Твердофазные экстрагенты на основе углеродных нанотрубок для концентрирования благородных металлов из солянокислых сред

  • Елена Александровна Захарченко Институт геохимии и аналитической химии им. В.И. Вернадского РАН, Москва
  • Владимир Пантелеймонович Колотов Институт геохимии и аналитической химии им. В.И. Вернадского РАН, Москва
  • Владислав Игоревич Казин Институт геохимии и аналитической химии им. В.И. Вернадского РАН, Москва
  • Денис Николаевич Догадкин Институт геохимии и аналитической химии им. В.И. Вернадского РАН, Москва
  • Александр Евгеньевич Бураков Тамбовский государственный технический университет, Тамбов
  • Ирина Владимировна Буракова Тамбовский государственный технический университет, Тамбов
  • Дмитрий Альбертович Тюрин Институт геохимии и аналитической химии им. В.И. Вернадского РАН, Москва
  • Алексей Григорьевич Ткачев Тамбовский государственный технический университет, Тамбов
Ключевые слова: многостенные углеродные нанотрубки, модифицирование, 2-меркаптобензотиазол, сорбция, благо-родные металлы, степень извлечения, кинетика.

Аннотация

Разработаны эффективные твердофазные экстрагенты (ТФЭ) на основе многостенных углеродных нанотрубок (УНТ) различной структуры, модифицированных органическим реагентом – 2-меркаптобензотиазолом. С помощью сканирующей и просвечивающей электронной микроскопии определены морфологические и структурные особенности образцов ТФЭ и их элементный состав. Показано, что удельная поверхность модифицированных УНТ примерно в два раза ниже, по сравнению с исходными УНТ.

Выявлено, что модифицированные материалы представляют собой клубки УНТ, покрытых равномерной органической оболочкой толщиной 10-15 нм. Определена сорбционная способность исходных нанотрубок в 1.0 М HCl и их модифицированных форм (0.1-3.0M HCl) при комнатной температуре и при 80°C. Обнаружено, что в сильнокислых средах эффективен ТФЭ на основе УНТ G-183 и 2-меркаптобензотиазола, который при комнатной температуре сорбирует Pt, Pd и Au, а при температуре 80°С – также Ru и Rh. Оценена возможность селективного извлечения этим сорбентом металлов платиновой группы и золота в присутствии макроколичеств Al, Fe, Cu, Ca и Mg.

Скачивания

Данные скачивания пока не доступны.

Биографии авторов

Елена Александровна Захарченко, Институт геохимии и аналитической химии им. В.И. Вернадского РАН, Москва

к.х.н., c.н.с. лаборатории методов исследования и анализа веществ и материалов ФГБУН Ордена Ленина и Ордена Октябрьской Революции Институт геохимии и аналитической химии имени В.И. Вернадского Российской академии наук (ГЕОХИ РАН), Москва, Россия

Владимир Пантелеймонович Колотов, Институт геохимии и аналитической химии им. В.И. Вернадского РАН, Москва

д.х.н., г.н.с., зав. лабораторией методов исследования и анализа веществ и материалов ГЕОХИ РАН, Москва, Россия

Владислав Игоревич Казин, Институт геохимии и аналитической химии им. В.И. Вернадского РАН, Москва

аспирант, м.н.с. лаборатории методов исследования и анализа веществ и материалов ГЕОХИ РАН, Москва, Россия

Денис Николаевич Догадкин, Институт геохимии и аналитической химии им. В.И. Вернадского РАН, Москва

к.х.н., н.с. лаборатории методов исследования и анализа веществ и материалов ГЕОХИ РАН, Москва, Россия

Александр Евгеньевич Бураков, Тамбовский государственный технический университет, Тамбов

 к.т.н., доцент кафедры Техника и технологии производства нанопродуктов, Тамбовский государственный технический университет, Тамбов, Россия

Ирина Владимировна Буракова, Тамбовский государственный технический университет, Тамбов

 к.т.н., доцент кафедры Техника и технологии производства нанопродуктов, Тамбовский государственный технический университет, Тамбов, Россия

