Сорбционные свойства церийсодержащих слоистых двойных гидроксидов

Ирина Геннадьевна Рыльцова; Сергей Николаевич Головин; Максим Николаевич Япрынцев; Ольга Евгеньевна Лебедева

doi:10.17308/sorpchrom.2021.21/3211

Ирина Геннадьевна Рыльцова Белгородский государственный национальный исследовательский университет
Сергей Николаевич Головин Белгородский государственный национальный исследовательский университет
Максим Николаевич Япрынцев Белгородский государственный национальный исследовательский университет
Ольга Евгеньевна Лебедева Белгородский государственный национальный исследовательский университет

DOI: https://doi.org/10.17308/sorpchrom.2021.21/3211

Ключевые слова: слоистые двойные гидроксиды, никель, кобальт, церий, адсорбция-термодесорбция азота, адсорбция конго красного

Аннотация

Объектом данного исследования являются слоистые двойные гидроксиды (СДГ) с катионным составом М²⁺₃Al_1-хCe_х, где двухзарядный катион представлен никелем или кобальтом. Для сравнения использованы образцы близкого катионного состава, не содержащие церий. Проведение синтеза методом соосаждения с последующей гидротермальной обработкой позволило получить однофазные хорошо окристаллизованные СДГ со структурой гидроталькита, о чем свидетельствуют данные рентгенофазового анализа.

Основной целью данного исследования являлось изучение влияние введения крупного катиона церия в структуру бруситоподобных слоев СДГ на сорбционные характеристики указанных материалов. Методом низкотемпературной адсорбции-термодесорбции азота по БЭТ установлено, что на площадь удельной поверхности синтезированных материалов существенное влияние оказывает катионный состав СДГ. Никельсодержащие СДГ обладают более развитой поверхностью по сравнению с кобальтсодержащими. Изотермы адсорбции-термодесорбции азота относятся к II типу по классификации БДДТ и характерны для непористых или макропористых тел.

Сорбционная способность СДГ по отношению к анионному красителю конго красному определялась статическим методом. Концентрацию красителей в растворах определяли спектрофотометрическим методом. Экспериментальные данные кинетических исследований сорбции красителя на СДГ были проанализированы с использованием моделей псевдо-первого (модель Лагерена) и псевдо-второго (модель Хо и Маккея) порядков. Установлено, что сорбция красителя на всех синтезированных образцах СДГ адекватно описывается моделью псевдо-второго порядка.

Экспериментальные данные по равновесной адсорбции красителя на СДГ проанализировали с помощью широко используемых моделей изотерм Фрейндлиха и Ленгмюра. Показано, что изотермы сорбции для всех образцов можно отнести к типу L и в исследуемом концентрационном интервале они удовлетворительно описываются моделью Ленгмюра. На изотермах сорбции наблюдается перегиб, наличие которого может быть обусловлено переориентацией адсорбированных частиц относительно поверхности сорбента или сменой механизма сорбции с поверхностного на интеркаляционный. Установлено, что ведение крупного катиона церия в структуру бруситоподобных слоев СДГ приводит к существенному повышению сорбционной емкости указанных материалов по отношению к анионному красителю, величина максимальной адсорбции, рассчитанная по уравнению Ленгмюра в 1,4 - 2,3 раза выше для церийсодержащих СДГ.

Полученные результаты могут быть применены в сорбционных и каталитических исследованиях СДГ.

Скачивания

Данные скачивания пока не доступны.

Биографии авторов

Ирина Геннадьевна Рыльцова, Белгородский государственный национальный исследовательский университет

доцент кафедры общей химии, к.х.н., Белгородский государственный национальный исследовательский университет, Белгород

Сергей Николаевич Головин, Белгородский государственный национальный исследовательский университет

аспирант кафедры общей химии, Белгородский государственный национальный исследовательский университет, Белгород

Максим Николаевич Япрынцев, Белгородский государственный национальный исследовательский университет

к.ф.-м.н., научный сотрудник ЦКП «Технологии и материалы НИУ «БелГУ», Белгород

Ольга Евгеньевна Лебедева, Белгородский государственный национальный исследовательский университет

заведующий кафедрой общей химии, д.х.н., профессор, Белгородский государственный национальный исследовательский университет, Белгород

Литература

Cavani F., Trifiro F., Vaccari A., Catal. Today, 1991, Vol. 11, pp. 173-301. DOI: http://dx.doi.org/10.1016/0920-5861(91)80068-K.

