CC BY
53
Бондарева ЛП и др. &естник,ВТУМТ, 2022, Т. 84, №. 1, С 238-244
методами осаждения и электрокоагуляции, связыванием в комплексные соединения и прочие [1, 2]. Однако наиболее перспективной, позволяющей полностью извлекать токсичные катионы без больших затрат и экологических последствий остается сорбционная очистка.
Сорбционной очистке от катионов никеля посвящено большое количество работ, в которых используются различные природные, модифицированные или синтетические материалы [3-22]. Так в работах [3, 4] исследована сорбция ионов N1 (II) волокнистым ионообменником ФИБАН Х-1, содержащим иминодикар-боксильные функциональные группы, получены изотермы, рассчитаны равновесные характеристики и отмечены особенности процессов, сопровождающих сорбцию, показана перспективность применения данного сорбента для выделения катионов никеля в малых концентрациях. Полученные значения констант сорбции и величины предельной сорбции катионов N1 (II) показали, что волокнистый ионообменник ФИБАН Х-1 может быть использован на стадии доочистки сточных вод гальванического производства.
В работе [5] исследованы закономерности сорбции никеля на слабокислотном катионите Lewatit МопоР1и ТР 207. Показано, что процесс может быть достаточно достоверно описан с помощью уравнений Ленгмюра и Фрейндлиха. Определены статические обменные емкости катионита. Установлено, что при повышении температуры с 305 до 328 К равновесная концентрация никеля достигается примерно в 13 раз быстрей. Определены значения констант скоростей внешней и внутренней диффузий. Для известных значений констант гидролиза никеля рассчитаны содержания ионных форм и статические обменные емкости в зависимости от рН раствора. Отмечено, что извлечение никеля возрастает при появлении малогидратированных однозарядных комплексов в диапазоне рН от 8 до 9.
Исследованы сорбционные свойства фосфорнокислого катионита на основе стирольно-фурфурольного полимера по отношению к катионам меди, никеля, кобальта и др. при различных рН среды, ионных формах катионита и концентрации исследуемых ионов. Показано, что полученный катионит может быть использован в процессах сорбции исследуемых катионов из различных вод [6].
В работе [7] показано, что наибольшей сорбционной способностью по отношению к ионам никеля обладает модифицированный образец - термообработанные оболочки плодов пшеницы, который может быть рекомендован для доочистки никельсодержащих вод.
Изучена сорбция катионов никеля ком-плексообразующим анионитом АМ-7. Показано, что сорбция ионов никеля из водных растворов удовлетворительно описывается уравнением Ленгмюра, линейная аппроксимация которого позволяет определить максимальную сорбцион-ную емкость комплексообразующего анионита. Для определения характеристик ионитного комплекса - констант устойчивости и координационного числа - рассмотрены два независимых метода: определение константы устойчивости по коэффициенту распределения и методом разрушения аммиачных комплексов никеля при контакте с депротонированной формой ионита. Рассчитанные константы устойчивости ионитных комплексов и значение координационного числа в обоих случаях находятся в удовлетворительном согласовании [8].
Авторами работы [9] проведено сравнение сорбционных свойств сильнокислотного сульфокатионита КУ-2 х 8, слабокислотного карбоксильного катионита КБ-4 и комплексо-образующего хелатного катионита АНКБ-35 для извлечения ионов цинка и кадмия из промывных вод гальванических производств, содержащих ионы аммония или мездровый клей. Показано, что наиболее эффективным по отношению к этим ионам в процессах сорбции является катионит КУ-2 х 8.
В работе [10] описана совместная сорбция двухвалентных катионов никеля, меди и кадмия из концентрированных водных растворов. Расчетным и экспериментальным методами подобраны условия разделения различающихся и близких по сорбционным свойствам бинарных ионных систем на аминофосфоновом полиам-фолите РигоШе S950 в натриевой форме.
