Статика сорбции кислородных анионов Cr(VI), Mo(VI), W(VI), Se(IV) наноструктурированным композитом Al2O3||C

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Методами термодинамического моделирования, сорбционной диагностики, анализа зета-потенциала частиц и спектрофотометрии раствора проанализированы равновесные условия сорбционного взаимодействия группы кислородных анионов CrO4 2–, MoO4 2–, WO4 2–, SeO3 2– в области химической устойчивости композита Al2O3||C. Показано, что изотермы сорбции анионов соответствуют модели Ленгмюра для моноэнергетического сорбента. Область Генри наблюдается при концентрациях менее 1 мкмоль/л. Согласно установленному механизму поверхностного комплексообразования, величина константы протонирования (K1) анионов в исследованном диапазоне рН определяет сорбционную активность композита к этим анионам. Это объясняет найденную корреляцию между соотношением параметров кислотно-основных центров {Al–O–}, {Al–HO0} и {Al–OH2+} композита KM(1,2) и константой протонирования аниона K1. Показано, что композит Al2O3||C проявляет свойства сорбента коллективного действия, концентрируя из разбавленных растворов как катионы d-, f-элементов, так и кислородные анионы d-элементов с величиной lgKd [мл/г] > 4.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

Е. В. Поляков

Институт химии твердого тела Уральского отделения РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: polyakov@ihim.uran.ru
Россия, 620108, Екатеринбург, ул. Первомайская, д. 91

В. Н. Красильников

Институт химии твердого тела Уральского отделения РАН

Email: polyakov@ihim.uran.ru
Россия, 620108, Екатеринбург, ул. Первомайская, д. 91

И. В. Волков

Институт химии твердого тела Уральского отделения РАН

Email: polyakov@ihim.uran.ru
Россия, 620108, Екатеринбург, ул. Первомайская, д. 91

А. А. Иошин

Институт химии твердого тела Уральского отделения РАН

Email: polyakov@ihim.uran.ru
Россия, 620108, Екатеринбург, ул. Первомайская, д. 91

