Сорбция нитрит-ионов из водных растворов акрилатными гидрогелями

Наталья Владимировна  Маслова; Алексей Алексеевич  Кушнир; Павел Тихонович  Суханов; Алексей Сергеевич  Сатуров

doi:10.17308/sorpchrom.2024.24/12404

Наталья Владимировна Маслова Воронежский государственный университет инженерных технологий, Воронеж
Алексей Алексеевич Кушнир Воронежский государственный университет инженерных технологий, Воронеж
Павел Тихонович Суханов Воронежский государственный университет инженерных технологий, Воронеж
Алексей Сергеевич Сатуров Воронежский государственный лесотехнический университет имени Г.Ф. Морозова, Воронеж

DOI: https://doi.org/10.17308/sorpchrom.2024.24/12404

Ключевые слова: гидрогели, акриламид, акрилат натрия, акрилат калия, сорбция, нитрит-ионы.

Аннотация

Перспективными материалами, применяемыми для сорбции поллютантов, являются акрилатные гидрогели – высокогидратированные сетчатые структуры. Они способны эффективно поглощать воду, характеризуются высокой механической прочностью и химической стабильностью. Гидрогели на основе сополимеров акриламида с акрилатом калия/натрия (коммерческие образцы «Агрикола», Китай, «Счастливый дачник», РФ) и графт-сополимеры хитозана, акриловой кислоты и акриламида применены для сорбции нитрит-ионов из водных растворов. Концентрацию нитрит-ионов устанавливали фотометрически по реакции с реактивом Грисса. Установлены условия сорбции нитрит-ионов: рН 4 (степень извлечения зависит от заряда поверхности сорбента и сорбата), время контакта фаз – 160 мин, при которых в зависимости от природы сорбента предельная сорбция составляет 19.2-114.9 мг/г. Зависимость скорости сорбции нитрит-ионов от времени контакта фаз аппроксимирована моделью псевдо-первого и псевдо-второго порядков. Модель псевдо-второго порядка наиболее адекватно (r²= 0.981-0.993) описывает кинетику сорбции, позволяет предположить, что процесс имеет хемосорбционный механизм (ионный обмен). Изотермы сорбции аппроксимировали моделями Ленгмюра, Фрейндлиха и Дубинина-Радушкевича и по классификации ИЮПАК принадлежат к первому типу. На основании анализа изотерм Ленгмюра (r² = 0.978-0.995) сделан вывод о распределении нитрит-ионов в системе водный раствор – гидрогель вследствие сорбции на независимых активных центрах сополимеров. Значения предельной сорбции нитрит-ионов может зависеть от особенностей строения объемного полимерного каркаса сорбентов, связанного со способом его получения и природой полярных групп.

Скачивания

Данные скачивания пока не доступны.

Биографии авторов

Наталья Владимировна Маслова, Воронежский государственный университет инженерных технологий, Воронеж

к.х.н., преподаватель высшей категории, председатель цикловой комиссии факультета среднего профессионального образования, цикловой комиссии «Химических технологий и управления в технических системах», ВГУИТ, Воронеж, Россия

Алексей Алексеевич Кушнир, Воронежский государственный университет инженерных технологий, Воронеж

к.х.н., доцент кафедры промышленной экологии и техносферной безопасности, ВГУИТ, Воронеж, Россия

Павел Тихонович Суханов, Воронежский государственный университет инженерных технологий, Воронеж

д.х.н., профессор кафедры физической и аналитической химии, ВГУИТ, Воронеж, Россия

Алексей Сергеевич Сатуров, Воронежский государственный лесотехнический университет имени Г.Ф. Морозова, Воронеж

магистрант кафедры вычислительной техники и информационных систем, Воронежский государственный лесотехнический университет имени Г.Ф. Морозова, Воронеж, Россия

Литература

Yang H., Cheng H. Controlling nitrite level in drinking water by chlorination and chloramination. Sep. Purif. Technol. 2007; 56: 392-396. https://doi.org/10.1016/j.seppur.2007.05.036

Picetti R., Deeney M., Pastorino S., Miller M.R., Shah A., Leon D.A., Dangour A.D., Green R. Nitrate and nitrite contamination in drinking water and cancer risk: A systematic review with meta-analysis. Environ. Res. 2022; 210: 112988. https://doi.org/10.1016/j.envres.2022.112988

Basaran B., Abanoz Y.Y., Şenol N.D., Oral Z.F.Y., Öztürk K., Kaban G. The levels of heavy metal, acrylamide, nitrate, nitrite, N-nitrosamine compounds in brewed black tea and health risk assessment: Türkiye. J. Food Compost. Anal. 2023; 120: 105285. https://doi.org/10.1016/j.jfca.2023.105285