Изучены перспективы сорбционной очистки от ионов N1 (II) модельных растворов с использованием в качестве сорбционных материалов измельченной исходной и термо-обработанной кожуры арахиса. Получены изотермы адсорбции и описаны в рамках моделей Ленгмюра, Фрейндлиха и БЭТ. Изучена кинетика адсорбции ионов N1 (II) исходной и термообработанной кожурой арахиса. Экспериментально определено, что максимальная сорбционная емкость исходной кожуры арахиса при начальной концентрации ионов №(П) 1000 мг/дм3 составляет 0.6 ммоль/г, а для термообработанной при температурах 250 и 350 °С -0.66 ммоль/г и 0.78 ммоль/г соответственно [11].
В работе [12] описаны результаты лабораторного моделирования адсорбционных свойств дисперсных пород по отношению к тяжелым металлам, связанных с техногенезом на примере N1 (II). Приведены данные по адсорбции элемента образцами различных
Bondareva L.P. et aC Proceedings ofVSUET, 2022, voC 84, no.
литологических разновидностями пород. Определены подвижные формы соединений никеля, оценена интенсивность процесса адсорбции, перечислены факторы, определяющие изменение содержания никеля по разрезу. Полученная информация имеет важное значение при решении экологических [13-15], медико-социальных [16-17, 22] и инженерно-геологических задач [17-21].
Анализ литературы показывает, что в настоящее время предложено и применяется большое количество сорбционных способов очистки сточных вод от катионов Ni (II), разработанных различными авторами. Наиболее перспективным и эффективным методом очистки сточных вод от катионов никеля является ионообменный, главными преимуществам которого можно считать хорошую управляемость процессом, относительной простоту конструкции установки и высокую степень очистки. Таким образом целью настоящего исследования стало определение равновесных характеристик сорбции катионов Ni (II) на различных полярных сорбентах и установление наиболее перспективных материалов для удаления катионов никеля из водных сред.
1, рр. 238-244 [email protected]
Материалы и методы
Сорбция никеля проводилась на ионообменных смолах и природных адсорбентах, характеристики которых представлены в таблице 1.
Для перевода катионообменников или анионообменника в рабочую форму через слой ионообменников последовательно пропускали растворы КаОН или НС1 с концентрацией 0.5 моль/дм3, дистиллированную воду до полного удаления гидроксида натрия или соляной кислоты из межгранульного пространства. Значение рН фиксировали с помощью рН-метра.
Для получения изотерм сорбции использовали навески воздушно-сухих ионообменных смол и адсорбентов массой 0.1 ± 0.0001 г. каждая, помещали в колбы и заливали раствором сульфата никеля (II) в интервале концентраций 0.001-0.02 моль/дм3. Сорбцию проводили в течение 24 часов при 298 К.
После установления равновесия отбирали аликвотную часть растворов из колб и определяли концентрацию катионов N1 (II) в исходном растворе и после сорбции. Концентрацию катионов N1 (II) определяли «горячим» титрованием с мурексидом.
Характеристика сорбентов, использованных в работе Characteristics of sorbents used in the work
Таблица 1. Table 1.
Сорбент Sorbent Пористость Porosity Рабочая форма Working form Функциональные группы или химический состав Functional groups or chemical composition
Катионообменник Токем 200 Cation Exchanger Tokem 200 макропористый macroporous Na+ карбоксильная | carboxyl
Катионообменник Amberlite IRC 748 Cation Exchanger Amberlite IRC 748 Иминодикарбоксильная | iminodicarboxylic
Катионообменник КФП Cation Exchanger KFP гелевый gel фосфорнокислая | phosphate
Катионообменник КУ-2 Cation Exchanger KU-2 сульфо-группа | sulfo-group
Анионообменник АВ-17/ Anion exchanger AV-17 Cl- четвертичная триметиламмониевая quaternary trimethylammonium
Шунгит | Shungite мезопористый mesoporous - оксид кремния | oxide silicon
Кремень | Flint -
Количество сорбированных катионов никеля (II) (А, моль/г), имеющее смысл сорб-ционной емкости для ионообменников и адсорбции для кристаллических сорбентов рассчитывали по формуле:
1 = (со-с* )х
тг '
где сг - концентрация ионов в смоле, моль/г; с0 - исходная концентрация ионов в растворе, моль/дм3; с8 - равновесная концентрация ионов в растворе моль/дм3; У8 - объём раствора, дм3; тг - масса навески сорбента, г.
