CC BY
1
ISSN 1560-3644 BULLETIN OF HIGHER EDUCATIONAL INSTITUTIONS. NORTH CAUCASUS REGION. TECHNICAL SCIENCES. 2024. No 4
Научная статья УДК 544.723
http://dx.doi.org/10.17213/1560-3644-2024-4-114-122
Адсорбционные свойства ксерогелей диоксида кремния, полученных с использованием разных прекурсоров
Ш.Г. Аммаева1, А.Б. Исаев1'2
1 Дагестанский государственный университет, Республика Дагестан, г. Махачкала, Россия, 2Филиал Федерального государственного бюджетного учреждения науки Объединенного института высоких температур Российской академии наук в г. Махачкале, Республика Дагестан, г. Махачкала, Россия
Аннотация. Предложен метод синтеза ксерогеля диоксида кремния, функционализированного серой, основанный на нейтрализации раствора силиката натрия сероводородом. Структура ксерогелей идентифицирована с помощью ИК-Фурье спектроскопии. С целью изучения возможности применения синтезированных ксерогелей в очистке сточных вод исследовано влияние рН и времени контакта на адсорбционную емкость образцов по отношению к ионам меди (II). Построены изотермы адсорбции по ионам Cu2+, которые отнесены к изотермам Ленгмюра I типа по классификации ИЮПАК. Показано, что полученные ксерогели обладают высокой способностью поглощать ионы меди Cu2+ из сточных вод.
Ключевые слова: тетраэтоксисилан, силикат натрия, ксерогели диоксида кремния, адсорбция, адсорбционная емкость
Благодарности: авторы выражают благодарность сотрудникам технологического факультета ЮРГПУ (НПИ) профессору В.М. Таланову и доцентам С. И. Сулиме и Е.Н. Волошиной за консультации. Экспериментальные исследования выполнены на оборудовании центра коллективного пользования ЦКП «Нанотехнологии».
Для цитирования: Аммаева Ш.Г., Исаев А.Б. Адсорбционные свойства ксерогелей диоксида кремния, полученных с использованием разных прекурсоров // Изв. вузов. Сев.-Кавк. регион. Техн. науки. 2024. № 4. С. 114-122. http://dx.doi.org/10.17213/1560-3644-2024-4-114-122.
Original article
Adsorption properties of silica xerogels obtained using different precursors
Sh.G. Ammaeva1, A.B. Isaev1'2
1Dagestan State University, Republic Dagestan, Makhachkala, Russia, 2Branch Joint Institute of High Temperatures of the Russian Academy of Sciences in Makhachkala,
Republic Dagestan, Makhachkala, Russia,
Abstract. The method for the synthesis of silica xerogel based on the neutralization of a sodium silicate solution with hydrogen sulfide has been proposed. The structure of the xerogels was identified using FT-IR spectroscopy. In order to study the possibility of using the synthesized xerogels in wastewater treatment, the effect of pH and contact time on the adsorption capacity of the samples with respect to copper (II) ions was studied. Adsorption isotherms for Cu2+ ions were constructed, which are classified as Langmuir type I isotherms according to the IUPAC classification. It was shown that the synthesized xerogels have a high ability to absorb copper ions Cu2+ from wastewater.
Keywords: tetraethoxysilane, sodium silicate, silica xerogels, adsorption, adsorption capacity
Acknowledgements: the authors express their gratitude to the staff of the Faculty of Technology of SRSPU (NPI), professor V.M. Talanov and associate professors S.I. Sulima and E.N. Voloshina for consultations. Experimental studies were carried out on the equipment of the collective use center of the Nanotechnologies Shared Use Center.
For citation: Ammaeva Sh.G., Isaev A.B. Adsorption properties of silica xerogels obtained using different precursors.
Izv. vuzov. Sev.-Kavk. region. Techn. nauki=Bulletin of Higher Educational Institutions. North Caucasus Region. Technical Sciences. 2024;(4):114-122. (In Russ.). http://dx.doi.org/10.17213/1560-3644-2024-4-114-122.
© Аммаева Ш.Г., Исаев А.Б., 2024
ISSN 1560-3644 BULLETIN OF HIGHER EDUCATIONAL INSTITUTIONS. NORTH CAUCASUS REGION. TECHNICAL SCIENCES. 2024. No 4
Введение
В последние десятилетия одна из самых серьезных экологических проблем - загрязнение воды [1]. В результате промышленной деятельности человека ионы тяжелых металлов постоянно попадают в окружающую среду и представляют опасность для здоровья населения [2, 3]. Промышленные сточные воды отличаются большим разнообразием составов и типов загрязняющих веществ, что делает актуальной задачу очистки использованных промышленностью вод для оборотного водоснабжения. Известны различные методы удаления тяжелых металлов (ионный обмен, экстракция растворителем, адсорбция, осаждение и др.).
