Сорбция ионов меди (II) композиционным сорбентом на основе хитозана и монтмориллонита
https://doi.org/10.35164/0554-2901-2023-7-8-47-52
Аннотация
Разработан композиционный сорбент на основе хитозана и монтмориллонита для извлечения ионов тяжелых металлов из водных растворов. Определено оптимальное соотношение хитозан/монтмориллонит для получения гранул сорбента.
Проведены равновесно-кинетические исследования процесса извлечения ионов меди (II) в гетерофазной системе «водный раствор сульфата металла – модифицированный сорбент».
Обработка изотерм сорбции ионов меди (II) исходным хитозаном и композитом на его основе по уравнению Ленгмюра позволила определить максимальные сорбционные емкости этих материалов (А∞). Установлено, что А∞ композиционного сорбента хитозан/монтмориллонит превышает максимальную сорбционную емкость для исходного хитозана более, чем в два раза.
Влияние рН на процесс сорбции ионов меди сорбентами на основе хитозана обусловлено конкуренцией катионов металла и протонов за центры сорбции. В ходе конкурентной хемосорбции протоны дезактивируют аминогруппы - основные центры сорбции, переводя их в неактивную, Н-солевую форму, что приводит к снижению сорбционной емкости хитозана по отношению к ионам меди.
Изменения в составе модифицированного сорбента по сравнению с исходным хитозаном подтверждаются данными инфракрасной спектроскопии. Микроскопические исследования по методу сканирующей электронной микроскопии показывают наличие изменений поверхностной структуры хитозановых гранул при введении в состав композита монтмориллонита.
Об авторах
Т. Е. Никифорова
ФГБОУ ВО «Ивановский государственный химико-технологический университет»
Россия
Россия
г. Иваново
В. А. Габрин
ФГБОУ ВО «Ивановский государственный химико-технологический университет»
Россия
Россия
г. Иваново
В. А. Козлов
ФГБОУ ВО «Ивановский государственный химико-технологический университет»
Россия
Россия
г. Иваново
Список литературы
1. Sáez P., Dinu I.A., Rodríguez A., Gómez J.M., Lazar M.M., Rossini D., Dinu M.V. Composite cryo-beads of chitosan reinforced with natural zeolites with remarkable elasticity and switching on/off selectivity for heavy metal ions. // International Journal of Biological Macromolecules 164 (2020), Р. 2432–2449. https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2020.08.009.
2. Xu K., Li L., Huang Z., Tian Z., Li H. Efficient adsorption of heavy metals from wastewater on nanocomposite beads prepared by chitosan and paper sludge. // Science of the Total Environment 846 (2022) 157399. http://dx.doi.org/10.1016/j.scitotenv.2022.157399.
3. Bhatt P., Joshi S., Bayram G.M.U., Khati P., Simsek H. Developments and application of chitosan-based adsorbents for wastewater treatments. // Environmental Research 226 (2023) 115530. https://doi.org/10.1016/j.envres.2023.115530.
4. Li, A.; Lin, R.; Lin, C.; He, B.; Zheng, T.; Lu, L.; Cao, Y. An environment-friendly and multi-functional absorbent from chitosan for organic pollutants and heavy metal ion. // Carbohydrate Polymers. 2016. 148, Р.272–280. DOI: 10.1016/j.carbpol.2016.04.070.
5. Никифорова Т.Е., Козлов В.А., Исляйкин М.К. Кислотноосновные взаимодействия и комплексообразование при извлечении катионов меди (II) из водных растворов целлюлозным сорбентом с участием поливинилпирролидона. //Журнал физической химии. 2012. Т. 86. №12. – С. 1974 – 1984.
6. Хитозан / под. ред. К.Г. Скрябина, С.Н. Михайлова, В.П. Варламова. – М.: Центр «Биоинженерия» РАН, 2013. – 593 с.
7. Sheth Y., Dharaskar S., Khalid M., Sonawane S. An environment friendly approach for heavy metal removal from industrial wastewater using chitosan based biosorbent. // A review. Sustainable Energy Technologies and Assessments 43 (2021) 100951. doi.org/10.1016/j.seta.2020.100951
8. Sahdev A.K., Raorane C.J., Shastri D., Raj V., Singh A., Kim S.C. Update on modified chitosan frameworks and their applications for food, wastewater, toxic heavy metals, dyes treatment and cancer drug delivery. //Journal of Environmental Chemical Engineering 10 (2022) 108656. https://doi.org/10.1016/j.jece.2022.108656.
9. Bai R., Zhang Y., Zhao Z., Liao Q., Chen P. , Zhao P., Guo W., Yang F., Li L. Rapid and highly selective removal of lead in simulated wastewater of rare-earth industry using diglycolamic-acid functionalized magnetic chitosan adsorbents // Journal of Industrial and Engineering Chemistry. V. 59. 2018. – P. 416–424.
10. Nagireddi S., Katiyar V., Uppaluri R. Pd(II) adsorption characteristics of glutaraldehyde cross-linked chitosan copolymer resin. // International Journal of Biological Macromolecules. http://dx.doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2016.09.088.
11. Vieira R.M., Vilela P.B., Becegato V.A., Paulino A.T. Chitosan-based hydrogel and chitosan/acid-activated montmorillonite composite hydrogel for the adsorption and removal of Pb+2 and Ni+2 ions accommodated in aqueous solutions. // Journal of Environmental Chemical Engineering. 2018. V.6. №2. – Р. 2713–2723. https://doi.org/10.1016/j.jece.2018.04.018.
