1. На главную
  2. Электронные версии
  3. Физикохимия поверхности и защита материалов
  4. T. 58, № 3, 2022

Физикохимия поверхности и защита материалов, 2022, T. 58, № 3, стр. 270-278

Модифицированные кремнийорганическими тиосемикарбазидами природные алюмосиликаты для извлечения ионов никеля(II)

Е. Г. Филатова 1, *, А. Д. Чугунов 1, Ю. Н. Пожидаев 1, С. Н. Адамович 2, И. А. Ушаков 2, Е. Н. Оборина 2

1 Иркутский национальный исследовательский технический университет
664074 Иркутск, ул. Лермонтова, 83, Россия

2 Иркутский институт химии им. А.Е. Фаворского СО РАН
664033 Иркутск, ул. Фаворского, 1, Россия

* E-mail: efila@list.ru

Поступила в редакцию 02.07.2021
После доработки 09.07.2021
Принята к публикации 23.07.2021

Полный текст (PDF)

Аннотация

Модифицированные адсорбенты получены иммобилизацией 1-(3-триэтоксисилилпропил)тиосемикарбазида (TSC), 1-(3-триэтоксисилилпропил)-1-фенилтиосемикарбазида (1-FTSC) и 3-1-(3-триэтоксисилилпропил)-4-фенилтиосемикарбазида (4-FTSC) на поверхности природных микропористых алюмосиликатов (АS). Морфология и элементный состав поверхности модифицированных АS исследованы методом сканирующей электронной микроскопии СЭМ и анализом энергодисперсионных рентгеновских спектров ЭДС. Степень силанизации АS определяется строением кремнийорганических тиосемикарбазидов и понижается в ряду АS-TSC > АS-4-FTSC > АS-1-FTSC. Наличие характерных для TSC, 1-FTSC и 4-FTSC структурных групп в составе модифицированных образцов подтверждено методом ИК-спектроскопии. Модифицированные алюмосиликаты АS-TSC, АS-1-FTSC и АS-4-FTSC охарактеризованы в качестве адсорбентов для извлечения ионов Ni(II) из водных растворов. Время установления адсорбционного равновесия в системе адсорбент АS-TSC-адсорбат составило 60 мин. Для систем адсорбент АS-1-FTSC–адсорбат, АS-4-FTSC–адсорбат и АS–адсорбат – 120 мин. Для образцов АS-TSC, АS-1-FTSC и АS-4-FTSC предельная величина адсорбции ионов Ni(II) составила 1.71 ммоль/г (100.8 мг/г), 0.25 ммоль/г (15.0 мг/г), 0.37 ммоль/г (21.9 мг/г) соответственно. Полученные данные по адсорбции наилучшим образом описывают модели Ленгмюра и Фрейндлиха. Предположительно адсорбция ионов тяжелых металлов на поверхности модифицированных цеолитов АS-TSC, АS-1-FTSC и АS-4-FTSC сопровождается образованием хелатных комплексов (состава 1 : 1), образованных за счет донорно-акцепторного взаимодействия ионов металлов с атомами азота и серы тиосемикарбазидного фрагмента.

Ключевые слова: алюмосиликаты модифицированные, тиосемикарбазид, адсорбция, ионы Ni(II), модель Ленгмюра, модель Фрейндлиха

Основной вклад в загрязнение поверхностных водоемов и почв, привносят промышленные сточные воды. Среди загрязняющих веществ по токсикологическим оценкам тяжелые металлы занимают второе место, уступая только пестицидам [1]. В этой связи адсорбция и ионный обмен находят широкое применение для удаления ионов тяжелых металлов из водных растворов. Адсорбенты на основе природных и синтетических алюмосиликатов обладают целым рядом уникальных свойств, что обуславливает многофункциональность их практического применения, включая обезвреживание промышленных сточных вод и других водных объектов [2–4]. Наиболее распространенным методом повышения эффективности природных алюмосиликатов является их модификация неорганическими и органическими соединениями [5–13].

