1. На главную
  2. Электронные версии
  3. Физикохимия поверхности и защита материалов
  4. T. 59, № 3, 2023

Физикохимия поверхности и защита материалов, 2023, T. 59, № 3, стр. 231-243

Особенности сорбции ионов тяжелых металлов биополимерами полисахаридной и полиамидной природы

Т. Е. Никифорова a, *, В. А. Габрин a, П. Б. Разговоров b

a Ивановский государственный химико-технологический университет
153000 Иваново, Шереметевский просп., 7, Россия

b Ярославский государственный технический университет
150023 Ярославль, Московский просп., 88, Россия

* E-mail: tatianaenik@mail.ru

Поступила в редакцию 17.10.2022
После доработки 12.11.2022
Принята к публикации 26.11.2022

Аннотация

Представлены результаты исследований сорбционных свойств природных и модифицированных материалов полисахаридной и полиамидной природы и установлены физико-химические закономерности распределения d-металлов в гетерофазной системе “биополимер–водный раствор”. Экспериментальные изотермы сорбции обработаны в рамках моделей Ленгмюра, Фрейндлиха и Дубинина–Радушкевича. Кинетика сорбции наиболее корректно описывается моделью псевдо-второго порядка. Изучено влияние различных факторов, влияющих на эффективность процесс сорбции, таких как температура, скорость перемешивания и т.д. Установлено влияние рН среды на сорбцию ионов тяжелых металлов полисахаридными и полиамидными сорбентами. Выявлены закономерности процесса конкурентной сорбции катионов М2+/Н+ в кислой области рН с участием различных функциональных групп. Определены перспективы использования биосорбентов полисахаридной и полиамидной природы, модифицированных с применением новых методов, включая направленную модификацию свойств поверхности, в соответствии сo взаимосвязью “структура–сорбционная активность материала”.

Список литературы

  1. Vardhan K.H., Kumar P.S., Panda R.C. // J. Mol. Liq. 2019. V. 290. P. 111197.

  2. Jeevanantham S., Saravanan A., Hemavathy R.V. et al. // Environ. Technol. Innov. 2019. V. 13. P. 246–276.

  3. Duan C., Ma T., Wang J., Zhou Y. // J. Water. Process. Eng. 2020. V. 37. P. 101339.

  4. Naushad M., Lichtfouse E. (Eds.) Green Materials for Wastewater Treatment. Springer International Publishing. Cham. 2020.

  5. Joseph L., Jun B.-M., Flora J.R.V. et al. // Chemosphere 2019. V. 229. P. 142–159.

  6. Nikiforova T.E., Kozlov V.A., Telegin F.Y. // Materials Science & Engineering B – Advanced Functional Solid State Materials 2021. V. 263. P. 114778.

  7. Mishra A., Clark J.H. (Eds.) Green Materials for Sustainable Water Remediation and Treatment. Royal Society of Chemistry. Cambridge. 2013.

  8. Pap S., Kirk C., Bremner B. et al. // Water Res. 2020. V. 173. P. 115573.

  9. Khan T.A., Chaudhry S.A., Ali I. // J. Mol. Liq. 2015. V. 202. P. 165–175.

  10. Разговоров П.Б., Игнатьев А.А., Абрамов М.А., Нагорнов Р.С. // Умные композиты в строительстве. 2020. Т. 1. № 1. С. 10–26.

  11. Al-Asheh S., Aidan A. A Comprehensive Method of Ion Exchange Resins Regeneration and its Optimization for Water Treatment. IntechOpen. 2020. Book: Promising Techniques for Wastewater Treatment and Water Quality Assessment. Eds. Ahmed I., Summers J.K.