Дмитрий Альбертович Тюрин, Институт геохимии и аналитической химии им. В.И. Вернадского РАН, Москва

н.с. лаборатории методов исследования и анализа веществ и материалов ГЕОХИ РАН, Москва, Россия

Алексей Григорьевич Ткачев, Тамбовский государственный технический университет, Тамбов

 д.т.н., профессор, зав. кафедрой Техника и технологии производства нанопродуктов, Тамбовский государственный технический университет, Тамбов, Россия

Литература

Choudhary N., Hwang S., Choi W. Carbon nanomaterials: a review. (Handbook of Nanomaterials Properties), B.: Springer Berlin Heidelberg. 2014: 709-769.

Peng Z., Liu X., Zhang W., Zeng Z., Liu Z., et al. Advances in the application, toxicity and degradation of carbon nanomaterials in environment: A review. Environment International. 2020; 134: 105298. https://doi.org/10.1016/j.envint.2019.105298

Mkrtchyan E.S., Anan’eva O.A., Burakova I.V., Burakov A.E., Tkachev A.G. Graphene nanocomposites modified with organic polymers as effective heavy metal sorbents in aqueous media. Journal of Advanced Materials and Technologies. 2022; 7(3): 228-237. https://doi.org/10.17277/jamt.2022.03.pp.228-237

Baby R., Saifullah B., Hussein M.Z. Carbon nanomaterials for the treatment of heavy metal-contaminated water and environmental remediation. Nanoscale Research Letters. 2019; 14(1): 341. https://doi.org/10.1186/s11671-019-3167-8

Ognev V.E., Hludneva A.O., Zakharchenko E.A., Zhilkina A.V., Dogadkin D.N., et al. Chemical oxidation and characterization of carbon nanotubes of various types in order to increase the efficiency of REE concentration for their subsequent determination in geological samples. Journal of Analytical Chemistry. 2023; 78(5): 405-419 https://doi.org/10.31857/S0044450223050109 (In Russ.)

Romanchuk A.Yu., Slesarev A.S., Kalmykov S.N., Kosynkin D.V., Tour J.M. Graphene oxide for effective radionuclide removal. Physical Chemistry Chemical Physics. 2013; 15(7): 2321-2327. https://doi.org/10.1039/c2cp44593j

Wang X., Liu B., Lu Q., Qu Q. Graphene-based materials: Fabrication and application for adsorption in analytical chemistry. Journal of Chromatography A. 2014; 1362: 1-15. https://doi.org/10.1016/j.chroma.2014.08.023

Vilela D., Parmar J., Zeng Y., Zhao Y., Sánchez S. Graphene-based microbots for toxic heavy metal removal and recovery from water. Nano Letters. 2016; 16(4): 2860-2866. https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.6b00768

Gupta V.K., Saleh T.A. Sorption of pollutants by porous carbon, carbon nanotubes and fullerene - An overview. Environmental Science and Pollution Research. 2013; 20(5): 2828-2843. https://doi.org/10.1007/s11356-013-1524-1

Shaheen H.A., Marwani H.M., Soliman E.M. Selective adsorption of gold ions from complex system using oxidized multi-walled carbon nanotubes. Journal of Molecular Liquids. 2015; 212: 480-486. https://doi.org/10.1016/j.molliq.2015.09.040

Komendova R. Recent advances in the preconcentration and determination of platinum group metals in environmental and biological samples. TrAC Trends in Analytical Chemistry. 2020.122. 115708. https://doi.org/10.1016/j.trac.2019.115708

Kubrakova I.V., Nabiulinna C.N., Tyutyunnik O.A., Grebneva-Baluk O.N. Determination of EPG and gold in geochemical objects: experience using spectrometric methods. Geochemistry International. 2020; 65(4): 328-342. (In Russ.)

Kubrakova I.V., Nikulin A.V., Kosheeva I.Ya., Tyutyunnik O.A. Platinum metals in the environment: content, definition, behavior in natural systems. Chemistry for Sustainable Development. 2012; 20(6): 645-656 (In Russ.)