Адсорбция считается наиболее эффективным и экономичным методом очистки сточных вод от ионов тяжелых металлов. Ранее проведенные исследования адсорбции таких ионов активированным углем, цеолитами, силикаге-лем, оксидом алюминия и природными глинистыми минералами, такими как каолинит, бентонит, иллит, стивенсит и ректорит [4] выявили недостатки, ограничивающие их практическое применение: низкая адсорбционная способность, медленная кинетика адсорбции и низкая селективность [5]. По сравнению с другими методами, метод адсорбции позволяет получать более очищенные стоки. В ряде случаев адсорбция является обратимым процессом, и адсорбенты могут быть регенерированы современными десорбционными технологиями.
Одним из наиболее перспективных классов адсорбентов являются ксерогели и аэрогели кремниевой кислоты. Они уже нашли широкое практическое применение для удаления солей жесткости из природной воды и осаждения тяжелых металлов из сточных вод различных производств [6]. Эти адсорбенты нетоксичны, обладают высокой удельной поверхностью, регулярной структурой пор, их поверхность может быть модифицирована [7-12]. Функционализация поверхности адсорбентов является одним из способов увеличения сорбционных свойств ксе-рогелей диоксида кремния. Функционализация поверхности адсорбентов азотсодержащими соединениями приводит к увеличению эффективности процесса сорбции [13]. Ксерогели диоксида кремния ранее уже использовались для удаления тяжелых металлов из сточных вод методом адсорбции [14]. В работе [15] сообщается, что ксерогель диоксида кремния с сорбционной
емкостью 140 мг/г по ионам меди оказался эффективен для удаления ионов Си 2+ и РЬ 2+ из водных растворов. По мере снижения себестоимости и улучшения адсорбционных и других свойств расширяется область применения пористого ксерогеля диоксида кремния. Для промышленных масштабов большое количество коллоидного кремнезема или силикагелей получают взаимодействием силиката натрия с серной кислотой. Это экономичный процесс и образующиеся конечные и побочные продукты нетоксичны [8]. Значительный научный и технологический интерес представляет дальнейший поиск новых функционизированных ксерогелей с улучшенными сорбционными свойствами и разработка методов их синтеза.
В настоящей работе предложен метод синтеза ксерогеля диоксида кремния, функционали-зированного серой. Метод основан на нейтрализации раствора силиката натрия сероводородом. Сульфид-ионы выбраны как модификаторы поверхности ксерогеля, поскольку они легко образуют соединения с ионами тяжелых металлов. На примере модельных сточных вод, содержащих катионы меди Си2+, исследованы сорбцион-ные свойства синтезированных ксерогелей. В качестве эталона сравнения взят ксерогель диоксида кремния, полученный гидролизом тетра-этоксисилана.
Методика эксперимента
Синтез образцов ксерогеля SiO2
Образцы ксерогеля, функционализиро-ванного серой, получены нейтрализацией раствора силиката натрия сероводородом. Сероводород предварительно получили путем взаимодействия сульфида натрия с концентрированной соляной кислотой. Затем газообразный сероводород пропустили через раствор силиката натрия при мольных соотношениях компонентов : Н2О : = 2,3 : 44,7 : 1. Нейтрализация силиката натрия сероводородом является частичной и инициирует реакцию конденсации, которая приводит к гелеобразованию. После гелеобразования образец многократно промыли дистиллированной водой до отрицательной реакции на сульфид-ионы, просушили (при 60 °С 24 ч, затем при 150 °С - 1 ч, при 170 °С - 1 ч) и измельчили. Для сравнительной характеристики адсорбционных свойств синтезирован ксерогель диоксида кремния, который не промывался дистиллированной водой, а также синтезирован образец из тетраэтоксисилана (ТЭОС),
ISSN 1560-3644 BULLETIN OF HIGHER EDUCATIONAL INSTITUTIONS. NORTH CAUCASUS REGION. TECHNICAL SCIENCES. 2024. No 4
полученный в две стадии: первая стадия - кислотный гидролиз с использованием соляной кислоты в спиртовой среде (использовался этанол); вторая стадия - гелеобразование с использованием раствора гидроксида аммония [16].
Мольные соотношения на первой стадии -ТЭОС : C2H5OH : H2O : НС1 = 1 : 3,9 : 1 : 12 • 10-4 (1,5 ч при 60 °C, значение pH = 3). На второй стадии - Н2О : NH4OH = 2,5 : 7-10-3. После гелеоб-разования образцы выдержали в этаноле два раза в течение 24 часов [17, 18]. Далее, для получения ксерогелей, образец высушили при температуре 60 °С 24 ч, затем при 150 °С -1 ч, при 170 °С - 1 ч [19].