  12. Singh N., Gupta S.K. // Int. J. Innov. Res. Sci. Eng. Technol. 2016. V. 5(2). P. 2267–2281.

  13. Manjuladevi M., Anitha R., Manonmani S. // Appl. Water Sci. 2018. V. 8(1). P. 36.

  14. Hur J., Shin J., Yoo J., Seo Y.S. // Sci. World J. 2015. P. 1–11.

  15. De la Villa Mencia R.V., Goiti E., Ocejo M., Gimenez R.G. // Microp. Mesop. Mater. 2020. V. 293. P. 109817.

  16. Amphlett J.T.M, Choi S., Parry S.A. et al. // Chem. Eng. J. 2020. V. 392. P. 123712.

  17. Foster R.I., Amphlett J.T., Kim K.W. et al. // J. Ind. Eng. Chem. 2020. V. 81. P. 144–152.

  18. Hajiyeva S.R., Bahmanova F.N, Alirzaeva E.N. et al. // Uranium, Radiochemistry. 2018. V. 60(2). P. 195–200.

  19. Graillot A., Bouyer D., Monge S. et al. // J. Hazard. Mater. 2013. V. 244–245. P. 507–515.

  20. Page M.J., Soldenhoff K., Ogden M.D. // Hydrometallurgy. 2017. V. 169. P. 275–281.

  21. Vasudevan T., Pandey A.K., Das S., Pujari P.K. // Chem. Eng. J. 2014. V. 236. P. 9–16.

  22. Krishnan S., Zulkapli N.S., Kamyab H. et al. // Environmental Technology & Innovation. 2021. V. 22. P. 101525.

  23. Meretin R.N., Nikiforova T.E. // Chem Chem Tech [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2021. V. 64. № 11. P. 147–155.

  24. Kamari A., Yusoff S.N.M., Abdullah F., Putra W.P. // J. Environ. Chem. Eng. 2014. V. 2(4). P. 1912–1919.

  25. Zhang J., Fu H., Ly X. et al. // Biomass Bioenergy. 2011. V. 35 (1). P. 464–472.

  26. Quyen V., Pham T.-H., Kim J. // Chemosphere. 2021. V. 284. P. 131312.

  27. Fu F., Wang Q. // J. Environ. Manage. 2011. V. 92. P. 407–418.

  28. Li A., Lin R., Lin C. et al. // Carbohydr. Polym. 2016. V. 148. P. 272–280.

  29. Nikiforova T.E., Kozlov V.A. // Prot. Met. Phys. Chem. Surf. 2016. V. 52. № 3. 399–424,

  30. Hubbe M.A., Hasan S.H., Ducoste J.J. // Bio Resources. 2011. V. 6. № 2. 161–287.

  31. Nikiforova T.E., Kozlov V.A. // Prot. Met. Phys. Chem. Surf. 2012. V. 48. № 3. P. 310–314.

  32. Kozlov V.A., Nikiforova T.E., Loginova V.A., Koifman O.I. // J. Hazard. Mater. 2015. V. 299. P. 725–732.

  33. Kozlov V.A., Ivanov S.N., Koifman O.I. // J. Phys. Org. Chem. 2017. P. 3715.

  34. Ivanov S.N., Kozlov V.A., Koifman O.I. // J. Solut. Chem. 2021. V. 50. P. 630–651.

  35. Kozlov V.A., Nikiforova T.E. // Fibre Chemistry. 2019. V. 51. № 4. P. 250–253.

  36. Bhatnagar A., Sillanpaa M., Witek-Krowiak A. // Chem. Eng. J. 2015. V. 270. P. 244–271.

  37. Yadav S., Yadav A., Bagotia N. et al. // Water Process Engineering. 2021. V. 42. P. 102148.

  38. Chai W.S., Cheun J.Y., Kumar P.S. et al. // J. Cleaner Production. 2021. V. 296. P.126589.

  39. Nikiforova T.E., Kozlov V.A. // Prot. Met. Phys. Chem. Surf. 2012. V. 48. № 6. P. 620–626.

  40. Nurchi V.M., Crisponi G., Villaescusa I. // Coordination Chemistry Reviews. 2010. V. 254. P. 2181–2192.

  41. Beni A.A., Esmaeili A. // Environmental Technology & Innovation. 2020. V. 17. P. 100503.

  42. Agarwal A., Upadhyay U., Sreedhar I. et al. // J. Water Process Engineering. 2020. V. 38. P. 101602.

  43. Kozlov V.A., Nikiforova T.E., Islyaikin M.K., Koifman O.I. // Can. J. Chem. 2017. V. 95. P. 28–36.

  44. Losev N.V., Nikiforova T.E., Makarova L.I., Lipatova I.M. // Prot. Met. Phys. Chem. Surf. 2017. V. 53. № 5. P. 801–806.