Rao C.R.M, Reddi G.S. Platinum group metals (PGM); occurrence, use and recent trends in their determination.TrAC Trends in Analytical Chemistry, 2000. 19 (9): 565-586. https://doi.org/10.1016/S0165-9936(00)00031-5

Hussain C.M., Mitra S. Nanomaterials for sample preparation. In: Comprehensive sampling and sample preparation. Eds.: Pawliszyn J. Academic Press. 2012. 2: 389-418. https://doi.org/10.1016/B978-0-12-381373-2.00057-0

Rao G., Lu C., Su F. Sorption of divalent metal ions from aqueous solution by carbon nanotubes: A review. Separation and Purification Technology. 2007; 58(1): 224-231. https://doi.org/10.1016/j.seppur.2006.12.006

Myasoedova G.V., Mokhodoeva O.B., Kubrakova I.V. Trends in sorption preconcentration combined with noble metal determination. Analytical Sciences. 2007; 23(9): 1031-1039. https://doi.org/10.2116/analsci.23.1031

Mladenova E., Karadjova I., Tsalev D.L. Solid-phase extraction in the determination of gold, palladium, and platinum: Sample Preparation. Journal of Separation Science. 2012; 35(10-11): 1249-1265. https://doi.org/10.1002/jssc.201100885

Myasoedova G.V., Shcherbinina N.I., Zakhartchenko E.A., Kolobov S.S., Lileeva L.V., et al. Sorption of platinum group metals and gold chlorocomplexes by amine polymeric sorbents. Solvent Extraction and Ion Exchange. 1997; 15(6): 1107-1118. https://doi.org/10.1080/07366299708934524

Myasoedova G.V., Mokhodoeva O.B., Kubrakova I.V. Trends in sorption preconcentration combined with noble metal determination. Analytical Sciences. 2007; 23(9): 1031-1039. https://doi.org/10.2116/analsci.23.1031

Chen Y.-Y., Liang C., Chao Y. Synthesis and characterization of polyacrylonitrile-thiosemicarbazide resin and its sorption behavior for Rh(III) Ru(IV) Pd(II) and Ir(IV) ions. Reactive and Functional Polymers. 1998; 36(1): 51-58. https://doi.org/10.1016/S1381-5148(97)

-9

Simanova S.A., Kuznetsova T.V., Belyaev A.N., Knyazkov O.V., Konovalov L.V. Complexation of platinum during the sorption of tetrachloroplatinate (II) ion by a fibrous sorbent based on polyacrylonitrile modified with thiosemicarbazide. Russian Journal of Applied Chemistry. 1999; 72(8): 1276-1281. (In Russ.)

Tatyankina E.M. Atomic emission determination of gold, platinum, and palladium in solutions after sorption concentration with TIOPAN-13 fibrous complexing sorbent. Journal of Analytical Chemistry. 1996; 51(5): 498-501. (In Russ.)

Li D., Chang X., Hu Z., Wang Q., Tu Z., et al. Selective solid-phase extraction of trace Au(III), Pd(II) and Pt(IV) using activated carbon modified with 2,6-diaminopyridine. Microchimica Acta. 2011; 174(1-2): 131-136. https://doi.org/10.1007/s00604-011-0603-6

Kabay N., Cortina J.L., Trochimczuk A., Streat M. Solvent-impregnated resins (SIRs) – Methods of preparation and their applications. Reactive and Functional Polymers. 2010; 70(8): 484-496. https://doi.org/10.1016/j.reactfunctpolym.2010.01.005

Mohodoeva O.B., Myasoedova G.V., Zakharchenko E.A. Solid-phase extractants for concentration and separation of radionuclides. New opportunities. Radiochemistry. 2011; 53(1): 34-41. (On Russ.)