Характеризация ксерогеля SÍO2
Изменения, произошедшие в поверхностных свойствах ксерогелей диоксида кремния, полученного с применением разных методов синтеза, а также изменения до и после адсорбции, идентифицированы с помощью инфракрасной спектроскопии с преобразованием Фурье в диапазоне от 400 до 4000 см-1 с использованием ИК-спектрометра Varian 640 (Varian, Inc., США). Образцы изготовлены в виде таблеток с бромидом калия.
Для определения удельной поверхности использован прибор «Chemisorb-2750» (Micromeritics, США). Предварительно образец выдержан в токе гелия при 200 °С для удаления влаги и других адсорбированных газов. Измерения произведены по методу Брунауэра - Эммета - Теллера (БЭТ) адсорбцией Ar при 196 °С.
Определение адсорбционных свойств
Адсорбционные свойства полученных образцов исследованы по отношению к ионам меди (II) в зависимости от рН, температуры и времени контакта. Построены адсорбционные и кинетические кривые. Определение содержания меди в растворе проведены фотоколориметриче-ски с раствором аммиака согласно ГОСТ 4388-72 на спектрофотометре СФ-2000.
Результаты и их обсуждение
Определение удельной поверхности
Важными характеристиками сорбентов являются величина поверхности, а также количество, объем и размер пор, т.е. пористая структура. Текстурные свойства ксерогелей диоксида кремния, полученных различными способами, представлены в табл. 1.
Таблица l Table i
Удельная поверхность синтезированных образцов диоксида кремния Specific surface area of synthesized silicon dioxide samples
Sya, м2/г Объем
Образец Наименование образца монослоя, см3/г
i Ксерогель диоксида кремния из ТЭОС 347 S0
Ксерогель диоксида
кремния из силиката
2 натрия и сероводорода газа промытый дистиллированной водой 146 34
Ксерогель диоксида
3 кремния из силиката 19 4
натрия и сероводорода газа непромытый
Как видно из табл. 1, образец 3 имеет минимальную (по сравнению с другими образцами) удельную поверхность, что связано с присутствием ионов натрия, которые приводят к схлопыванию пор из-за высокого поверхностного натяжения. Данный образец выбран альтернативой для сравнения, так как удаление ионов натрия вызывает затрату дополнительного времени и воды на промывку образца.
Адсорбционные свойства синтезированных образцов
Влияние рН среды на степень извлечения ионов Сы2+. В экспериментах взяты семь проб растворов сульфата меди (II) с разными значениями рН от 2 до 8 и начальной концентрацией Си2+ Со = 10 мг/л. Величина рН определена с помощью рН-метра Мультитест ИПЛ-101. После добавления образцов ксерогеля массой 0,2 г, выдержки проб в течение 30 мин и фильтрации растворов определили остаточную концентрацию ионов Си2+. Объем раствора взят 100 мл.
Степень извлечения ионов Си2+, рассчитанная на основании полученных экспериментальных данных, для каждого значения рН приведена на рис. 1.
Степень извлечения ионов меди резко возрастает в области перехода рН растворов от 2 до 3, для образцов 2 и 3 - начиная с рН~4. Для образца из ТЭОС степень извлечения ионов меди практически остается неизменно высокой, начиная с рН~5. Остаточная концентрация ионов Си2+ в среднем составила 0,2 мг/л. Полученная зависимость степени извлечения ионов меди от рН показывает, что оптимальное значение рН для извлечения ионов Си2+ находится в широком диапазоне рН 4-6.
ISSN 1560-3644 BULLETIN OF HIGHER EDUCATIONAL INSTITUTIONS. NORTH CAUCASUS REGION. TECHNICAL SCIENCES. 2024. No 4
a, %
lOO -|
—*— izn. 1 — 2 — I-::?- i _ 3
pH
Рис. 1. Зависимость степени извлечения ионов меди образцами ксерогелей в зависимости от рН раствора (Т = 25 °C; С0 = 10 мг/л; V№ = 100 мл; тсорб = 0,2 г) Fig. 1. Dependence of copper ions extraction degree by xerogel samples depending on solution pH (T = 25 °C; C0 = 10 mg/l; Vp^a = 100 ml; тсорб = 0,2 g)
Полученные данные позволяют предположить, что адсорбция металла происходит по ионообменному механизму. При величинах рН 2-6 медь присутствует в растворе в виде иона Cu2+, с ростом рН, т.е. с уменьшением концентрации ионов Н+, ослабевает конкуренция между ионами металла и ионами водорода за активные центры на поверхности ксерогеля. По этой причине, при низком значении рН наблюдается низкий уровень адсорбции. Дальнейшее повышение рН раствора выше 6 приводит к осаждению ионов Cu2+ в виде малорастворимого гидроксида.
Влияние температуры. Для изучения зависимости адсорбции ионов Cu2+ от температуры проведены эксперименты c тремя пробами растворов при температурах 25, 30 и 40 °С.