Расчет сорбционной обменной емкости (СОЕ) и предельной сорбции (Аш), а также коэффициентов равновесия (к) проводили по линейному уравнению Ленгмюра:
1 1 1
- = — +-. (1
АЛА ■ к ■ с v
ад ад 5
Для проведения сорбции в динамических условиях навеску воздушно-сухого ионита помещали в колонку, заливали дистиллированной водой для набухания и оставляли на несколько часов. После этого через колонку пропускали очищаемый раствор со скоростью 0.015 см3/с,
БондареваЛП. и др. ВестнтфТУИМ, 2022, Т. 84, №. 1, С. 238-244 отбирали по 10 см3 фильтрата и определяли электрическую проводимость. Для проведения десорбции через ионообменную смолу, насыщенную катионами, пропускали раствор соляной кислоты с концентрацией равной 0.5 моль/дм3 со скоростью 0.033 см3/с, отбирали по 10 см3 элюата и определяли концентрацию катионов в каждой пробе.
Обсуждение
В работе получены изотермы сорбции катионов никеля (II), характеризующие зависимость количества поглощенных катионов (А, моль/г) от равновесной концентрации сорбируемого компонента в растворе (с5, моль/дм3)
ро&@уезЬпкУ5иеЬ ги
при постоянной температуре на изученных сорбентах. Примеры полученный изотерм представлены на рисунке 1.
С увеличением концентрации сорбата степень его извлечения на всех сорбентах увеличивается. По полученным изотермам сорбции видно, что на начальных участках сорбция практически прямо пропорциональна концентрации сорбтива в растворе. Степень извлечения ионов N1 (II) на ионообменниках КФП и Токем 200 значительно выше, чем на остальных сорбентах. Полученные изотермы имеют вид изотерм Ленгмюра, то есть происходит мономолекулярная сорбция на активных центрах с предельным насыщением.
0,0025
I .с 0 0,005 0,01 0,015 0,02 0,025
§
* Равновесная концентрация сорбируемого компонента в растворе
(с, моль/дм3)
Equilibrium concentration of the sorbed component in solution (fj, mol / dm3)
(a)
0,0003
Равновесная концентрация сорбируемого компонента в растворе (Q, моль/дИ
Equilibrium concentration of the sorbed component in solution (cs, mol / dm3|
(b)
Рисунок 1. Изотермы сорбции катионов никеля (II) на ионообменных смолах (a) - КУ 2 (1), АВ 17 (2), КФП (3), (b) - Токем 200 (4), Amberlite IRC 748(5), (c) -шунгит (6), кремень (7) при 298 К
Figure 1. Isotherms of sorption of nickel (II) cations onion-exchange resins (a) - KU 2 (1), AV 17 (2), KFP (3), (b) - Tokem 200 (4), Amberlite IRC 748 (5), (c) - shungite (6), flint (7) at 298 K
(с)
По данным о распределении следуемого сорбата в гетерофазной системе «водный раствор -сорбент» с использованием линейных изотерм в координатах Ленгмюра определили основные характеристики адсорбции - максимальную сорбцию (СОЕ или Аю) и коэффициенты сорбционного равновесия (к). Для нахождения полной обменной емкости или максимальной сорбции, согласно уравнению (1), построили функцию в координатах Ленгмюра 1/А = Полученные линейные
уравнения и равновесные характеристики сорбции катионов никеля (II) из водного раствора при 298 К представлены в таблице 2.
Полученные результаты показывают, что фосфорнокислый катионообменник гелевого типа КФП и слабокислый пористый катионит Токем 200 обладают достаточно высокой обменной емкостью по отношению к катионам никеля (II), что обусловлено наличием у сорбентов фосфорнокислых или карбоксильных групп.