Список литературы

  1. Москвин Л.Н., Гумеров М.Ф., Ефимов А.А., Красноперов В.М., Леорнтьев Г.Г., Мельников В.А. // Методы химического и радиохимического контроля в ядерной энергетике. Сб. статей / Под ред. Л.Н. Москвина. М.: Энергоатомиздат, 1989. С. 264.
  2. Marty N.C.M., Grangeon S., Elkaïm E., Tournassat Ch., Fauchet C., Claret F. // Sci. Rep. 2018. Vol. 8. P. 7943.
  3. Zhang H., Wang J., Wu W., Luo M., Hua R., Zhou Zh., Ling H. // J. Radioanal. Nucl. Chem. 2024. Vol. 333. P. 2273.
  4. Tárkányi F., Hermanne A., Ignatyuk A.V., Ditrói F., Takács S., Capote Noy R. // J. Radioanal. Nucl. Chem. 2024. Vol. 333. P. 717.
  5. Koutsospyros A., Braida W., Christodoulatos C., Dermatas D., Strigul N. // J. Hazard. Mater. 2006. Vol. 136. P. 1.
  6. Вольхин В.В., Егоров Ю.В., Белинская Ф.А., Бойчинова Е.С., Малофеев Г.Н. // Неорганические сорбенты: Сб. статей / Под ред. М.М. Сенявина. М.: Наука, 1981. 271 с.
  7. Зелинский Н.Д., Садиков В.С. Уголь, как средство борьбы с удушающими и ядовитыми газами: Экспериментальное исследование 1915–1916 гг. М.: АН СССР, 1941. 131 с.
  8. Wei X., Huang T., Yang J.H., Zhang N., Wang Y., Zhou Z.W. // J. Hazard. Mater. 2017. Vol. 335. P. 28.
  9. Erto A., Giraldo L., Lancia A., Moreno-Pirajan J.C. // Water Air Soil Pollut. 2013. Vol. 224. P. 1531.
  10. Abdel Salam O.E., Reiad N.A., ElShafei M.M. // J. Adv. Res. 2011. Vol. 2. P. 297.
  11. Salam M.A. // Int. J. Environ. Sci. Technol. 2013. Vol. 10. P. 677–688.
  12. Yamaguchi D., Furukawa K., Takasuga M., Watanabe K. // Sci. Rep. 2014. Vol. 4. P. 6053.
  13. Krasil’nikov V.N., Linnikov O.D., Gyrdasova О.I., Rodina I.V., Tyutyunnik А.P., Baklanova I.V., Polyakov E.V., Khlebnikov N.А., Tarakina N.V. // Solid State Sci. 2020. Vol. 108. ID 106429.
  14. Elgazzar A.H., Mahmoud M.S.A., El Sayed A.A., Saad E.A. // J. Radioanal. Nucl. Chem. 2020. Vol. 326. P. 1733–1748.
  15. Benjamin M.M., Bloom N.S. // Adsorption from Aqueous Solutions / Ed. P.H. Tewari. New York: Plenum, 1981. P. 41.
  16. Bhutani M.M., Mitra A.K., Kumari R. // Microchim. Acta. 1992. Vol. 107. P. 19.
  17. Yu T., Liu B., Liu J. // J. Anal. Test. 2017. Vol. 1. P. 2.
  18. Hou Z., Shi K., Wang X., Ye Y., Guo Zh., Wangsuo W. // J. Radioanal. Nucl. Chem. 2015. Vol. 303. P. 25.
  19. Fan Q., Li P., Pan D. // Interface Sci. Technol. 2020. Vol. 29. P. 1.
  20. Kumar E., Bhatnagar A., Hogland W., Marques M., Sillanpää M. // Chem. Eng. J. 2014. Vol. 241. P. 443.
  21. Кулемин В.В., Красавина Е.П., Горбачева М.П., Румер И.А., Бессонов А.А., Крапухин В.Б., Кулюхин С.А. // Радиохимия. 2021. Т. 63. № 5. С. 484.
  22. Islam M.A., Morton D.W., Johnson B.B., Pramanik B.K., Mainali B., Angove M.J. // J. Environ. Chem. Eng. 2018. Vol. 6. P. 6853.
  23. Poursani A.S., Nilchi A., Hassani A.H., Shariat M., Nouri J. // Int. J. Environ. Sci. Technol. 2015. Vol. 12. P. 2003.
  24. Tabesh S., Davar F., Loghman-Estarki M.R. // J. Alloys Compd. 2018. Vol. 730. P. 441.
  25. Yu J., Bai H., Wang J., Li Z., Jiao C., Liu Q., Zhanga M., Liu L. // New J. Chem. 2013. Vol. 37. P. 366.
  26. Huang S., Pang H., Li L., Jiang S., Wen T., Zhuang L., Hu B., Wang X. // Chem. Eng. J. 2018. Vol. 353. P. 157.
  27. Yang W., Tang Q., Wei J., Ran Y., Chai L., Wang H. // Appl. Surf. Sci. 2016. Vol. 396. P. 215.
  28. Chen H., Luo J., Wang X., Liang X., Zhao Y., Yang C., Baikenov M.I., Su X. // Micropor. Mesopor. Mater. 2018. Vol. 255. P. 69.
  29. Yao W., Wang X., Liang Y., Yu S., Gu P., Sun Y., Xu C., Chen J., Hayat T., Alsaedi A., Wang X. // Chem. Eng. 2018. Vol. 332. P. 775–786.
  30. Krasil’nikov V.N., Baklanova I.V., Polyakov E.V., Volkov I.V., Khlebnikov A.N., Tyutyunnik A.P., Tarakina N.V. // Inorg. Chem. Commun. 2022. Vol. 138. ID 109313.
  31. Поляков Е.В., Красильников В.Н., Волков И.В. Патент RU 2774876 C1, приоритет от 12.08.2021. Опубл. 23.06.2022 // Б.И. 2022. № 18.
  32. Поляков Е.В., Волков И.В., Красильников В.Н., Иошин А.А. // Радиохимия. 2023. Т. 65. № 1. С. 70.
  33. Khalid M., Mushtaq A., Iqbal M.Z. // Sep. Sci. Technol. 2001. Vol. 36. N 2. P. 283.
  34. Kantcheva M., Koz C. // J. Mater. Sci. 2007. Vol. 42. P. 6074.
  35. Chemseddine A., Sanchez C., Livage J., Launay J.P., Fournieric M. // Inorg. Chem. 1984. Vol. 23. N 17. P. 2609.
  36. Пойманова Е.Ю., Розанцев Г.М., Белоусова Е.Е., Чунтук Е.С. // Вісн. Донецьк. нац. унів. Сер. А: Природн. науки. 2014. Т. 2. С. 126.
  37. Загальская Е.Ю., Розанцев Г.М., Радио С.В. // Наук. праці ДонНТУ. Сер.: Хімія і хім. технологія. 2010. Т. 14. С. 40.
  38. Goldberg S. // Soil Sci. 2010. Vol. 175. № 3. P. 105.
  39. Davis J.A., James R.O., Leckie J.O. // J. Colloid Interface Sci. 1978. Vol. 63. № 3. P. 480.
  40. Davis J.A., Leckie J.O. // J. Colloid Interface Sci. 1978. Vol. 67. N 1. P. 90.
  41. Zhang L., Li Y., Guo H., Zhang H., Zhang N., Hayat T., Sun Y. // Environ. Pollut. 2019. Vol. 248. P. 332.
  42. Bolt G.H., De Beodt M.F., Hayes M.H.B., McBride M.B. Interactions at the Soil Colloid–Soil Solution Interface. Ghent: Springer Science + Business Media, 1991. 602 p.
  43. Marmier N., Dumonceau J., Fromage F. // J. Contam. Hydrol. 1997. Vol. 26. P. 159–167.
  44. Huang Sh., Pang H., Li L., Jiang Sh., Wang X. // Chem. Eng. J. 2018. Vol. 3531. P. 157.
  45. Tan X., Ren X., Li J., Wang X. // Surfaces. RSC Adv. 2013. Vol. 3. P. 19551.
  46. Kasprzyk-Hordern B. // Adv. Colloid Interface Sci. 2004. Vol. 110. P. 19.
  47. Yiacoumi S., Tien Ch. Kinetics of Metal Ion Adsorption from Aqueous Solutions. Models, Algorithms, and Applications. New York: Springer Science + Business Media, 1995. 221 p.
  48. Missana T., Garcıa-Gutierrez M. // Phys. Chem. Earth. 2007. Vol. 32. P. 559.
  49. Mayordomo N., Alonso U., Missana T. // Appl. Geochem. 2019. Vol. 100. P. 121.
  50. Tewari P.H. Proc. Symp. on Adsorption from Aqueous Solutions. Meet. of the Am. Chem. Soc., Division of Colloid and Surface Chemistry (Houston, Texas). New York: Plenum, 1980. 248 p.
  51. Kotrly S., Sucha L. Handbook of Chemical Equilibria in Analytical Chemistry. Chichester: Horwood, 1985. 252 p.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Спектры поглощения раствора Na2WO4–HCl, полученные в процессе хранении раствора на свету в воздушно-сухой атмосфере при разном времени экспозиции t (сут). рН 6.02, начальная концентрация W(VI) 1.0 ммоль/л, NaCl – 0.01 моль/л, температура 23C, спектры сняты относительно дистиллированной воды.