А, мг/г
О 20 4-0 SO SO lOO 120 1
Время, мин
Рис. 2. Зависимость адсорбционной емкости от времени контакта для образцов из ТЭОС и силиката натрия по ионам Cu2+ (Со = 300 мг/л; Т = 30 °С; рН = 5; V№ = 100 мл; тсорб = 0,2 г)
Fig. 2. Dependence of adsorption capacity on contact time for samples from TEOS and sodium silicate on Cu2+ ions. (Со = 300 mg/l; T = 30 °C; pH = 5; V№ = 100 ml; тсорб = 0,2 g)
После добавления ксерогеля, выдержки проб в течение 30 мин и дальнейшей фильтрации растворов определили остаточную концентрацию ионов Си2+. Результаты исследований показали, что с увеличением температуры степень адсорбции ионов Си2+ на ксерогеле диоксида кремния увеличивается в среднем на 0,45 % на градус [20]. Для образца 1 оптимальное время контакта составило 80 мин, для образца 2 - 100 мин, для образца 3 оптимальное время контакта -120 мин (рис. 2).
Определение адсорбционной емкости ксерогелей. Адсорбционную емкость ксерогелей определили путем выдержки их в медьсодержащем растворе в течение 120 мин. Пробу отбирали через каждые 20 мин. После отделения ксе-рогеля фильтрацией растворы проанализировали на содержание в них ионов Cu2+. Как показали результаты (см. рис. 2), наблюдался рост адсорбционной емкости с увеличением времени контакта фаз, причем для образца 1 особенно значительно - до 20 мин контакта. Для образцов 2 и 3 наблюдалось резкое увеличение роста адсорбционной емкости в первые 20 мин контакта и постепенное увеличение роста адсорбционной емкости вплоть до времени контакта 120 мин. При дальнейшем увеличении времени контакта фаз рост адсорбционной емкости незначительный. Расчет показал, что для образца 1 за время контакта фаз 80 мин адсорбционная емкость по ионам Cu2+ составила 67,5 мг/г при начальной концентрации ионов Cu2+ в растворе 500 мг/л, для образца 2 максимальная адсорбционная емкость - 74 мг/г (время контакта 100 мин, начальная концентрация ионов меди 300 мг/л), для образца 3 - 183 мг/г (время контакта 120 мин, начальная концентрация ионов меди 400 мг/л).
Полученные данные в виде изотермы адсорбции ионов Cu2+ для образца 1 представлены на рис. 3, а. Изотерма адсорбции показывает взаимосвязь между концентрациями адсорбата (в данном случае ионов Cu2+) и степени накопления его на сорбенте. По своему виду изотерма адсорбции по ионам Cu2+ (рис. 3, а) может быть отнесена к изотермам Ленгмюра I типа по классификации ИЮПАК. Для изотерм такого класса характерен выпуклый относительно оси концентраций начальный участок, так как с увеличением доли занятых адсорбционных мест молекулам адсорбата сложнее найти вакантное место. При определенной концентрации адсорбата адсорбция достигает предела.
ISSN 1560-3644 BULLETIN OF HIGHER EDUCATIONAL INSTITUTIONS. NORTH CAUCASUS REGION. TECHNICAL SCIENCES. 2024. No 4
А, мг/г
4-00 500
Ср, мг/л
А, мг/г
Ср, мг/л
А , мг/г 200 ISO ■ 160 ■ 140 ■ 120 ■ 100 и SO -SO -40 -20 -0
О
250 300
Ср, мг/л
Для образцов 2 и 3 (см. рис. 3, б, в) изотермы адсорбции также можно отнести к изотерме I типа. В области низких равновесных концентраций для образцов 2 и 3 наблюдается вертикальный начальный участок изотерм, что характерно для чрезвычайно сильного сродства адсорбата к адсорбенту. Такое поведение изотерм характерно при хемосорбции веществ на поверхности сорбента, а также при ионообмене [11].
Рис. 3. Изотермы адсорбции по ионам Cu2+: а - образец 1 (т = 80 мин; Со = 300 мг/л; Т = 30 °С; рН = 5); б - образец 2 (т = 100 мин; Со = 300 мг/л; Т = 30 °С; рН = 5); в - образец 3 (т = 120 мин; Со = 400 мг/л; Т = 30 °С; рН = 5). Fig. 3. Adsorption isotherms for Cu2+ ions: a - sample 1 (т = 80 min; Со = 300 mg/l; T = 30 °C; pH = 5); б - sample 2 (т = 100 min; Со = 300 mg/l; T = 30 °C; pH = 5); в - sample 3 (т = 120 min; Со = 400 mg/l; T = 30 °C; pH = 5).
По мнению авторов в данном случае имеет место физическая адсорбция. Почти вертикальный участок изотермы в области начальных концентраций свидетельствует о большом сродстве адсорбата к адсорбенту и чрезвычайно сильной адсорбции [21]. Согласно виду изотермы Ленгмюра, на поверхности адсорбента может адсорбироваться только один слой молекул. С ростом концентрации ионов меди выше 300 мг/л происходит насыщение поверхности ксерогеля ионами адсорбата.