В работе [5] приведен критический обзор исследований по адсорбции ионов Ni(II) и Zn(II) природными и модифицированными бентонитом и вермикулитом, рассмотрено влияние различных параметров на адсорбционный процесс, кинетику системы и условия равновесия. Результаты адсорбции ионов Ni(II) мезопористым цеолитом Na-ZSM-5, модифицированным бромидом тетрапропиламмония и додецилсульфатом натрия представлены в работе [6]. Модифицированные цеолиты охарактеризованы методами СЭМ и дифракции рентгеновских лучей, ИК-спектроскопии и методом БЭТ. Полученные результаты показали эффективность модифицированных цеолитов в сравнении с исходным. Для математического описания адсорбционного равновесия использованы модели адсорбции Ленгмюра и Фрейндлиха.

В работе [7] природный кубинский клиноптилолит, модифицированный до аммонийной формы (NH4–Cli), использован для удаление марганца, кобальта и никеля из промышленных аммиачных сточных вод. Полученная NH4–Cli форма цеолита охарактеризована методами ИК-спектроскопии и рентгеновской дифракции. Значения изменения свободной энергии и константы равновесия позволяют сделать вывод о том, что порядок селективности при комнатной температуре уменьшался в ряду: Mn–Cli > Co–Cli > Ni–Cli. Авторы приходят к выводу, что различия данных обменных процессов связаны с различием во взаимодействии катионов с их лигандами в растворе, а также в цеолитном каркасе и доступностью центров ионного обмена внутри клиноптилолита.

В исследовании [8] природный клиноптилолит месторождения Китая обработан гидроксидом натрия гидротермальной реакции. Полученные в зависимости от времени реакции цеолиты Na–P и Na–Y охарактеризованы по катионообменной емкости и площади поверхности по БЭТ. Кинетика сорбции Ni(II) исходным и модифицированными цеолитами лучше всего описывает модель псевдо-второго порядка. Теоретическая адсорбционная емкость Ni(II) Na-клиноптилолитом, Na–P и Na–Y составила 3.744, 12.367 и 24.857 мг/г, соответственно.

Модифицирование путем полимеризации полипиррола внутри и снаружи поверхности клиноптилолитового цеолита изучено в работе [9]. Полученный нанокомпозит полипиррол-клиноптилолит использовали как адсорбент Ni(II). Авторы исследования показали, что определяющим механизмом адсорбции являются хелатирующие и ионообменные взаимодействия. Результаты экспериментов демонстрируют возможность использования нанокомпозита в качестве экономичного и эффективного адсорбента для удаления ионов Ni(II).

Работа [10] посвящена извлечению ионов Co(II) и Ni(II) из сточных вод природным и модифицированным клиноптилолитами. Авторами синтезирован цеолит X, который показал большую адсорбционную способность к ионам кобальта и никеля, в сравнении с природным клиноптилолитом. Na+ и ${\text{NH}}_{4}^{ + }$ формы клиноптилолита были лучшими модифицированными формами для удаления исследованных катионов. Десорбция ионов Co(II) и Ni(II) осуществляли путем обработки цеолитов соляной кислотой, и значения достигали 74 и 85%.

В исследовании [11] мезопористый цеолит ZSM-5, модифицированный фосфорной кислотой, переводили в натриевую форму с использованием водного раствора NaHCO3. Полученная форма цеолита PNa2-ZSM-5 продемонстрировала более высокую адсорбционную способность по отношению к ионам Ni(II), чем исходный цеолит Na–Y. Данные опытов соответствовали модели Ленгмюра, а также модели Фрейндлиха, и подтвердили, что сорбция ионов Ni(II) протекает спонтанно и эндотермически.

В работе [12] фосфатно-интеркалированный наномонтмориллонит использован в качестве активного адсорбента для удаления никеля и цинка при восстановлении засоленных грунтовых вод. Установлено, что одновременное присутствие Ni(II) и Zn(II) снижает адсорбционную способность. Конкурентная модель Ленгмюра, модели Мурали и Эйлмора хорошо описывали бинарную адсорбцию.