Данное обстоятельство позволяет рассматривать сорбцию сильных электролитов в гетерофаз-ной системе «сорбент - водный раствор» как ионный обмен на функциональных группах. Согласно результатам, приведённым в таблице 2, максимальной сорбционной ёмкостью по отношению к ионам N1 (II) обладает Токем 200, полная обменная емкость которого равна 3.57 ммоль/г. Коэффициент равновесия к характеризует степень сродства сорбата к сорбенту и является мерой сорбционной активности сорбента. Чем больше величина к, тем сильнее взаимодействие сорбат-сорбент, тем активнее должны извлекаться ионы металлов из растворов. Максимальное значение к при ионном обмене N1 (II) характерно для сорбента Токем 200. Проведенные исследования показали, что для извлечения катионов никеля (II) целесообразно использовать слабокислый пористый катионит Токем 200 в натриевой форме.
Bondareva L.P. et aL Proceedings ofVSUET, 2022, voL 84, no. 1, pp. 238-244 [email protected]
Таблица 2.
Равновесные характеристики сорбции катионов никеля (II) из водного раствора при 298 К
Table 2.
Equilibrium characteristics of sorption of nickel (II) cations from an aqueous solution at 298 K
Сорбент Sorbent ПОЕ*, ммоль/г POE*, mmol/g Уравнения в координатах 1/A = f(1/cs). Equations in coordinates 1/A = fQ/с). А„, ммоль/г А№ mmol / g СОЕ, ммоль/г SOE, mmol / g к
Катионообменник КФП Cation Exchanger KFP 2,9 y = 3.20 x + 359 - 2.84 ± 0.14 110
Катионообменник Токем 200 Cation Exchanger Tokem 200 4,3 y = 3.91 x + 280 - 3.57 ± 0.18 195
Анионообменник АВ-17 Anion exchanger AV-17 1,5 y = 8.03 x + 105 - 1.31 ± 0.07 95
Катионообменник КУ-2 Cation Exchanger KU-2 1,8 y = 3.48 x + 87 - 1.15 ± 0.06 25
Катионообменник Amberlite IRC 748 Cation Exchanger Amberlite IRC 748 1,4 y = 7.38 x + 465 - 1.13 ± 0.06 63
Кремень | Flint - y = 12.6 x + 4664 0.21 ± 0.011 - 12
Шунгит | Shungite - y = 13.6 x + 2391 0.42 ± 0.022 - 13
Примечание: * литературные данные Note: * literature data
В работе получены выходные кривые сорбции (рисунок 2) и десорбции (рисунок 3) катионов никеля из смеси с катионами Cu (II). Исходное соотношение катионов в очищаемом растворе составляло 1:10.
0,00335
и
g- Е 0,0038 Ё в
5. и 0,00375
■С ^
1 1 0,0037
4 s Е
§ 0 1 0,00365 §" =
5 2 0,0036 S ¡3
0J -
5 С 0,00355
Q. JJ
I 0,0035
0 500 1000 1500 2000 2500 3000
Время «проскока* t, с Breakthrough time I. s
Рисунок 2. Выходная кривая сорбции катионов меди (II) и никеля (II) на катионите Токем 200 в натриевой форме
Figure 2. The output sorption curve on the Tokem 200 cation in sodium form
Определено, что при пропускании очищаемого раствора в течение 800 c происходит насыщение ионообменника извлекаемыми катионами и при дальнейшем увеличении объема подаваемого раствора наблюдается «проскок» катионов.
Установлено, что катионы никеля элюи-руются раньше катионов меди. Время удерживание катионов никеля (II) составляет 400 с, а время удерживания катионов меди (II) 800 с.
Такое различие позволяет полностью отделить катионы друг от друга, а высокая константа сорбционного равновесия и сорбционная обменная емкость - выделить на 100% катионы никеля (II) из водного раствора.