Рис. 4. Зависимость степени извлечения ионов меди (II) исследуемыми образцами от начальной концентрации ионов Cu2+
Fig. 4. Dependence of copper (II) ions extraction degree by the studied samples on the initial concentration of Cu2+ ions
Для образца 1 максимальная степень извлечения ионов меди Cu2+ диоксидом кремния составила 90 %. Из рис. 4 видно, что при небольших начальных концентрациях ионов металла (от 0 до 50 - 100 мг/л) извлечение идет лучше, затем резко падает (от 100 до 200 мг/л) и с последующим увеличением концентрации плавно снижается. Для образца 2 максимальное извлечение ионов меди Cu2+ составило 100 % при начальных концентрациях 50 - 100 мг/л, затем эта величина плавно снижалась (при концентрациях от 100 до 300 мг/л), при увеличении начальной концентрации ионов меди Cu2+ выше 300 мг/л степень извлечения ионов меди Cu2+ резко снижается.
Для образца 3 при начальных концентрациях ионов Cu2+ 50 - 200 мг/л максимальное извлечение ионов меди составляет 100 %. При увеличении концентрации ионов меди до 300 мг/л извлечение ионов меди немного снижается и резко падает при возрастании концентрации от 300 до 600 мг/л.
Образующиеся в результате реакции взаимодействия силиката натрия и сероводорода сульфид и/или гидросульфид натрия создают
а
б
в
ISSN 1560-3644 BULLETIN OF HIGHER EDUCATIONAL INSTITUTIONS. NORTH CAUCASUS REGION. TECHNICAL SCIENCES. 2024. No 4
щелочную среду. Более щелочную среду имеет непромытый образец из силиката натрия и сероводорода (образец 3), так как дополнительно содержит электролит. С увеличением рН среды и концентрации электролитов увеличивается сорбция ионов. По этой причине образцы 2 и 3 показывают лучшее извлечение ионов меди (II) в широком интервале начальных концентраций (рис. 4).
Сульфат меди (II) гидролизуется по катиону. Адсорбция гидратированных ионов происходит в плотной части двойного электрического слоя и растет с повышением рН ксерогеля. Гид-роксид меди осаждается на поверхности кремнезема по механизму адсорбционного взаимодействия [22].
ИК-Фурье спектроскопия. Для изучения механизма сорбции ионов меди (II) на функцио-нализированных серой ксерогелях получены ИК-спектры как исходных образцов сорбентов, так и ксерогелей после их использования. Полученные экспериментальные данные представлены на рис. 5, где широкие пики при 3423 - 3451 см-1 относятся к валентным колебаниям О-Н групп на поверхности ксерогеля и адсорбированным молекулам воды. Пик при 1631 - 1642 см-1 относится к деформационным колебаниям О-Н групп и свидетельствует о наличии физически сорбированной воды. Полосы 1079 - 1094 см-1 и 800 см-1 относятся к асимметричным и симметричным колебаниям связей Si-O-Si. Полосы при 975 см-1 отнесены к валентным колебаниям групп Si-O. Из анализа спектров следует, что образцы соответствуют диоксиду кремния в аморфном состоянии.
У образца из силиката натрия (рис. 5, б) появляется двойной пик при 2337 и 2358 см-1, что свидетельствует о наличии сорбированного поверхностью углекислого газа. У промытого образца из силиката натрия и сероводорода после адсорбции наблюдается уменьшение площади пика при 1094 см-1 и его раздвоение, что свидетельствует о частичном разрушении си-локсановых связей аморфного диоксида кремния. Возможно, происходит разрыв связей 8-81, которые образуются в результате барботирова-ния сероводорода через раствор силиката натрия [23]. Как правило, конкретные С-8, 8-Н и/или вибрации не очень заметны в ИК-диапазоне из-за незначительного изменения дипольного момента при колебаниях этих связей [24].
V 800 1642 975 V 1079
\ 3450
л г 800 1642 967
\ 1079
3457 II
500
Л х- 2337 ,„, 796 2358 1631 ■
\ / V 3451 \ \ V , 1094
^ Г \ / —----------ч --- V 1633 790 1113 1065
\ / у 3423 11
500
Я
К
2849 2920 А Л - 1650 1459 794
3456 1 \ / V . 1082
\ / \ / --------- 1405 790 1635 1469 1089
\ / 3437 II
500
Рис 5. ИК - спектры образцов ксерогеля диоксида кремния до адсорбции (I) и после адсорбции (II): а - образец 1 из тетраэтоксисилана; б - образец 2; в - образец 3 Fig. 5. IR spectra of silica xerogel samples before adsorption (I) and after adsorption (II): a - sample 1 from tetra-ethox-ysilane; б - sample 2; в - sample 3
Все три образца до адсорбции показывают высокий коэффициент пропускания при 1100 см-1, что указывает на высокую степень трехмерной сети ксерогелей. Отчетливо видно, что у образцов 2 и 3 (см. рис. 5, б, в) практически отсутствует пик при 975 см-1, соответствующий сила-нольным группам Si-OH. Для всех образцов после адсорбции характерно уменьшение пиков при 1079 - 1089 см-1, что свидетельствует о частичном разрушении кремнеземной матрицы в процессе адсорбции.