Прочную иммобилизацию функциональных групп в продуктах модификации обеспечивает силилирование силикатных материалов [13]. Процесс силилирования представляет собой взаимодействие между неорганической матрицей и алкоксисиланами, алкоксигруппы которых реагируют с группой ОН, присутствующей на поверхности твердых носителей [13]. Модификация цеолитов силанами APTES и MPTMS, содержащими, соответственно, амино- и меркаптогруппы, приводит к повышению адсорбционной активности цеолитов по отношению к ионам тяжелых металлов за счет присутствия в составе силанов групп –NH2 и –SH [13, 14]. Использование такого подхода позволяет вводить в состав алюмосиликатов функциональные группы, проявляющие ионообменные и комплексообразующие свойства [15].

Целью данной работы явилось получение алюмосиликатов, модифицированных кремнийорганическими тиосемикарбазидами, для извлечения ионов Ni(II) из водных растворов и сточных вод гальванического производства.

ЭСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

В качестве объекта исследования использовали природные алюмосиликаты месторождения Восточного Забайкалья. По данным рентгенофазового анализа и ИК-спектроскопии исследуемые алюмосиликаты Забайкальского месторождения состоят из гейландита кальция Ca[Al2Si7O18]·6H2O, а также примесных пород – санидина КАlSi3O8 и кристобалита SiO2 [16–18]. Исследованные цеолиты относятся к группе каркасных алюмосиликатов, кристаллическая решетка которых образуется тетраэдрами [SiO4]4– и [AlO4]5–, объединенными общими вершинами в трехмерный каркас [19]. Наличие полостей и каналов в микроструктуре минерала, а также достаточно большая свобода движения катионов и молекул воды определяет уникальные свойства алюмосиликатов. В водной среде алюмосиликаты легко обменивают свои катионы (Са2+, Na+, К+ и др.) на другие катионы, находящиеся в растворе. В экспериментах использовали предварительно отсеянную на сите фракцию цеолита размером 0.5 мм.

Для модификации алюмосиликатов использовали 1-(3-триэтоксисилилпропил)тиосемикарбазид (TSC), 1-(3-триэтоксисилилпропил)-1-фенилтиосемикарбазид (1-FTSC) и 1-(3-триэтоксисилилпропил)-4-фенилтиосемикарбазид (4-FTSC), полученные конденсацией 3-триэтоксисилилпропиламина с соответствующими кремнийорганическими тиосемикарбазидами [20].

Иммобилизацию TSC, 1-FTSC и 4-FTSC на поверхности алюмосиликата проводили следующим образом: 10 г воздушно-сухого алюмосиликата АS добавляли к 90 г гексана. К полученной смеси небольшими порциями в течение 10 минут прибавляли 10 г TSC (10 г 1-FTSC или 10 г 4-FTSC) для получения соответствующих модифицированных алюмосиликатов. Смесь нагревали до 50°С при перемешивании в течение 1 ч. Продукт фильтровали и промывали последовательно гексаном и этиловым спиртом для удаления избытка свободного TSC (1-FTSC или 4-FTSC). Затем алюмосиликаты с иммобилизованными TSC (1-FTSC или 4-FTSC) сушили на воздухе в течение 12 ч и далее в сушильном при 110°С в течение 1 ч.

Морфологию алюмосиликатов определяли методом сканирующей электронной микроскопии (СЭМ) с помощью электронного микроскопа Hitachi TM3000 с увеличением до 30000X и разрешением до 25 нм. Элементы поверхности определяли с помощью анализа энергодисперсионных рентгеновских спектров (ЭДС) (Quantax 70). Электронный микроскоп Quanta 200 FEI SEM-EXD использовали для электронного сканирования образцов. ИК-спектры материалов получали на спектрофотометре “Specord 75IR”.