Скачать (138KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Изотермы сорбции анионов композитом Al2O3||C, полученные при переменной концентрации аниона в растворе, уравнения (1), (2). Время экспозиции t = 21 сут. рН 6.5–9.05. 23°С. Посуда – стеклянные стаканы из темного стекла.

Скачать (147KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Изотермы сорбции анионов композитом Al2O3||C, полученные на свету и в темноте при переменной концентрации ионов водорода в растворе. Время экспозиции t = 21 сут. 23°С. Посуда – пластиковые герметичные контейнеры.

Скачать (155KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Результаты моделирования термодинамических равновесий в исследуемых растворов анионов (программа HSC Chemistry 8). Оси абсцисс – рН, ось ординат – lg(A), где А – равновесная концентрация простых кислородных анионов Cr(VI), Mo(VI), W(VI), Se(IV) в растворе, мкмоль/кг. Равновесные концентрация в сорбционных экспериментах составляли (мкмоль/л): Cr(VI) 0.1–10, Mo(VI) 10–60, W(VI) 0.1–10, Se(IV) 0.01–1.0. Температура 23C.

Скачать (949KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Сравнение найденных по уравнению (9) констант протонирования (8) кислородных анионов CrO4 2–, MoO4 2–, WO4 2–, SeO3 2– K1 с термодинамическими величинами первой константы протонирования аниона K1,T [51]. Темная линия – уравнение регрессии, пунктир – границы 90%-ного доверительного интервала.

Скачать (137KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Соотношение кислотно-основных свойств сорбционных центров (–SOH0), (–SO–) композита KM(1,2) и константы протонирования аниона K1.

Скачать (155KB)
Метаданные
8. Рис. 7. а – Пример соотношения кислотно-основных центров (–SOHn) композита Al2O3||C в зависимости от рН по результатам моделирования сорбции анионов CrO4 2– с концентрацией 0.1–10 мкмоль/л, t = 21 сут. б – Зависимость ζ-потенциала суспензии композит Al2O3||C–раствор NaCl от рН при 23°С. pH(in) – начальный рН раствора, pH(f) – рН раствора к времени t.

Скачать (290KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».