а
б
в
ISSN 1560-3644 BULLETIN OF HIGHER EDUCATIONAL INSTITUTIONS. NORTH CAUCASUS REGION. TECHNICAL SCIENCES. 2024. No 4
Заключение
^тезированы и исследованы на адсорбционную способность по ионам Cu2+ образцы ксерогелей диоксида кремния с использованием различных прекурсоров. Изучение адсорбционных свойств показало, что полученные образцы можно применять в широком интервале значений рН обрабатываемых растворов. С увеличением температуры адсорбционная емкость ксе-рогелей растет на 0,45 % на градус. Оптимальное время контакта образцов ксерогелей составило 80 - 120 минут. Полученные экспериментальные данные по адсорбционному извлечению ионов меди (II) свидетельствуют о достаточно высокой эффективности сорбционного извлечения ионов Cu2+ из водных растворов. Максимальное значение адсорбционной емкости наблюдалась у непромытого образца из силиката натрия и сероводорода - 183 мг/л; минимальное значение у образца из ТЭОС - 67,5 мг/л. Для образцов из силиката натрия в области низких начальных концентрации ионов меди (II) наблюдается максимальная степень извлечения ионов Cu2+ близкая к 100 %.
Список источников
1. A review of physicochemical and biological contaminants in drinking water and their impacts on human health / A. Shah, A. Arjunan, A. Baroutaji, J. Zakharova // Water Science and Engineering. 2023. (16) Рр. 333-344. https://doi.org/10.1016/J.WSE.2023.04.003.
2. Drinking water elements constituent profiles and health risk assessment in Wuxi / K. Wu, Y. Meng, Y. Gong et al. // China, Environ Monit Assess. 2022. (194). Рр. 1-13. https://doi.org/ 10.1007/S10661-022-09768-1/FIGURES/5.
3. Vareda J.P., Valente A.J.M., Duraes L. Assessment of heavy metal pollution from anthropogenic activities and remediation strategies: A review // J Environ Manage. 2019. (246). Рр. 101-118. https://doi.org/ 10.1016/J.JENVMAN.2019.05.126.
4. Gizli N., Qok S.S., Kog F. Aerogel, xerogel, and cryogel: Synthesis, surface chemistry, and properties-Practical environmental applications and the future developments, Advanced Materials for Sustainable Environmental Remediation: Terrestrial and Aquatic Environments. 2022. Рр. 195-229. https://doi.org/ 10.1016/B978-0-323-90485-8.00021-7.
5. Synthesis of novel nanomaterials and their application in efficient removal of radionuclides / X. Wang et al. // Science China Chemistry. 2019. Vol. 62. Рр. 933-967.
6. Silica aerogel: Synthesis and applications / J.L. Gurav, I.K. Jung, H.H. Park, E.S. Kang, D.Y. Nadargi // J Nanomater. 2010. https://doi.org/10.1155/2010/409310.
7. Kosak A., Lobnik A., Bauman M. Adsorption of mercury (II), lead (II), cadmium (II) and zinc (II) from aqueous solutions using mercapto-modified silica particles // International Journal of Applied Ceramic Technology. 2015. Vol. 12. No. 2. Рр. 461-472.
8. Choi J.Y., Kim D.S., Lim J. Y. Fundamental features of copper ion precipitation using sulfide as a precipitant in a wastewater system // Journal of Environmental Science and Health, Part A. 2006. Vol. 41. No. 6. Рр. 1155-1172.
9. Fu F., Wang Q. Removal of heavy metal ions from wastewaters: a review // Journal of environmental management. 2011. Vol. 92. No. 3. Рр. 407-418.
10. Investigation of Plating Wastewater Treatment Technology for Chromium, Nickel, and Copper / X.Y. Qin, M.R. Chai, D.Y. Ju, O. Hamamoto // The 4th International Conference on Water Resource and Environment. IOP Conference. Series: Earth and Environmental Science. 2018. Vol. 191. Р. 012006.
11. Pamukoglu M.Y., Kargi F. Copper (II) ion toxicity in activated sludge processes as function of operating parameters // Enzyme and Microbial Technology. 2007. Vol. 40. No. 5. Рр. 1228-1233.
12. Очистка кислотно-щелочных сточных вод гальванического производства с использованием инновационных реагентов / Е.Н. Кузин, А.Б .Фадеев, Н.Е. Кручинина и др. // Гальванотехника и обработка поверхности. 2020. Т. 28. № 3. С. 37-44.