Исследование адсорбционных свойств модифицированных алюмосиликатов по отношению к ионам Ni(II) проводили на модельных растворах, приготовленных из NiSO4·7H2O квалификации “х. ч.” и дистиллированной воды. Выбор исходной концентрации модельных растворов обоснован реальным составом производственных сточных вод гальванического производства, содержащих ионы тяжелых металлов. Содержание ионов Ni(II) в растворах определяли по стандартным методикам [21, 22].

Адсорбционную способность исследуемых алюмосиликатов изучали статическим методом. В работе использован метод неизменных навесок (0.2 г) и переменных концентраций (от 1 до 100 мг/л). Исследуемые растворы готовили объемом 20 мл. Массовое отношение жидкой и твердой фаз составляло 1 : 100. Величину адсорбции (А, ммоль/г) вычисляли по формуле:

$A = \frac{{C{}_{0}\,\, - {{C}_{{{\text{равн}}}}}}}{m}V,$
где С0 и Сравн – исходная и равновесная концентрации металла в растворе, ммоль/л; V – объем раствора, л; m – масса сорбента, г.

Кислотность модельных растворов поддерживали в интервале рН 5–7 с помощью рН-метра “рН-340”. Температуру поддерживали с помощью термостата UTU-4, исследования проводили при температуре 298 К. Перемешивание осуществляли при помощи магнитной мешалки со скоростью 300 об./мин. Условия перемешивания во всех опытах выдерживали постоянными.

ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ

Модификация исходного алюмосиликата кремнийорганическими тиосемикарбазидами является результатом гидролиза и конденсации кремнийорганических соединений с поверхностными гидроксогруппами AS по схеме 1 .

Схема 1 . Модификация алюмосиликата АS кремнийорганическими тиосемикарбазидами TSC, 1-FTSC и 4-FTSC.

Фиксация TSC, 1-FTSC и 4-FTSC на поверхности носителя подтверждается данными СЭМ и ЭДС методов. Рельеф поверхности природных алюмосиликатов, в том числе гейландита AS (рис. 1a), достаточно неоднороден из-за сосуществования различных кристаллических фаз и примесей аморфных материалов [23]. В результате химической модификации AS происходит незначительное изменение поверхностной структуры материала (рис. 1в, 1д, 1ж). Поверхность алюмосиликата после модифицирования становится более однородной и менее пористой. Основными элементами AS являются O 51.72%, Si 38.51%, Al 4.75% и C 4.17% (рис. 1б).

Рис. 1.

СЭМ-изображения (а, в, д, ж) и ЭДС-спектры (б, г, е, ж) АS (а, б), АS-TSC (в, г), АS-1-FTSC (д, е), АS-4-FTSC (ж, з).

Степень покрытия алюмосиликата модификатором характеризует содержание элементов кремнийорганического аппрета на поверхности адсорбента. Поверхность модифицированного алюмосиликата AS-TSC составляют O 23.52%, Si 17.12%, C 31.03%, N 21.23% и S 7.10% (рис. 1г). Высокое содержание азота и серы, а также отсутствие алюминия и натрия на поверхности AS-TSC означает, что на изученном участке поверхность носителя полностью покрыта слоем TSC. Следует отметить, что в исходном алюмосиликате АS азот и сера отсутствуют (рис. 1б). В случае модифицированного образца АS-4-FTSC (рис. 1з), содержание азота (13.47%) и серы (4.08%) в поверхностном слое несколько меньше, а для образца АS-1-FTSC (рис. 1е) (N 3.82% и S 1.30%) существенно ниже в сравнении с образцом AS-TSC. Это согласуется с повышением массы алюмосиликатов в процессе модифицирования, которое для АS-TSC, АS-1-FTSC и АS-4-FTSC составляет 17.08, 3.4 и 9.8%, соответственно.

Различие в степени силанизации алюмосиликатов может быть связано с влиянием объемного фенильного заместителя в составе 1-FTSC и 4‑FTSC на полноту гидролиза и конденсации кремнийорганических тиосемикарбазидов в соответствии со схемой 1 . Наименьшая степень силанизации наблюдается в случае образца 1-FTSC, фенильный заместитель в котором наиболее приближен к триэтоксисильной группе, обеспечивающей образование химической связи между поверхностью алюмосиликата и кремнийорганическим модификатором.