0 200 400 600 S00 1000 1200 1400 1600 Время удерживания Le Retention time L.s
Рисунок 3. Выходная кривая десорбции ионов никеля (II) и меди (II) из катионита Токем 200
Figure 3. Output curve of desorption of nickel (II) and copper (II) ions from Tokem 200 cationite
Заключение
Изученные сорбенты по равновесным сорбционным характеристикам можно расположить в ряд: Токем 200 > КФП > Amberlite IRC 748 > АВ-17 > КУ-2 > Кремень > Шунгит.
Наиболее эффективными сорбентами для удаления. извлечения и концентрирования катионов Ni (II) из водных растворов можно считать опытный образец фосфорнокислого катионообменника гелевого типа КФП и карбоксильный пористый катионит Токем 200.
Бондарева ЛЛ и др. <Вестник,<ВТУИТ, 2022, Т. 84, №. 1, С. 238-244
Литература
1 Смирнова В.С., Худорожкова С.А., Ручкинова О.И. Обоснование оптимальных условий реагентной очистки промывных вод от ионов тяжелых цветных металлов // Вестник ПНИПУ. Строительство и архитектура. 2019. Т. 10, № 2. С. 106-118.
2 Бочарников В.С., Мещеряков М.П., Денисова М.А Исследование сорбционных свойств сорбентов с использованием ферритовых реагентов при очистке сточных вод // Известия Нижневолжского агроуниверситетского комплекса: наука и высшее профессиональное образование 2019. № 1 (59). URL: https://cyberleninka.rU/article/n/ issledovanie-sorbtsionnyh-svoystv-sorbentov-s-ispolzovaniem-ferritovyh-reagentov-pri-ochistke-stochnyh-vod/viewer
3 Астапов А.В., Перегудов Ю.С., Нифталиев С.И. Сорбция катионов никеля(П) хелатным волокнистым сорбентом ФИБАН Х-1 // Журнал физической химии. 2017. Т. 91. № 8. С. 1397-1402.
4 Перегудов Ю.С., Тимкова А.В., Горбунова Е.М., Плотникова С.Е. Применение ионообменного волокна на стадии доочистки сточных вод гальванического производства // Вестник ВГУИТ. 2018. Т. 80. № 4. С. 330-336. doi: 10.20914/2310-1202-2018-4-330-336
5 Мальцев Г.И. Сорбция никеля на слабокислотном катионите Lewatit monoplus TP207 // Научные основы и практика переработки руд и техногенного сырья. 2019. С. 227-232.
6 Пулатов Х.Л. Турабжанов С.М. Игитов Ф.Б. Хамдамова О.Б. Поликонденсационные фосфорнокислые катиониты для очистки сточных вод от ионов тяжелых металлов // Universum: химия и биология. 2018. № 11. С. 53.
7 Назаренко А.А. Степанова С.В Сорбционное извлечение ионов никеля из модельных вод модифицированными оболочками плодов пшеницы // Северная пальмира: сборник научных трудов молодых ученых, аспирантов, студентов и преподавателей по результатам проведения VIII молодежного экологического конгресса. 2017. Т. 20. № 6. С. 89-92.
8 Колодяжный В.А., Челнакова П.Н., Мурачева Е.С Определение параметров ионитных комплексов, образующихся при сорбции катионов никеля слабоосновным анионитом АМ-7 // Сорбционные и хроматографические процессы. 2019. Т. 19. № 1. С. 85-91.
9 Кеймиров М.А. Очистка промывных вод гальванических производств от ионов тяжелых металлов ионообменным способом // Вестник технологического университета. 2020. Т. 23. № 19. С. 76-79.
10 Бондарева Л.П., Чесноков А.И., Загорулько Е.А. Разделения катионов тяжелых металлов из концентрированных гальванических стоков // Вестник ВГУИТ. 2018. № 1. С. 223-227. doi: 10.20914/2310-1202-2018-1-223-227
11 Свергузова С.В., Шайхиев И.Г., Хунади Л., Бомба И.В. Исследование адсорбции ионов Ni(II) модифицированными отходами переработки арахиса // Экология и промышленность России. 2020. Т. 24. № 3. С. 39-43.