Yuan J., Yin H., Jin X., Zhao D., Liu Y., Du A., Liu X., O’Mullane A.P. A practical FeP nano arrayselectrocatalyst for efficient catalytic reduction of nitrite ions in wastewater to ammonia. Appl. Catal. B. 2023; 325: 122353. https://doi.org/10.1016/j.apcatb.2022.122353

BadeeNezhad A., Emamjomeh M.M., Farzadkia M., JonidiJafari A., Sayadi M., Davoudian Talab A.H. Nitrite and nitrate concentrations in the drinking groundwater of Shiraz City, South-central Iran by statistical models. Iran. J. Public. Health. 2017; 46(9): 1275-1284.

Diriba D., Hussen A., Rao V.M. Removal of Nitrite from aqueous solution using sugarcane Bagasse and Wheat Straw. Bull. Environ. Contam. Toxicol. 2014; 93(1): 126-131. https://doi.org/10.1007/s00128-014-1297-3

Homagai P.L., Poudel R., Paudyal H., Ghimire K.N., Bhattarai A. Adsorption of nitrate and nitrite anion by modified maize stalks from aqueous solutions. Environ. Sci. Pollut. Res.2023; 30(19): 54682-54693. https://doi.org/10.1007/s11356-023-26179-y

Ogata F., Imai D., Kawasaki N. Adsorption of nitrate and nitrite ions onto carbonaceous material produced from soybean in a binary solution system. J. Environ. Chem. Eng. 2015; 3(1): 155-161. https://doi.org/10.1016/j.jece.2014.11.025

Fateme A., Soleimani M., Dargahi M.Investigation of kinetic and isotherm models for the removal of nitrate and nitrite ions on MNPs@PIL adsorbent from aqueous solution. Russ. J. Phys. Chem. 2020; 94(13): 2829-2835. https://doi.org/10.1134/s0036024420130026

Poursaberi T., Ghadernia S., Hassanisadi M., Torkestani K., Mirrahimi M. Efficient separation of nitrite from aqueous solutions by grafting metalloporphyrin on Fe3O4 nanoparticles. J. Iran. Chem. Soc. 2012; 10(1): 13-20. https://doi.org/10.1007/s13738-012-0123-2

Wan D., Liu H., Liu R., Qu J., Li S., Zhang J. Adsorption of nitrate and nitrite from aqueous solution onto calcined (Mg–Al) hydrotalcite of different Mg/Al ratio. Chem. Eng. J. 2012; 195-196: 241-247. https://doi.org/10.1016/j.cej.2012.04.088

Vigata M., Meinert C., Hutmacher D.W., Bock N. Hydrogels as drug delivery systems: a review of current characterization and evaluation techniques. Pharmaceutics. 2020; 12(12): 1188. https://doi.org/10.3390/pharmaceutics12121188

Rakhmetullayeva R.K., Abutalip M., UrkimbayevaZh.R., Kanzhigitova, D. K., Mangazbayeva R.A., Naushabayev A.K., Sarova N.B., Mukatayeva Zh.S., Zhigerbayeva G.N. Complex of hydrogels based on acrylic acid and methyl acrylate with copper ions. Mater. Today. Proc.2022; 71: 38-45. https://doi.org/10.1016/j.matpr.2022.07.246

Shi X., Cantu-Crouch D., Sharma V., Pruitt J., Yao G., Fukazawa K., Wu J.Y., Ishihara K. Surface characterization of a silicone hydrogel contact lens having bioinspired 2-methacryloyloxyethyl phosphorylcholine polymer layer in hydrated state. Colloids Surf. B. 2021; 199: 111539. https://doi.org/10.1016/j.colsurfb.2020.111539

Buenger D., Topuz F., Groll J. Hydrogels in sensing applications. Prog. Polym. Sci.2012; 37(12): 1678-1719. https://doi.org/10.1016/j.progpolymsci.2012.09.001.