12. Li Z., Shao L., Ruan Z., Hu W., Lu L., & Chen Y. Converting untreated waste office paper and chitosan into aerogel adsorbent for the removal of heavy metal ions. // Carbohydrate Polymers. https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2018.04.003.
13. Abdul Khalil H.P.S., Saurabh C.K., Adnan A.S., Nurul Fazita M.R., Syakir M.I., Davoudpour Y., Rafatullah M., Abdullah C.K., Haafiz M.K.M., Dungani R. A review on chitosan-cellulose blends and nanocellulose reinforced chitosan biocomposites: Properties and their applications. // Carbohydrate Polymers 150 (2016). – Р. 216–226.
14. Salih S.S., Ghosh T.K., Adsorption of Zn(II) ions by chitosan coated diatomaceous earth. // International Journal of Biological Macromolecules. / http://dx.doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2017.08.053.
15. Rahman M., Yeasmin S., Uddin J., Hasan M., Shaikh A.A., Rahman M.S., Maniruzzaman M. Simultaneous abatement of Ni2+ and Cu2+ effectually from industrial wastewater by a low cost natural claychitosan nanocomposite filter: Synthesis, characterization and fixed bed column adsorption study.// Environmental Nanotechnology, Monitoring & Management 20 (2023) 100797. https://doi.org/10.1016/j.enmm.2023.100797.
16. Ebisike K., Okoronkwo A.E., Alaneme K.K., Akinribide O.J. Thermodynamic study of the adsorption of Cd2+ and Ni2+ onto chitosan – Silica hybrid aerogel from aqueous solution. // Results in Chemistry 5 (2023) 100730. https://doi.org/10.1016/j.rechem.2022.100730.
17. Фуфаева В.А. Никифорова Т.Е., Разговоров П.Б., Игнатьев А.А. Кинетические характеристики извлечения катионов меди(II) из водных сред гидрогелевым сорбентом хитозан – диоксид кремния // Экология и промышленность России. 2022. Т. 26. №12. – С.22 – 27. DOI: 10.18412/1816-0395-2022-12-22-27.
18. Begum Sh., Yuhana N.Y., Saleh N.Md, Kamarudin N.H.N., Sulong A.B. Review of chitosan composite as a heavy metal adsorbent: Material preparation and properties. // Carbohydrate Polymers 259 (2021) 117613. https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2021.117613.
19. Прокофьев В.Ю., Гордина Н.Е. Исследование стадий термической обработки и гидротермальной кристаллизации при получении гранулированного цеолита NаА из механоактивированного метакаолина // Журнал прикладной химии. 2013. Т. 86. №3. – С. 360–366.
20. Прокофьев В.Ю., Гордина Н.Е., Жидкова А.Б. Синтез гранулированных цеолитов со структурой NаА из каолина. // Известия высших учебных заведений. Серия: Химия и химическая технология. 2011. Т. 54. № 12. С. 77–80.
21. Gordina N.E., Prokof’ev V.Yu., Il’in A.P. Еxtrusion molding of sorbents based on synthesized zeolite. //Glass and Ceramics. 2005. Т. 62. №9-10. – С. 282-286.
22. Gordina N.E., Prokof’ev V.Y., Hmylova O.E., Kul’pina Y.N. Еffect of ultrasound on the thermal behavior of the mixtures for the LTA zeolite synthesis based on metakaolin. // Journal of Thermal Analysis and Calorimetry. 2017. V. 129. №3. – Р. 1415–1427.
23. Mende M., Schwarz D., Steinbach C., Boldt R., Schwarz S. Simultaneous adsorption of heavy metal ions and anions from aqueous solutions on chitosan − Investigated by spectrophotometry and SEM-EDX analysis. // Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects. http://dx.doi.org/10.1016/j.colsurfa.2016.08.033.
24. Olivera S., Muralidhara H.B., Venkatesh K., Guna, V.K., Gopalakrishna, K., & Kumar K., Y. Potential Applications of Cellulose and Chitosan Nanoparticles/composites in Wastewater Treatment: A Review. Carbohydrate Polymers. http://dx.doi.org/10.1016/j.carbpol.2016.08.017.
25. Chitosan as a bioactive polymer: Processing, properties and applications Muxika A., Etxabide A., Uranga J., Guerrero P., de la Caba K. // International Journal of Biological Macromolecules 105 (2017). – P. 1358–1368.
26. Ахназарова С.Л., Кафаров В.В. Методы оптимизации эксперимента в химической технологии. М.: Высшая школа, 1985. – 327 с.
27. Четверикова А.Г., Каныгина О.Н., Алпысбаева Г.Ж., Юдин А.А., Сокабаева С.С. Инфракрасная спектроскопия как метод определения структурных откликов природных глин на СВЧ-воздействие. // Конденсированные среды и межфазные границы, 2019, 21(3). – C. 446–454. DOI: 10.17308/kcmf.2019.21/1155.
Рецензия
Для цитирования:
Никифорова Т.Е., Габрин В.А., Козлов В.А. Сорбция ионов меди (II) композиционным сорбентом на основе хитозана и монтмориллонита. Пластические массы. 2023;1(7-8):47-52. https://doi.org/10.35164/0554-2901-2023-7-8-47-52
For citation:
Nikiforova T.E., Gabrin V.A., Kozlov V.A. Sorption of copper (II) ions by a composite sorbent based on chitosan and montmorillonite. Plasticheskie massy. 2023;1(7-8):47-52. (In Russ.) https://doi.org/10.35164/0554-2901-2023-7-8-47-52
Просмотров: 79
Послать статью по эл. почте 