12 Хансиварова Н.М., Ложкин А.Д. Исследование адсорбционных свойств дисперсных пород по отношению к тяжелым металлам на примере Ni (III) // Инженерный вестник дона. 2015. Т. 38. № 4. С. 147.
13 Бондарева Л.П., Астапов А.В., Селеменев В.Ф., Ильина А. Ю. Селективность ионного обмена на иминокарбоксильной смоле и энергия гидратации ее ионных форм // Журн. физ. химии. 2018. Т. 92. № 8. C. 1323-1328.
14 Biela. R., Kucera Т. Efficacy of Sorption Materials for Nickel, Iron and Manganese Removal from Water // Procedia Engineering. 2016. V. 162. P. 56-63. doi: 10.1016/j.proeng.2016.11.012
15 Veneu D.M., Yokoyama L., Cunha O.G.C., Schneider C.L., Monte M.B.D.M. Nickel sorption using Bioclastic Granules as a sorbent material: equilibrium, kinetic and characterization studies // Journal of Materials Research and Technology. 2019. V. 8. P. 840-852. doi: 10.3390/met10121630
16 Piqtek J., de Bruin-Dickason C.N., Jaworski A., Chen J. et al. Glycine-functionalized silica as sorbent for cobalt(II) and nickel(II) recovery // Applied Surface Science. 2020. V. 530. doi: 10.1016/j.apsusc.2020.147299
17 Ji С., Zhang J., Jia R., Zhang W. et al. Sorption enhancement of nickel(II) from wastewater by ZIF-8 modified with poly (sodium 4-styrenesulfonate): Mechanism and kinetic study // Chemical Engineering Journal. 2021 V. 414. URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S13858947210040837via%3Dihub
18 Abu-Saied M.A., Wycisk R., Abbassy M.M., Abd El-Naim G. et al. Sulfated chitosan/PVA absorbent membrane for removal of copper and nickel ions from aqueous solutions—Fabrication and sorption studies // Carbohydrate polymers. 2017. V. 165. P. 149-158. doi: 10.1016/j.carbpol.2016.12.039
19 Masoumi H., Ghaemi A., Gilani H.G. Elimination of lead from multi-component lead-nickel-cadmium solution using hyper-cross-linked polystyrene: Experimental and RSM modeling // Journal of Environmental Chemical Engineering. 2021. V.9. URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S2213343721015566
20 Chaudhari V., Patkar M. Removal of nickel from aqueous solution by using corncob as adsorbent // Materialstoday: Proceedings. 2021. URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S22147853210637447via%3Dihub
21 Gafoor A., Kumar S., Begum S., Rahman Z. Elimination of nickel (II) ions using various natural/modified clay minerals: A review // Materials Today: Proceedings. 2021. V. 37. P. 2033-2040. doi: 10.1016/j.matpr.2020.07.500
22 Уиен Д.М., Сироткин А.С., Тхуан Л.В., Хань К.Х. и др. Адсорбционное удаление ионов никеля (II) из водных растворов шаровидным углеродным сорбентом на основе Litsea Glutinosa // Известия высших учебных заведений. Химия и химическая технология. 2021. Т. 64. №. 11. С. 71-78. doi: 10.6060/ivkkt.20216411.6416
References
1 Smirnova V.S., Khudorozhkova S.A., Ruchkinova O.I. Substantiation of optimal conditions for reagent purification of wash water from ions of heavy non-ferrous metals. Bulletin of PNRPU. Construction and architecture. 2019. vol. 10. no. 2. pp. 106-118. (in Russian).
2 Bocharnikov V.S., Meshcheryakov M.P., Denisova M.A. Study of the sorption properties of sorbents using ferrite reagents in wastewater treatment. Proceedings of the Nizhnevolzhsky AgroUniversity Complex: Science and Higher Professional Education 2019. no. 1 (59). Available at: https://cyberleninka.ru/article/n/issledovanie-sorbtsionnyh-svoystv-sorbentov-s-ispolzovaniem-ferritovyh-reagentov-pri-ochistke-stochnyh-vod/viewer (in Russian).