Hu B., He M., Chen B. Nanometer-sized materials for solid-phase extraction of trace elements. Analytical and Bioanalytical Chemistry. 2015; 407(10): 2685-2710. https://doi.org/10.1007/s00216-014-8429-9

Zakharchenko E.A., Malikov D.A., Molochnikova N.P., Myasoedova G.V., Kulyako Yu.M. Sorption isolation of U(VI), Pu(IV), Am(III) from nitric acid solutions by solid-phase extractants based on Taunit carbon nanotubes and polystyrene supports. Radiochemistry. 2014; 56(1): 26-29 (In Russ.)

Turanov A.N., Karandashev V.K., Evseeva N.K., Kolesnikov N.N., Borisenko D.N. The sorption properties of carbon nanotubes modified with tetraphenylmethylenediphosphine dioxide in nitric acid media. Russian Journal of Physical Chemistry A. 2008; 82(13): 2223-2226. https://doi.org/10.1134/S0036024408130116

Mohodoeva O.B., Myasoedova G.V., Kubrakova I.V., Nikulin A.V., Artyushin O.I., et al. New solid phase extractants for preconcentration of noble metals. Journal of Analytical Chemistry. 2010; 65(1): 15-20 (In Russ.)

NanoTechCenter LLC: [Electronic resource]. URL: http://www.nanotc.ru/ (date of access: 21.05.2023)

Kolotov V.P., Zhilkina A.V., Khludneva A.O. IPlasmaProQuad: A computer system based on a relational DBMS for processing and monitoring the results of routine analysis by the ICP-MS method (Advances in Geochemistry, Analytical Chemistry, and Planetary Sciences), C.: Springer International Publishing, 2023. 555-562 pp.

Turel Z. R., Haldar B. C. Study on the solvent extraction of Pt (II) with 2-mercaptobenzothiazole into chloroform. Radiochemical and Radioanalytical Letters. 1982; 52(1): 37-42.

Kim Y.S., Shin J.H., Choi Y.S., Lee W., Lee Y.I. Solvent sublation of trace noble metals by formation of metal complexes with 2-mercaptobenzothiazole. Bulletin of The Korean Chemical Society. 2001; 22(1): 19-24.

Pu Q., Su Z., Hu Z., Chang X., Yang M. 2-Mercaptobenzothiazole-bonded silica gel as selective adsorbent for preconcentration of gold, platinum and palladium prior to their simultaneous inductively coupled plasma optical emission spectrometric determination. Journal of Analytical Atomic Spectrometry. 1998; 13(4): 249-253. https://doi.org/10.1039/a705786e

Myasoedova G.V., Molochnikova N.P., Mokhodoeva O.B., Myasoedov B.F. Application of ionic liquids for solid-phase extraction of trace elements. Analytical Sciences. 2008; 24(10): 1351-1353. https://doi.org/10.2116/analsci.24.1351

Shivani Sharma, N. Rajesh. 2-Mercaptobenzothiazole impregnated cellulose prepared by ultrasonication for the effective adsorption of precious metal palladium //Chemical Engineering Journal. 2014; 241(1): 112-121. https://doi.org/10.1016/j.cej.2013.12.002

Mohodoeva O.B., Myasoedova G.V., Kubrakova I.V. Concentration of noble metals with polyorgs 4 complexing sorbent under the influence of microwave radiation. Journal of Analytical Chemistry. 2007; 62(5): 454-458. (In Russ.)

Simitchiev K., Stefanova V., Kmetov V., Andreev G., Kovachev N., et al. Microwave-assisted cloud point extraction of Rh, Pd and Pt with 2-mercaptobenzothiazole as preconcentration procedure prior to ICP-MS analysis of pharmaceutical products. Journal of Analytical Atomic Spectrometry. 2008; 23(5): 717-726. https://doi.org/10.1039/b715133k

Опубликован
2024-02-12
Как цитировать
Захарченко, Е. А., Колотов, В. П., Казин, В. И., Догадкин, Д. Н., Бураков, А. Е., Буракова, И. В., Тюрин, Д. А., & Ткачев, А. Г. (2024). Твердофазные экстрагенты на основе углеродных нанотрубок для концентрирования благородных металлов из солянокислых сред. Сорбционные и хроматографические процессы, 23(6), 1006-1016. https://doi.org/10.17308/sorpchrom.2023.23/11861