Адсорбционная активность по отношению к ионам Ni(II) образцов АS-TSC, АS-1-FTSC и АS-4-FTSC коррелирует с содержание модификатора в их составе.

При адсорбции ионов Ni(II) образцами АS-TSC, АS-1-FTSC и АS-4-FTSC в сопоставимых условиях (рН 5.5, τ = 1 ч, С0 = 5 мг/л, V = 50 мл, m = 0.2 г) содержание никеля в поверхностном слое алюмосиликатов увеличивается в соответствии с повышением степени силанизации алюмосиликатов (рис. 2).

Рис. 2.

ЭДС-спектры АS-TSC (а), АS-1-FTSC (б), АS-4-FTSC (в).

Для более полной оценки адсорбционной способности модифицированных алюмосиликатов по отношению к ионам Ni(II) осуществлен анализ кинетических кривых и изотерм адсорбции.

На рис. 3 представлены кинетические кривые адсорбции ионов Ni(II). Время установления адсорбционного равновесия в системе адсорбент АS-TSC–адсорбат составило 60 мин. Для систем адсорбент АS-1-FTSC–адсорбат, АS-4-FTSC–адсорбат и АS–адсорбат – 120 мин.

Рис. 3.

Кинетические кривые (1 – АS-TSC; 2 – АS-1-FTSC; 3 – АS-4-FTSC; 4 – АS).

На рис. 4 представлены изотермы адсорбции ионов Ni(II). Согласно классификации, предложенной Брунауэром, Эмметом и Теллером (классификация БЭТ), полученные изотермы равновесия можно отнести к изотермам типа I [24]. Данный тип изотерм характерен для мономолекулярной адсорбции на микропористых твердых материалах. На первом участке кривой наблюдается линейное возрастание адсорбции, в процессе которого идет образование монослоя адсорбата на поверхности адсорбента и заполнение микропор. Почти горизонтальный участок, соответствующий более высоким концентрациям, отвечает поверхности адсорбента, полностью насыщенной адсорбатом. В этих условиях, если на поверхности адсорбента может образовываться лишь мономолекулярный слой адсорбата, количество адсорбированного вещества практически перестает зависеть от концентрации.

Рис. 4.

Изотермы адсорбции ионов Ni(II) (1 – АS-TSC; 2 – АS-1-FTSC; 3 – АS-4-FTSC; 4 – АS).

Для образцов АS-TSC, АS-1-FTSC и АS-4-FTSC адсорбционная емкость составила 0.28 ммоль/г (16.6 мг/г), 0.24 ммоль/г (14.4 мг/г), 0.27 ммоль/г (15.9 мг/г), соответственно (рис. 4 ). Модификация алюмосиликатов кремнийорганическими аппретами TSC, 1-FTSC и 4-FTSC приводит к повышению адсорбционной активности полученных адсорбентов по отношению к ионам Ni(II) в 2.8, 2.4 и 2.7 раза в сравнении с природными образцами.

Известно, что равновесие в адсорбционной системе зависит от природы взаимодействия адсорбент–адсорбат [25]. Модели адсорбции Ленгмюра, Фрейндлиха и др. описывают эти взаимодействия по-разному. Поэтому целесообразным явилось выяснение возможности применимости упомянутых моделей при интерпретации полученных экспериментальных данных.

Экспериментальные данные обработали с помощью уравнения Ленгмюра [26]. Изотермы адсорбции в координатах линейной формы указанного уравнения представлены на рис. 5.

Рис. 5.

Изотермы адсорбции в координатах линейной формы уравнения Ленгмюра (1 – АS-TSC; 2 – АS-1-FTSC; 3 – АS-4-FTSC).

Из графических линейных зависимостей (рис. 5) по величине отрезка прямой, пересекающейся с осью ординат, определяли предельную величину адсорбции А∞, а по тангенсу угла наклона прямой – константу адсорбционного равновесия K, значения которых приведены в табл. 1.