Bondareva L.P. et aC Proceedings of VSUET, 2022, voC 84, no. 1, pp. 238-244
3 Astapov A.V., Peregudov Yu.S., Niftaliev S.I. Sorption of nickel(II) cations by chelate fibrous sorbent FIBAN X 1. Journal of Physical Chemistry. 2017. vol. 91. no. 8. pp. 1397-1402. (in Russian).
4 Peregudov Yu.S., Timkova A.V., Gorbunova E.M., Plotnikova S.E. The use of ion-exchange fiber at the stage of post-treatment of wastewater in galvanic production. Proccedings of VSUET. 2018. vol. 80. no. 4. pp. 330-336. doi: 10.20914/2310-1202-2018-4-330-336 (in Russian).
5 Maltsev G.I. Sorption of nickel on a weakly acidic cation exchanger Lewatit monoplus TP207. Scientific bases and practice of processing ores and technogenic raw materials. 2019. pp. 227-232. (in Russian).
6 Pulatov H.L. Turabzhanov S.M. Igitov F.B. Khamdamova O.B. Polycondensation phosphate cation exchangers for wastewater treatment from heavy metal ions. Universum: chemistry and biology. 2018. no. 11. pp. 53. (in Russian).
7 Nazarenko A.A. Stepanova S.V. Sorption extraction of nickel ions from model waters by modified shells of wheat fruits. Northern palmyra: a collection of scientific works of young scientists, graduate students, students and teachers based on the results of the VIII Youth Ecological Congress. 2017. vol. 20. no. 6. pp. 89-92. (in Russian).
8 Kolodyazhny V.A., Chelnakova P.N., Muracheva E.S. Determination of the parameters of ion-exchange complexes formed during the sorption of nickel cations by a weakly basic anion exchanger AM 7. Sorption and chromatographic processes. 2019. vol. 19. no. 1. pp. 85-91. (in Russian).
9 Keimirov M.A. Purification of washing water of galvanic production from ions of heavy metals by ion-exchange method. Vestnik tekhnologicheskogo universiteta. 2020. vol. 23. no. 19. pp. 76-79. (in Russian).
10 Bondareva L.P., Chesnokov A.I., Zagorulko E.A. Separation of heavy metal cations from concentrated galvanic drains. Proceedings of VSUET. 2018. no. 1. pp. 223-227. doi: 10.20914/2310-1202-2018-1-223-227 (in Russian).
11 Sverguzova S.V., Shaikhiev I.G., Khunadi L., Bomba I.V. Study of the adsorption of Ni(II) ions by modified peanut processing waste. Ecology and Industry of Russia. 2020. vol. 24. no. 3. pp. 39-43. (in Russian).
12 Khansivarova N.M., Lozhkin A.D. Study of the adsorption properties of dispersed rocks in relation to heavy metals on the example of Ni (III). Engineering Bulletin of the Don. 2015. vol. 38. no. 4. pp. 147. (in Russian).
13 Bondareva L.P., Astapov A.V., Selemenev V.F., Ilyina A.Yu., Selectivity of ion exchange on iminocarboxylic resin and hydration energy of its ionic forms. Zh. physical chemistry. 2018. vol. 92. no. 8. pp. 1323-1328. (in Russian).