Forano C., Hibino T., Leroux F., Taviot-Guého C. Developments in Clay Science: Handbook of Clay Science / Faïza Bergaya, Benny K.G. Theng, Gerhard Lagaly, Else-vier, 2006, Vol. 1, pp. 1021-1095. DOI: https://doi.org/10.1016/S1572-4352(05)01039-1.

Zhang C., Yang S., Chen H., He H. et al., Appl. Surf. Sci., 2014, Vol. 301, pp. 329-337. DOI: https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2014.02.073.

Chilukoti S., Thangavel T., Inorg. Chem. Commun., 2019, Vol. 100, pp. 107-117. DOI: https://doi.org/10.1016/j.inoche.2018.12.027.

Extremera R., Pavlovic I., Pérez M.R., Barriga C., Chem. Eng. J., 2012, Vol. 213, pp. 392-400. DOI: https://doi.org/10.1016/j.cej.2012.10.042.

Ahmed I.M., Gasser M.S., Appl. Surf. Sci., 2012, Vol. 259, pp. 650-656. DOI: https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2012.07.092.

Shan R., Yan L., Yang Y., Yang K. et al., J. Ind. Eng. Chem., 2015, Vol. 21, pp. 561-568. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jiec.2014.03.019.

Lafi R., Charradi K., Djebbi M.A., Ben Haj Amara A. et al., Adv. Powder Technol., 2016, Vol. 27, No 1, pp. 232-237. DOI: https://doi.org/10.1016/j.apt.2015.12.004.

Fan G., Li F., Evans D.G., Duan X., Chem. Soc. Rev., 2014, Vol. 43, pp. 7040-7066 https://doi.org/10.1039/C4CS00160E.

He S., An Z., Wei M., Evans D.G. et al., Chem. Commun., 2013, Vol. 49, pp. 5912-5920. DOI: https://doi.org/10.1039/C3CC42137F.

Montini T., Melchionna M., Monai M., Fornasiero P., Chem. Rev., 2016, Vol. 116, No 10, pp. 5987-6041. DOI: https://doi.org/10.1021/acs.chemrev.5b00603.

Gurin V.S., Bobkova N.M., Trusova E.E., Khimiya v interesakh ustoychivogo razvitiya, 2015, Vol. 23, pp. 25-31.

Bouberka Z., Benabbou K.A., Khe-nifi A., Maschke U., J. Photochem. Photobi-ol. A, 2014, Vol. 275, pp. 21-29. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jphotochem.2013.10.010.

Lebedeva O.E., Ryl’tsova I.G., Yapryntsev M.N., Golovin S.N. et al., Pet. Chem., 2019, Vol. 59, No 7, pp. 751-755. DOI: https:/doi.org/10.1134/S0965544119070089.

Golovin S.N., Yapryntsev M.N., Ryltsova I.G., Veligzhanin A.A. et al., Chem. Pap., 2020, Vol. 74, No 1, pp. 367-370. DOI: https://doi.org/10.1007/s11696-019-00877-9.

Evans D.G., Slade R.C.T. 2006. “Structural Aspects of Layered Double Hy-droxides” in Layered Double Hydroxides. Structure and Bonding, Duan X., Evans D.G., eds,. Springer, Berlin. Heidelberg, Vol. 119, pp. 1-87. DOI: https://doi.org/10.1007/430_005.

Meyn M., Beneke K., Lagaly G., In-org. Chem., 1990, Vol. 29, pp. 5201-5207. DOI: https://doi.org/10.1021/ic00351a013.

Miyata S., Clays Clay Miner, 1983, Vol. 31, No 4, pp. 305-311. DOI: https://doi.org/10.1346/CCMN.1983.0310409.

Greg S., Sing K. Adsorbtsiya, udel'-naya poverkhnost', poristost', M., Mir, 1984, 306 p.

Lagergren S. About the theory of so-called adsorption of soluble substance. Kungliga Svenska Vetenskapsakademiens, Handlingar, 1898, Vol. 21, pp. 1-39.

Ho Y.S., McKay G., Process Bio-chemistry, 1999, Vol. 34, Is. 5, pp. 451-465. DOI: https://doi.org/10.1016/S0032-9592(98)00112-5.

Giles C.H., MacEwan T.H., Nakhwa S.N., Smith D., J. Chem. Soc., 1960, pp. 3973-3993.

Bharali D., Deka R.C., J. Environ. Chem. Eng., 2017, Vol. 5, No 2, pp. 2056-2067. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jece.2017.04.012