Таблица 1.  

Параметры модели Ленгмюра

Адсорбент А∞, ммоль/г А∞, мг/г К R2
АS-TSC 1.709 100.8 0.132 0.97
АS-1-FTSC 0.254 15.0 4.100 0.96
АS-4-FTSC 0.369 21.8 3.640 0.89

Для модифицированного алюмосиликата АS-TSC значение величины предельной адсорбции составило 100.8 мг/г (табл. 1). Значения коэффициентов корреляции (R2) свидетельствуют, что модель Ленгмюра более адекватно описывает адсорбцию Ni(II) образцами АS-TSC и АS-1-FTSC.

В области средних заполнений неоднородной поверхности адсорбента широко используют эмпирическое уравнение Фрейндлиха. Для исследуемых модифицированных алюмосиликатов построены линейные зависимости логарифмической формы уравнения Фрейндлиха [26] (рис. 6), из которых определены постоянные К и n (табл. 2).

Рис. 6.

Изотерма адсорбции в координатах линейной формы уравнения Фрейндлиха (1 – АS-TSC; 2 – АS-1-FTSC; 3 – АS-4-FTSC).

Таблица 2.

Параметры модели Фрейндлиха

Адсорбент Kф n R2
АS-TSC 0.085 1.082 0.98
АS-1-FTSC 0.024 2.102 0.92
АS-4-FTSC 0.040 1.598 0.93

Адсорбционные центры по модели Фрейндлиха обладают различными величинами энергии, и в первую очередь происходит заполнение активных адсорбционных центров с максимальной энергией. Константы Kф и n позволяют проводить сравнение адсорбционной способности модифицированных алюмосиликатов. При концентрации ионов Ni(II) в растворе 1 моль/л величина адсорбции этих ионов будет равна постоянной Kф, а параметр n указывает на интенсивность взаимодействия адсорбент–адсорбат.

Как видно из табл. 2 адсорбция ионов Ni(II) адекватно описывается изотермой Фрейндлиха; для всех исследуемых образцов получены высокие значения R2. Это означает, что адсорбция ионов Ni(II) протекает на неоднородной поверхности по сложному механизму.

Осуществлен анализ ИК-спектров исходного цеолита АS и модифицированных образцов АS-TSC, АS-1-FTSC, АS-4-FTSC (рис. 7).

Рис. 7.

ИК-спектры (1 – АS; 2 – АS-TSC; 3 – АS-1-FTSC; 4 – АS-4-FTSC).

ИК-спектры АS, АS-TSC, АS-1-FTSC и АS-4-FTSC (рис. 7) содержат характеристичные полосы пористых силикатных материалов [27, 28]. Наиболее интенсивные полосы, соответствующие валентным колебаниям первичных структурных единиц алюмосиликатов, то есть тетраэдров SiO4 и AlO4, проявляются во всех спектрах с максимумами 1050, 1048, 1050 и 1047 см–1 (асимметричные валентные колебания), 791, 789, 790 и 787 см–1 (симметричные валентные колебания мостиков Si–O и Al–O) и 467, 465 464 см–1 (деформационные колебания) [27, 28]. Полосы поглощения, соответствующие колебаниям фрагментов тиосемикарбазида образцов АS-TSC, АS-1-FTSC и АS-4-FTSC проявляются около 2060 см–1 (полоса поглощения средней интенсивности вторичных аминов), около 1550 см–1 (деформационные колебания NH и колебания C–N вторичных аминов), в области 1350–1370 см–1 (валентные колебания C=S).

На рис. 8 представлены ИК-спектры, модифицированных алюмосиликатов после адсорбции ионов Ni(II). ИК-спектры модифицированных адсорбентов АS-TSC, АS-1-FTSC и АS-4-FTSC (рис. 7) и АS-TSC-Ni, АS-1-FTSC-Ni и АS-4-FTSC-Ni (рис. 8) практически идентичны в отношении характеристических полос поглощения. Для полос поглощения азотсодержащих фрагментов (NH, C–N) и тиокарбонильных групп (C=S) в спектрах АS-TSC-Ni, АS-1-FTSC-Ni и АS-4-FTSC-Ni наблюдается понижение интенсивности и заметное смещение, что может указывать на образование координационной связи между ионами Ni(II) и атомами азота и серы фрагментов TSC.