13. Vareda J.P., DuraesL. Functionalized silica xerogels for adsorption of heavy metals from groundwater and soils // J Solgel Sci Technol. 2017. 84. Рр. 400-408. https://doi.org/10.1007/S10971-017-4326-Y/TABLE S/5.
14. Hasanpour M., Hatami M. Application of three dimensional porous aerogels as adsorbent for removal of heavy metal ions from water/wastewater: A review study // Adv Colloid Interface Sci 284. 2020. 102247. https://doi.org/10.1016/J.CIS.2020.102247.
15. Vareda J.P., Valente A.J.M., Duraes L. Silica Aerogels/Xerogels Modified with Nitrogen-Containing Groups for Heavy Metal Adsorption, Molecules. 2020. Vol. 25. Рр. 2788. https://doi.org/ 10.3390/M0LECULES25122788.
16. A comprehensive study on the gelation process of silica gels from sodium silicate Elham Katoueizadeh, Maryam Rasouli, Seyed Mojtaba Zebarjad
17. Mazraeh-shahi Z.T. et al. Journal of Non-Crystalline Solids. 2013. № 376. Vol. 30-37.
18. Tamon H., Kitamura T., Okazaki M. Preparation of silica aerogel from TEOS // Journal of colloid and interface science. 1998. Vol. 197. No. 2. Рр. 353-359.
19. Dunes L., Ochoa M., Rocha N., Patmcio R., Duarte N., Redondo V. and Portugal A. Journal of Nanoscience and Nanotechnology. 2012. Vol. 12. Рр. 6828-6834.
20. Аммаева Ш.Г., Исаев А.Б., Харламова ТА. Получение ксерогеля диоксида кремния кислотным гидролизом тетраэтоксисилана и исследование его сорбционных свойств // Chemical problems. 2021. No. 1(19). Рр. 56-63.
ISSN 1560-3644 BULLETIN OF HIGHER EDUCATIONAL INSTITUTIONS. NORTH CAUCASUS REGION. TECHNICAL SCIENCES. 2024. No 4
21. Рычкова С.А. Физико-химические закономерности сорбции полярных органических соединений различных классов на пористом микродисперсном детонационном наноалмазе: диссертация на соискание ученой степени кандидата химических наук: 02.00.04 / Московский государственный университет им. М. В. Ломоносова. М., 2016. 256 с.
22. Шабанова НА., Саркисов П.Д. Золь-гель технологии. Нанодисперсный кремнезем / М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2012. 328 с.
23. Riley B. J., Chong S. Environmental remediation with functional aerogels and xerogels // Global Challenges. 2020. Vol. 4. No. 10. Pp. 2000013.
24. Total sulfur determination in residues of crude oil distillation using FT-IR/ATR and variable selection methods / Aline Lima Hermes Müller, Rochele Sogari Picoloto, Paola de Azevedo Mello et al. // Spectrochimica Acta Part A: Molecular and Biomolecular Spectroscopy. 2012. Vol. 89. Pp. 82-87.
References
1. Shah A., Arjunan A., Baroutaji A., Zakharova J. A review of physicochemical and biological contaminants in drinking water and their impacts on human health. Water Science and Engineering. 2023;(16):333-344. DOI: 10.1016/J.WSE.2023.04.003.
2. Wu K., Meng Y., Gong Y., Wu L., Liu W., Ding X. Drinking water elements constituent profiles and health risk assessment in Wuxi, China. Environ Monit Assess. 2022;(194):1-13. DOI: 10.1007/S10661-022-09768-1/FIGURES/5.
3. Vareda J.P., Valente A.J.M., Duraes L. Assessment of heavy metal pollution from anthropogenic activities and remediation strategies: A review. J Environ Manage. 2019;(246):101-118. DOI: 10.1016/J.JENVMAN.2019.05.126.
4. Gizli N., Qok S.S., Koq F. Aerogel, xerogel, and cryogel: Synthesis, surface chemistry, and properties-Practical environmental applications and the future developments. Advanced Materials for Sustainable Environmental Remediation: Terrestrial and Aquatic Environments. 2022. Pp. 195-229. DOI: 10.1016/B978-0-323-90485-8.00021-7.
5. Wang X. et al. Synthesis of novel nanomaterials and their application in efficient removal of radionuclides. Science China Chemistry. 2019;(62):933-967.
6. Gurav J.L., Jung I.K., Park H.H., Kang E.S., Nadargi D.Y. Silica aerogel: Synthesis and applications. J Nanomater. 2010. DOI: 10.1155/2010/409310.
7. Kosak A., Lobnik A., Bauman M. Adsorption of mercury (II), lead (II), cadmium (II) and zinc (II) from aqueous solutions using mercapto-modified silica particles. International Journal of Applied Ceramic Technology. 2015;12(2):461-472.
