DOI: https://doi.org/10.20998/2413-4295.2019.05.22

Сорбція міді й нікелю фосфорильованими сорбентами в статичних умовах

Oleksandr Khokhotva, Karina Maslyanka

Анотація


Використання деревних відходів лісової промисловості як джерела сировини для виробництва дешевих вуглецевих адсорбентів є перспективною стратегією, яка може допомогти вирішити і проблему утилізації відходів. Відомо, що наявність поверхневих функціональних груп посилює здатність вуглецевих сорбентів адсорбувати іони металів з водних розчинів. Модифікація вуглецевих сорбентів сполуками фосфору призводить до появи у них кислотних властивостей і підвищення сорбційних властивостей по відношенню до важких металів. З сосновоъ тирси термохімічною обробкою за 170 °С з попереднім просоченням розчинами активатора карбонізації ортофосфату амонію різних концентрацій в присутності карбаміду і без нього отримано ряд фосфорильованих сорбентів і досліджено їх сорбційні властивості по відношенню до іонів нікелю та міді. За вихідних концентрацій Ni2+ 100 мг/дм3 і Cu2+ 165 мг/дм3, найнижчі залишкові концентрації металів  – кілька мг/дм3  – досягалися при використанні сорбентів, отриманих фосфорилюванням у присутності карбаміду за відносно невеликої тривалості термообробки. Сорбція супроводжувалася зниженням рН з 5,38 до 3,5-4,9 для Ni2+ і з 5,12 до 3,05-3,82 для Cu2+. Під час вилучення Cu2+ модельні розчини подкислювалися помітніше, ніж при сорбції Ni2+, що може певною мірою свідчити про зміну балансу механізмів фіксації металів поверхневими групами сорбентів  – катіонний обмін і комплексоутворення. За зміною концентрації металів і рН була обчислена частка міді і нікелю, яка вилучалася із розчинів за механізмом іонного обміну. Вона була найменшою  – 0,07%  – при сорбції Ni2+ і найбільшою  – 25%  – при сорбції Cu2+, зростала при збільшенні вмісту (NH4)3PO4 в просочувальному розчині і при збільшенні тривалості карбонізації. Очевидно, наслідком тривалої термообробки є більш глибоке окислення лігноцелюлозного матеріалу і руйнування частини активних сорбційних центрів, які фіксують іони важких металів за механізмом хелатоутворення. В сукупності обидва процеси приводили до зростання поверхневої концентрації карбоксильних катіонообменних груп.


Ключові слова


деревна тирса; фосфорилювання; фосфат амонію; карбамід; мідь; нікель; адсорбція

Повний текст:

PDF (Русский)

Посилання


Wang, J. L., Chen C. Biosorbents for heavy metals removal and their future a review. Biotechnology Advances, 2009, 27, 195-226, doi:10.1016/j.biotechadv.2008.11.002.

Ioannidou, O., Zabaniotou, A. Agricultural residues as precursors for activated carbon production: A review. Renewable and Sustainable Energy Reviews. 2007, 11, 1966-2005, doi:10.1016/j.rser.2006.03.013.

Crini, G. Recent Developments in Polysaccharide-Based Materials Used as Adsorbents in Wastewater Treatment. Progress in Polymer Science, 2005, 30, 38-70, doi: 10.1016/j.rser.2006.03.013.

Pohontu, C., Popa, M., Desbrieres, J., Verestiuc, L. Acrylates and methylcellulose based hydrogels. Synthesis, swelling properties and applications to inclusion and controlled release of bioactive matters. Cellulose Chemistry and Technology, 2016, 50, 609-620.

Khokhotva, A. Adsorption of heavy metals by a sorbent based on pine bark. Journal of Water Chemistry and Technology, 2010, 32 (6), 336-340.

Božić, D., Gorgievski, M., Stanković, V., Štrbac, N., Šerbula, S., Petrović, N. Adsorption of heavy metal ions by beech sawdust. Kinetics, mechanism and equilibrium of the process. Ecological Engineering, 2013, 58, 202-206, doi:10.1016/j.ecoleng.2013.06.033.

Goel, N., Kumar, V., Misra, N., Varshney, L. Cellulose based cationic adsorbent fabricated via radiation grafting process for treatment of dyes waste water. Carbohydrate Polymers, 2015, 132, 444-451, doi: 10.1016/j.carbpol.2015.06.054.

Udoetok, I., Dimmick, R., Wilson, L., Headley, J. Adsorption properties of cross-linked cellulose-epichlorohydrin polymers in aqueous solution. Carbohydrate Polymers, 2016, 136, 329-340, doi: 10.1016/j.carbpol.2015.09.032.

Hokkanen, S., Bhatnagar, A., Sillanpaa, M. A review on modification methods to cellulose-based adsorbents to improve adsorption capacity. Water research, 2016, 91, 156-173.

Sadeek, S. A.; Negm, N. A.; Hefni, H. H. H.; Wahab, M. M. A. Metal adsorption by agricultural biosorbents: Adsorption isotherm, kinetic and biosorbents chemical structures. International Journal of Biological Macromolecules. 2015, 81, 400-409, doi: 10.1016/j.ijbiomac.2015.08.031.