Рис. 8.

ИК-спектры (1 – АS-TSC-Ni; 2 – АS-1-FTSC-Ni; 3-АS-4-FTSC-Ni).

Совокупность полученных результатов, а также анализ изотерм адсорбции ионов Ni(II) и данные ИК-спектроскопии позволяют предположить, что адсорбция ионов тяжелого металла на поверхности модифицированных алюмосиликатов сопровождается образованием хелатных комплексов (состава 1 : 1) за счет донорно-акцепторного взаимодействия ионов металла с атомами азота и серы тиосемикарбазидного фрагмента (схема 2 ).

Схема 2 . Строение хелатных комплексов ионов Ni(II) на поверхности AS-TSC.

Такой тип взаимодействия характерен для лигандов функционализированных тиосемикарбазидом, в целом, и для Si-органических адсорбентов, содержащих N- и S-активные группировки.

Полученные результаты исследований подтверждают высокую эффективность использования полученных адсорбентов АS-TSC, АS-1-FTSC и АS-4-FTSC для извлечения ионов Ni(II) из водных растворов и сточных вод гальванического производства.

ВЫВОДЫ

1. Иммобилизацией 1-(3-триэтоксисилилпропил)тиосемикарбазида (TSC), 1-(3-триэтоксисилилпропил)-1-фенилтиосемикарбазида (1-FTSC) и 1-(3-триэтоксисилилпропил)-4-фенилтиосемикарбазида (4-FTSC) на поверхности природного алюмосиликата получены модифицированные адсорбенты АS-TSC, АS-1-FTSC и АS-4-FTSC. Степень силанизации АS определяется строением кремнийорганических тиосемикарбазидов и понижается в ряду АS-TSC > АS-4-FTSC > АS-1-FTSC.

2. Модификация алюмосиликата кремнийорганическим аппретом TSC (1-FTSC и 4-FTSC) приводит к повышению адсорбционной активности полученных адсорбентов по отношению к ионам Ni(II) в 2.8, 2.4 и 2.7 раза соответственно в сравнении с природными образцами. Для образцов АS-TSC, АS-1-FTSC и АS-4-FTSC адсорбционная емкость составила 0.28 ммоль/г (16.6 мг/г), 0.24 ммоль/г (14.4 мг/г), 0.27 ммоль/г (15.9 мг/г), соответственно.

3. Предположительно адсорбция ионов тяжелых металлов на поверхности модифицированных алюмосиликатов АS-TSC, АS-1-FTSC и АS-4-FTSC сопровождается образованием хелатных комплексов (состава 1 : 1) за счет донорно-акцепторного взаимодействия ионов металлов с атомами азота и серы тиосемикарбазидного фрагмента. Такой тип взаимодействия характерен для лигандов функционализированных тиосемикарбазидом, в целом, и для Si-органических адсорбентов, содержащих N- и S-активные группировки.

Список литературы

  1. Custodio M., Cuadrado W., Penaloza R., Montalvo R., Ochoa S., Quispe J. // Water (Switzerland). 2020. V. 12. P. 1946–1966.

  2. Khan A., Khan S., Khan M.A., Qamar Z., Waqas M. // Environmental Science and Pollution Research. 2015. № 22. P. 13772–13799.

  3. Singh N., Gupta V. K., Kumar A., Sharma B. // Frontiers in Chemistry. 2017. № 5. P. 70–79.

  4. Химия цеолитов и катализ на цеолитах // Под ред. Дж. Рабо. М.: Мир, 1980. Т. 1. 506 с. Т. 2. 422 с.