  45. Nikiforova T.E., Kozlov V.A., Karaseva E.N. // Prot. Met. Phys. Chem. Surf. 2021. V. 57. №. 4. P. 680–686.

  46. Fufaeva V.A., Nikiforova T.E. // Prot. Met. Phys. Chem. Surf. 2022. V. 58. №. 2. P. 262–268.

  47. Kumar R., Sharma R.Kr., Singh A.P. // J. Mol. Liquids 2017. V. 232. P. 62–93.

  48. Agarwal A., Upadhyay U., Sreedhar I. et al. // J. Water Proc. Eng. 2020. V. 38. P. 101602.

  49. Ezeonuegbu B.A., Machido D.A., Whong C.M.Z. et al. // Biotechnology Reports. 2021. 30. P. e00614.

  50. Nikiforova T.E., Kozlov V.A. // Prot. Met. Phys. Chem. Surf. 2011. V. 47(1). P. 20–24.

  51. Ahmad R., Hasan I. // Groundw. Sustain. Dev. 2017. V. 5. P. 75–84.

  52. Dotto G.L., Campana-Filho S.P., Pinto L.A.A. (Eds) Frontiers in Biomaterials. V. 3. Chitosan Based Materials and its Applications. 2017. Bentham Science Publishers – Sharjah, UAE.

  53. Naushad M., Lichtfouse E. (Eds.) Green Materials for Wastewater Treatment, Springer International Publishing, Cham. 2020.

  54. Ahmed S., Ikram S. (Eds.) Chitosan Derivatives, Composites and Applications. 2017. Scrivener Publishing Wiley.

  55. Lucia L., Ayoub A. (Eds.) Polysaccharide-based Fibers and Composites. Chemical and Engineering Fundamentals and Industrial Applications. 2018. Springer International Publishing AG.

  56. Bautista-Banos S. Chitosan in the Preservation of Agricultural Commodities. 2016. Elsevier. Boston MA.

  57. Bai R., Zhang Y., Zhao Z. et al. // J. Ind. Eng. Chem. 2018. V. 59. P. 416–424.

  58. Kim S.-K. Chitin, Chitosan, Oligosaccharides and their Derivatives: Biological activities and applications. 2011. CRC Press. Taylor & Francis/Boca Raton.