8. Choi J.Y., Kim D.S., Lim J.Y. Fundamental features of copper ion precipitation using sulfide as a precipitant in a wastewater system. Journal of Environmental Science and Health, Part A. 2006;41(6):1155-1172.
9. Fu F., Wang Q. Removal of heavy metal ions from wastewaters: a review. Journal of environmental management. 2011;92(3):407-418.
10. Qin X.Y., Chai M.R., Ju D.Y., & Hamamoto O. Investigation of Plating Wastewater Treatment Technology for Chromium, Nickel, and Copper. The 4th International Conference on Water Resource and Environment. IOP Conference. Series: Earth and Environmental Science. 2018;(191):012006.
11. Pamukoglu M.Y., Kargi F. Copper (II) ion toxicity in activated sludge processes as function of operating parameters. Enzyme and Microbial Technology. 2007;40(5):1228-1233.
12. Kuzin E.N., Fadeev A.B., N.E. Kruchinina N.E., Zaitseva A.D., Miskichekova Z.K., Nosova T.I. Purification of acid-base wastewater from galvanic production using innovative reagents. Electroplating and surface treatment. 2020;28(3):37-44.
13. Vareda J.P., Duraes L. Functionalized silica xerogels for adsorption of heavy metals from groundwater and soils. JSolgel Sci Technol. 2017;(84):400-408. DOI: 10.1007/S10971-017-4326-Y/TABLES/5.
14. Hasanpour M., Hatami M. Application of three dimensional porous aerogels as adsorbent for removal of heavy metal ions from water/wastewater: A review study. Adv Colloid Interface Sci. 2020;(284):102247. DOI: 10.1016/J.CIS.2020.102247.
15. Vareda J.P., Valente A.J.M., Duraes L., Silica Aerogels/Xerogels Modified with Nitrogen-Containing Groups for Heavy Metal Adsorption. Molecules. 2020;(25):2788. DOI: 10.3390/MOLECULES25122788.
16. Elham Katoueizadeh, Maryam Rasouli, Seyed Mojtaba Zebarjad. A comprehensive study on the gelation process of silica gels from sodium silicate.
17. Mazraeh-shahi Z.T. et al. Journal of Non-Crystalline Solids. 2013;(376):30-37.
18. Tamon H., Kitamura T., Okazaki M. Preparation of silica aerogel from TEOS. Journal of colloid and interface science. 1998;197(2):353-359.
19. Durres L., Ochoa M., Rocha N., Patmcio R., Duarte N., Redondo V. V., Portugal A. Journal of Nanoscience and Nanotechnology. 2012;(12):6828-6834.
ISSN 1560-3644 BULLETIN OF HIGHER EDUCATIONAL INSTITUTIONS. NORTH CAUCASUS REGION. TECHNICAL SCIENCES. 2024. No 4
20. Ammaeva Sh.G., Isaev A.B., Kharlamova T.A. Preparation of silica xerogel by acid hydrolysis of tetraethoxysilane and study of its sorption properties. Chemical Problems. 2021;1(19):56-63.
21. Rychkova S.A. Physico-chemical patterns of sorption ofpolar organic compounds of various classes on porous microdispersed detonation nanodiamond. Dr. Sci. Dis. (Eng.). Moscow. 2016. 256 p.
22. Shabanova N.A., Sarkisov P.D. Sol-gel technology. Nanodispersed silica. Moscow: BINOM. Laboratory of Knowledge;2012. 328 pp.
23. Riley B.J., Chong S. Environmental remediation with functional aerogels and xerogels. Global Challenges. 2020;4(10):2000013.
24. Aline Lima Hermes Müller, Rochele Sogari Picoloto, Paola de Azevedo Mello, Marco Flores Ferräo, Maria de Fatima Pereira dos Santos, Regina Celia Lourengo Guimaräes, Edson Irineu Müller, Erico Marlon Moraes Flores. Total sulfur determination in residues of crude oil distillation using FT-IR/ATR and variable selection methods.
Spectrochimica Acta Part A: Molecular and Biomolecular Spectroscopy. 2012;(89):82-87.
Сведения об авторах
Аммаева Шаназ Гаджимаммаевная - ст. преподаватель, ведущ. инженер, кафедра «Неорганическая химия и химическая экология», [email protected]
Исаев Абдулгалим Будаевич - канд. хим. наук, доцент, зав. кафедрой «Неорганическая химия и химическая экология», [email protected]
Information about the authors
Shanaz G. Ammaeva - Senior Lecturer, Leading Engineer, Department «Inorganic Chemistry and Chemical Ecology», [email protected]
Abdulgalim B. Isaev - Cand. Sci. (Chem.), Associate Professor, Head Department «Inorganic Chemistry and Chemical Ecology», [email protected]
Статья поступила в редакцию / the article was submitted 26.04.2024; одобрена после рецензирования / approved after reviewing 15.07.2024; принята к публикации / accepted for publication 17.07.2024.