  5. Malamis S., Katsou E.A. // J. Hazardous Materials. 2013. V. 252. P. 428–461.

  6. Mirzababaei S.N., Taghizadeh M., Alizadeh E. // Desalination and Water Treatment. 2016. V. 57. № 26. P. 12204–12215.

  7. Rodriguez-Iznaga I., Rodriguez-Fuentes G., Petranovskii V. // Microporous and Mesoporous Materials. 2018. V. 255. P. 200–210.

  8. Wang Y., Chao X. // Fresenius Environmental Bulletin. 2015. V. 24. № 12. P. 4316–4321.

  9. Olad A., Ahmadi S., Rashidzadeh A. // Desalination and Water Treatment. 2013. V. 51. № 37–39. P. 7172–7180.

  10. Malekpour A., Edrisi M., Hajialigol S. // J. Radioanalytical and Nuclear Chemistry. 2011. V. 288. № 3. P. 663–669.

  11. Panneerselvam P., Bala V.S., Thinakaran N. // E-Journal of chemistry. 2009. V. 6. № 3. P. 729–736.

  12. Choi J., Septian A., Shin W.S. // Minerals. 2020. V. 10. P. 980.

  13. Wamba A.G.N., Kofa G.P., Koungou S.N., Thue P.S., Lima E.C., Reis G.S., Kayem J.G. // J. Environ. Chem. Eng. 2018. V. 6. P. 3192–3203.

  14. Kukwa R.E., Dann S.E. // Desalination and Water Treatment. 2019. V. 153. P. 136–144.

  15. Помазкина О.И., Филатова Е.Г., Пожидаев Ю.Н. // Физикохимия поверхности и защита материалов. 2017. Т. 53. № 3. С. 255–261.

  16. Филатова Е.Г., Пожидаев Ю.Н., Помазкина О.И. // Физикохимия поверхности и защита материалов. 2020. Т. 56. № 5. С. 479–484.

  17. Филатова Е.Г. // Изв. вузов. Прикладная химия и биотехнология. 2015. № 2(13). С. 97–109.

  18. Помазкина О.И., Филатова Е.Г., Пожидаев Ю.Н. // Химия и технология воды. 2018. Т. 40. № 4. С. 376–384.

  19. Брек Д. Цеолитовые молекулярные сита. М.: Мир, 1976. 782 с.

  20. Власова Н.Н., Оборина Е.Н., Белоусова Л.И., Ларина Л.И. // Физикохимия поверхности и защита материалов. 2018. Т. 54. № 1. С. 78–84.

  21. Лурье Ю.Ю., Рыбникова А.И. Химический анализ производственных сточных вод. М.: Химия, 1974. 336 с.

  22. Марченко. З. Фотометрическое определение элементов. М.: Мир, 1971. 502 с.

  23. Kantiranis N., Sikalidis K., Godelitsas A., Squires C., Papastergios G., Filippidis A. // J. Environ. Manage. 2011. V. 92. P. 1569–1576.

  24. Rouquerol J., Rouquerol F., Llewellyn P., Maurin G., Sing K.S.W. Adsorption by Powders and Porous Solids: Principles, Methodology and Applications: Second Edition. Elsevier Inc. 2013. 626 p.

  25. Физическая химия адсорбционных явлений / А.Ю. Цивадзе, А.И. Русанов, А.А. Фомкин и др. М.: Граница, 2011. 304 с.

  26. Щукин Е.Д., Перцов А.В., Амелина Е.А. Коллоидная химия М.: Юрайт, 2013. 444 с.

  27. Flanigen E.M., Khatami H., Szymanski H.A. // Advances in Chemistry. 1971. V. 101. P. 201–209.

  28. Król M., Mozgawa W., Jastrzębski W., Barczyk K. // Microporous and Mesoporous Materials. 2018. V. 156. P. 181–188.

Дополнительные материалы отсутствуют.

Инструменты

следующая статья выпуска предыдущая статья выпуска содержание выпуска

Физикохимия поверхности и защита материалов

Архивы выпусков Информация о журнале Отправить рукопись в журнал