudasheva F.H. Sorbcija ionov tjazhelyh metallov iz vody aktiviro-vannymi uglerodnymi adsorbentami, Sorbtsionnye I khromatograficheskie protsessy, 2011; 11(3): 350-356. (In Russ.)
Svjatchenko A.V., Sapronova Zh.A., Sverguzova S.V., Porozhnjuk E.V., Lupan-dina N.S. Opredelenie optimal'nyh par-ametrov modifikacii celljulozosoderzhash-hego sorbcionnogo materiala (Listovogo kashtanovogo opada), Bulletin of Kamchat-ka State Technical University, 2020; 52: 40-49. https://doi.org/10.17217/2079-0333-2020-52-40-49 (In Russ.)
Lur'e Ju. Ju. Spravochnik po analit-icheskoj himii, M., Chemistry, 1971, 456 p.
Ben'ko E.M., Lunin V.V. Adsorbtsi-ya metilenovogo golubogo na lignotsel-lyuloznykh rastitel'nykh materialakh. Zhurnal fizicheskoi khimii. 2018; 92(9): 1465-1469. (In Russ.)
GOST 13144-79 Grafit. Metody opredeleniya udel'noi poverkhnosti. М., IPK Izdatel'stvo standartov. 1999. 7 p. (In Russ.)
Kotel'nikova T.A., Kuznecov B.V., Moreva A.A., Murav'eva G.P. Gidrofil'nost' aktivirovannyh uglej dlja ochistki pit'evoj vody po dannym nelinejnoj gazovoj hroma-tografii, Sorbtsionnye I khromatografiches-kie protsessy, 2012; 12(4): 523-531. (In Russ.)
Kolosovskaja E.A., Loskutov S.R., Chudinov B.S. Fizicheskie osnovy vzai-modejstvija drevesiny s vodoj, Novosibirsk, Science, 1989, 216 p. (In Russ.)
Nikiforova T.E., Kozlov V.A. Sorbcija kationov medi(II) cell-julozosoderzhashhim sorbentom iz vodnyh sred, Physical chemistry of the surface and protection of materials, 2012; 48(3): 262-266. (In Russ.)
Condon J.B. Surface area and po-rosity determinations by physisorption: measurements and theory, 2006, 296 p. https://doi.org/10.1016/B978–0–444–51964–1.X5000–6