Stavitskaya, S. S., Tarkovskaya, I. L., Strelko, B. V. Selective sorption and catalysis on active carbons and inorganic ion exchangers. Kyiv. Naukova dumka, 2008, 88-107.

Puziy, A. M. Sposoby poluchenija, struktura i fiziko-himicheskie svojstva fosforilirovannyh uglerodnyh adsorbentov. Teoreticheskaja i jeksperimental'naja himija, 2011, 47 (5), 265-278.

Stavickaja, S. S., Vikarchuk, V. M., Kovtun, M. F., Poddubnaja, O. I., Puzij, A. M. Adsorbcija ionov medi uglerodnymi adsorbentami, modificirovannymi fosfornoj kislotoj pri razlichnyh temperaturah. Himija i tehnologija vody, 2014, 36 (3), 203-210.

Puziy, A. M., Stavitskaya, C. C., Poddubnaya, O. I. Strukturno-sorbtsionnyye svoystva aktivnykh ugley iz kokosovogo orekha, modifitsirovannykh geteroatomov fosfora. Theoretical and experimental. chemistry, 2012, 48 (4), 252-256.


Пристатейна бібліографія ГОСТ


  1. Wang, J. L. Biosorbents for heavy metals removal and their future a review / J. L. Wang, C. Chen // Biotechnology Advances. – 2009. – 27 – P. 195-226. – doi:10.1016/j.biotechadv.2008.11.002.
  2. Ioannidou, O. Agricultural residues as precursors for activated carbon production: A review / O. Ioannidou, A. Zabaniotou // Renewable and Sustainable Energy Reviews. – 2007. – 11. – P. 1966-2005. – doi: 10.1016/j.rser.2006.03.013.
  3. Crini, G. Recent Developments in Polysaccharide-Based Materials Used as Adsorbents in Wastewater Treatment / GCrini // Progress in Polymer Science. – 2005. – 30, 38-70. – doi:10.1016/j.rser.2006.03.013.
  4. Pohontu, C. Acrylates and methylcellulose based hydrogels. Synthesis, swelling properties and applications to inclusion and controlled release of bioactive matters / C. Pohontu, M. Popa, J. Desbrieres, L. Verestiuc // Cellulose Chemistry and Technology. – 2016. – 50. – P. 609-620.
  5. Хохотва, А. П. Адсорбция тяжелых металлов сорбентом на основе сосновой коры / А. П. Хохотва // Химия и технология воды. – 2010. – 6. – С. 604-612.
  6. Božić, D. Adsorption of heavy metal ions by beech sawdust – Kinetics, mechanism and equilibrium of the process / D. Božić, M. Gorgievski, V. Stanković, N. Štrbac, S. Šerbula, N. Petrović // Ecological Engineering. – 2013. – 58. – P. 202-206. – doi:10.1016/j.ecoleng.2013.06.033.
  7. Goel, N. K. Cellulose based cationic adsorbent fabricated via radiation grafting process for treatment of dyes waste water / N. K. Goel, V. Kumar, N. Misra, L. Varshney // Carbohydrate Polymers. – 2015. – 132. – P. 444-451. – doi:10.1016/j.carbpol.2015.06.054.
  8. Udoetok, I. A. Adsorption properties of cross-linked cellulose-epichlorohydrin polymers in aqueous solution / I. A. Udoetok, R. M. Dimmick, L. D. Wilson, J. V. Headley // Carbohydrate Polymers. – 2016. – 136. – P. 329-340. – doi: 10.1016/j.carbpol.2015.09.032.
  9. Hokkanen, S. A review on modification methods to cellulose-based adsorbents to improve adsorption capacity / S. Hokkanen, A. Bhatnagar, M. Sillanpaa // Water research. – 2016. – 91. – P. 156-173.
  10. Sadeek, S. A. Metal adsorption by agricultural biosorbents: Adsorption isotherm, kinetic and biosorbents chemical structures / S. A. Sadeek, N. A. Negm, H. H. H. Hefni, M. M. A. Wahab // International Journal of Biological Macromolecules. – 2015. – 81. – P. 400-409. – doi: 10.1016/j.ijbiomac.2015.08.031.
  11. Ставицкая, С. С. Селективная сорбция и катализ на активных углях и неорганических ионитах / С. С. Ставицкая, И. Л. Тарковская, Б. В. Стрелко // Под ред. В.В. Стрелко. – К.: Наук, думка, 2008. – С. 88 – 107.
  12. Пузий, А. М. Способы получения, структура и физико-химические свойства фосфорилированных углеродных адсорбентов / А. М. Пузий // Теоретическая и экспериментальная химия. – 2011. – № 5. – С. 265-278.
  13. Ставицкая, С. С. Адсорбция ионов меди углеродными адсорбентами, модифицированными фосфорной кислотой при различных температурах / С. С. Ставицкая, В. М. Викарчук, М. Ф. Ковтун, О. И. Поддубная, А. М. Пузий // Химия и технология воды. – 2014. – т. 36, № 3. – С. 203-210.
  14. Пузий, A. M. Структурно-сорбционные свойства активных углей из кокосового ореха, модифицированных гетероатомами фосфора / A. M. Пузий, C. C. Ставицкая, O. И. Поддубная // Теоретическая и экспериментальная химия. – 2012. – № 4. – C. 252-256.