  59. Vieira R.M., Vilela P.B., Becegato V.A., Paulino A.T. // J. Environ. Chem. Eng. 2018. V. 6. P. 2713–2723.

  60. Nagireddi S., Katiyar V., Uppaluri R. // Int. J. Biol. Macromol. 2017. V. 94. P. 72–84.

  61. Nikiforova T.E., Kozlov V.A., Islyaikin M.K. // Can. J. Chem. 2019. V. 97. P. 621–628.

  62. Jennings J.A., Bumgardner J.D. // Chitosan Based Biomaterials. V. 2. 2017.

  63. Salehi E., Daraei P., Shamsabadi A.A. // Carbohydr. Polym. 2016. V. 152. P. 419–432.

  64. Wang J., Chen C. // Bioresour. Technol. 2014. V. 160. P. 129–141.

  65. Gutha Y., Munagapati V.S. // Int. J. Biol. Macromol. 2016. V. 93. P. 408–417.

  66. Hussain M.S., Musharraf S.G., Bhanger M.I., Malik M.I. // Int. J. Biol. Macromol. 2020. V. 147. P. 643–652.

  67. Yu K., Ho J., McCandlish E. et al. // Colloids Surf. A. 2013. V. 425. P. 31–41.

  68. Guibal E. // Sep. Purif. Technol. 2004. V. 38. P. 43–74.

  69. Kuczajowska-Zadrożna M., Filipkowska U., Joźwiak T. // Environ. Chem. Eng. 2020. V. 8. P. 103878.

  70. Wang J., Zhuang S. // J. Cleaner Production. 2022. V. 355. P. 131825.

  71. Jennings J.A., Bumgardner J.D. (Eds.) Chitosan Based Biomaterials. 2017. V. 1. Fundamentals. Woodhead Publishing Series in Biomaterials. № 122.

  72. Tahira I., Aslam Z., Abbas A. // Int. J. Biol. Macromol. 2019. V. 136. P. 1209–1218.

  73. Saheed I.O., Oh W.D., Suah F.B.M. // J. Hazard. Mater. 2021. V. 408. P. 124889.

  74. Wang J., Zhuang S. // J. Cleaner Production. 2022. V. 355. P. 131825.

  75. Nunes Y.L., de Menezes F.L., de Sousa I.G. // Int. J. Biological Macromolecules 2021. V. 181. P. 1124–1170.

  76. Liang X., Mu M., Fan R. et al. // Carbohydrate Polymers. 2022. V. 290. P. 119452.

  77. Federer C., Kurpiers M., Bernkop-Schnurch A. // Biomacromolecules. 2021. V. 22(1). P. 24–56.

  78. Guo D.-M., An Q.-D., Xiao Z.-Y. et al. // Carbohydrate Polymers. 2018. V. 202. P. 306–314.

  79. Fatima B., Rathi G., Ahmad R., Chaudhry S.A. Composites: Types, Method of Preparation and Application as An Emerging Tool for, Environmental Remediation. 2019.

  80. Nikiforova T.E., Kozlov V.A., Telegin F.Y. // Materials Science & Engineering B – Advanced Functional Solid State Materials. 2021. V. 263. P. 114778.

  81. Dragan E.S., Dinu M.V. // React. Funct. Polym. 2020. V. 146. P. 104372.

  82. Khosa M.A., Ullah A.A. // J. Food Proc. Bev. 2013. V. 1(1). P. 1–8.

  83. Никифорова Т.Е., Козлов В.А., Сионихина А.Н. // Физикохимия поверхности и защита материалов. 2019. Т. 55. № 5. С. 496–506.

  84. Abd J.R. // J. Mater. Sci. 2015. V. 50. P. 5913–5943.

  85. Hanzlikova Z., Braniša J., Hybler P. // Chem. Pap. 2016. V. 70 (9). P. 1299–1308.

  86. Naik R., Wen G., Dharmaprakash M.S. et al. // J. Appl. Polym. Sci. Symp. 2010. V. 115. P. 1642–1650.

  87. Wen G., Naik R., Cookson P.G. et al. // Powder Technol. 2010. V. 197. P. 235–240.

  88. Zhang R., Wang A. // J. Cleaner Production. 2015. V. 87. P. 961.

  89. Hanzlíková Z., Braniša J., Jomová K. et al. // Separation and Purification Technology. 2018. V. 193. P. 345–350.

  90. Yin Z., Chen M., Hu S., Cheng H. // Desalin. Water Treat. 2015. V. 57. P. 17367–17376.

  91. Sekimoto Y., Okiharu T., Nakajima H. et al. // Environ. Sci. Pollut. Res. Int. 2013. V. 20. P. 6531–6538.

  92. Nikiforova T.E., Kozlov V.A., Islyaikin M.K. // J. Environ. Chem. Eng. 2019. V. 7(5). P. 103417.

  93. Шайхиев И.Г. // Вестник технологического университета. 2017. Т. 20. № 21. С. 139.

Дополнительные материалы отсутствуют.

Инструменты

следующая статья выпуска содержание выпуска

Физикохимия поверхности и защита материалов

Архивы выпусков Информация о журнале Отправить рукопись в журнал