Cao X., Jiang C., Sun N., Tan D., Li Q., Bi S., Song J. Recent progress in multifunctional hydrogel-based supercapacitors. J. Sci. Adv. Mater. Dev. 2021; 6(3):338-350. https://doi.org/10.1016/j.jsamd.2021.06.002

Khan A.H., Cook J.K., Wortmann W.J., Kersker N.D., Rao A., Pojman J. A., Melvin A.T. Synthesis and characterization of thiol-acrylate hydrogels using a base‐catalyzed Michael addition for 3D cell culture applications. J. Biomed. Mater. Res. Part B Appl. Biomater.2020; 108(5): 2294-2307. https://doi.org/10.1002/jbm.b.34565

Sennakesavan G., Mostakhdemin M., Dkhar L.K., Seyfoddin A., Fatihhi S.J. Acrylic acid/acrylamide based hydrogels and its properties - A review. Polym. Degrad. Stab.2020; 180: 109308. https://doi.org/10.1016/j.polymdegradstab.2020.109308

Maslova N.V., Kochetova Zh.Yu., Sukhanov P.T., Zmeev A.V. Investigation of the kinetics of hydrogel swelling based on acrylamide copolymers and potassium (sodium) acrylate. ChemChemTech [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2022; 65(3): 27-34(in Russian). https://doi.org/10.6060/ivkkt.20226503.6498

Karmanova O.V., Tikhomirov S.G., Popov V.N., Lavlinskaya M.S., Sorokin A.V., Sukhanov P.T. A method for producing a composite superabsorbent polymer based on chitosan with improved moisture absorption capacity (in Russian). https://patentimages.storage.googleapis.com/0f/ed/aa/d31021f38cd58d/RU2763736C1.pdf (accessed 12.1.2023)

AL Samman M.T., Sánchez J. Chitosan- and alginate-based hydrogels for the adsorption of anionic and cationic dyes from water. Polymers. 2022; 14(8):1498. https://doi.org/10.3390/polym14081498

Kenawy E.-R., Elnaby H.H., Azaam M.M. Synthesis of superabsorbent composite based on chitosan-g-poly(acrylamide)/attapulgite. Polym. Bul. 2023. https://doi.org/10.1007/s00289-023-04877-4

Safari J.B., Bapolisi A.M., Krause R.W.M.Development of pH-sensitive chitosan-g-poly(acrylamide-co-acrylic acid) hydrogel for controlled drug delivery oftenofovirdisoproxil fumarate. Polymers. 2021; 13(20): 3571. https://doi.org/10.3390/polym13203571

Li I.-C., Chen Y.-H., Chen Y.-C. Sodium alginate-g-poly(sodium acrylate) hydrogel for the adsorption-desorption of ammonium nitrogen from aqueous solution. J. Water Process. Eng. 2022; 49: 102999. https://doi.org/10.1016/j.jwpe.2022.102999

Kazimirova K.O., Shtykov S.N. Sorption and concentration anionic azo dyes on nanomagnetite modified with cationic polyelectrolytes. Sorbtsionnye khromatograficheskie protsessy. 2023; 23(6): 980-992 (in Russ.). https://doi.org/10.17308/sorpchrom.2023.23/11859

Ho Y.S. Review of second-order models for adsorption systems. J. Hazard. Mater. 2006; 136(3): 681-689. https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2005.12.043

Sun Z.M., Qu X.S., Wang G.F., Zheng S.L., Frost R.L. Removal characteristics of ammonium nitrogen from wastewater by modified Ca-bentonites. Appl. Clay Sci. 2015; 107: 46-51. https://doi.org/10.1016/j.clay.2015.02.003

Sukhanov P.T., Kushnir A.A. Adsorption of nitrophenols from aqueous media by N-vinylpyrrolidone-based polymeric adsorbents. Moscow Univ. Chem. Bull. 2019; 74: 88-92. https://doi.org/10.3103/S0027131419020081

Eyubova E.J., Nagiev K.J., Chiragov F.M. Equilibrium and kinetic studies of sorption of Fe(III) ions on R-modified sorbent with CSMA. Sorbtsionnye i Khromatograficheskie Protsessy. 2023; 23(6): 1094-1102 (in Russ.). https://doi.org/10.17308/sorpchrom.2023.23/11870

Kushnir A.A., Gubin A.S., Sukhanov P.T., Sizo K.O. Sorption of nootropics from aqueous media with activated carbon Norit®PK 1-3. Sorbtsionnye i khromatograficheskie protsessy. 2023; 23(1): 129-137 (in Russ.). https://doi.org/10.17308/sorpchrom.2023.23/11000

Sorokin A., Lavlinskaya M. Synthesis of the superabsobents enriched in chitosan derivatives with excellent water absorption properties. Polym. Bull. 2022; 79: 407-427. https://doi.org/10.1007/s00289-020-03521-9

Al-Ghouti M.A., Al-Absi R.S. Mechanistic understanding of the adsorption and thermodynamic aspects of cationic methylene blue dye onto cellulosic olive stones biomass from wastewater. Sci. Rep. 2020; 10: 5928. https://doi.org/10.1038/s41598-020-72996-3