14 Biela R., Kucera Т. Efficacy of Sorption Materials for Nickel, Iron and Manganese Removal from Water. Procedia Engineering. 2016. vol. 162. pp. 56-63. doi: 10.1016/j.proeng.2016.11.012
15 Veneu D.M., Yokoyama L., Cunha O.G.C., Schneider C.L., Monte M.B.D.M. Nickel sorption using Bioclastic Granules as a sorbent material: equilibrium, kinetic and characterization studies. Journal of Materials Research and Technology. 2019. vol. 8. pp. 840-852. doi: 10.3390/met10121630
16 Piqtek J., de Bruin-Dickason C.N., Jaworski A., Chen J. et al. Glycine-functionalized silica as sorbent for cobalt(II) and nickel(II) recovery. Applied Surface Science. 2020. vol. 530. doi: 10.1016/j.apsusc.2020.147299
17 Ji С., Zhang J., Jia R., Zhang W. et al. Sorption enhancement of nickel(II) from wastewater by ZIF-8 modified with poly (sodium 4-styrenesulfonate): Mechanism and kinetic study. Chemical Engineering Journal. 2021. vol. 414. Available at: https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S13858947210040837via%3Dihub
18 Abu-Saied M.A., Wycisk R., Abbassy M.M., Abd El-Naim G. et al. Sulfated chitosan/PVA absorbent membrane for removal of copper and nickel ions from aqueous solutions—Fabrication and sorption studies. Carbohydrate polymers. 2017. vol. 165. pp. 149-158. doi: 10.1016/j.carbpol.2016.12.039
19 Masoumi H., Ghaemi A., Gilani H.G. Elimination of lead from multi-component lead-nickel-cadmium solution using hyper-cross-linked polystyrene: Experimental and RSM modeling. Journal of Environmental Chemical Engineering. 2021. vol. 9. Available at: https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S2213343721015566
20 Chaudhari V., Patkar M. Removal of nickel from aqueous solution by using corncob as adsorbent. Materialstoday: Proceedings. 2021. Available at: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S22147853210637447via%3Dihub
21 Gafoor A., Kumar S., Begum S., Rahman Z. Elimination of nickel (II) ions using various natural/modified clay minerals: A review. Materials Today: Proceedings. 2021. vol. 37. pp. 2033-2040. doi: 10.1016/j.matpr.2020.07.500
22 Uyen D.M., Sirotkin A.S., Thuan L.V., Han K.H. Adsorption removal of nickel(II) ions from aqueous solutions by a spherical carbon sorbent based on Litsea Glutinosa. Chemistry and chemical technology. 2021. vol. 64. no. 11. pp. 71-78. doi: 10.6060/ivkkt.20216411.6416 (in Russian).
Сведения об авторах Information about authors
Лариса П. Бондарева к.х.н., доцент, кафедры физической и Larisa P. Bondareva Cand. Sci. (Chem.), associate professor, аналитической химии, Воронежский государственный уни- physical and analytical chemistry department, Voronezh State верситет инженерных технологий, пр-т Революции, 19, г. Во- University of Engineering Technologies, Revolution Av., 19 ронеж, 394036, Россия, [email protected] Voronezh, 394036, Russia, [email protected]
https://orcid.org/0000-0001-9143-9374 https://orcid.org/0000-0001-9143-9374
Кристина В. Гринь студент, кафедра физической и аналити- Krustina V. Grin student, physical and analytical chemistry ческой химии, Воронежский государственный университет department, Voronezh State University of Engineering инженерных технологий, пр-т, Революции, 19, г. Воронеж, Technologies, Revolution Ave., 19, Voronezh, 394066, Russia, 394066, Россия, [email protected] [email protected]
Вклад авторов Contribution
Все авторы в равной степени принимали участие в написании All authors are equally involved in the writing of the manuscript and рукописи и несут ответственность за плагиат are responsible for plagiarism
Конфликт интересов Conflict of interest
Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов. The authors declare no conflict of interest.
Поступила 17/01/2022 После редакции 03/02/2022 Принята в печать 24/02/2022
Received 17/01/2022 Accepted in revised 03/02/2022 Accepted 24/02/2022
Вестник^ВТУИШ/Proceedings of VSUET ISSN 2226-910X E-ISSN 2310-1202
DOI: http://doi.org/1Q.20914/231Q-12Q2-2Q22-1-245-251_Оригинальная статья/Research article_
УДК 678.7.-1:544.23_Open Access Available online at vestnik-vsuet.ru
Исследование свойств синтетических и биоразлагаемых полимеров, _с целью возможности их использовани в пищевой отрасли_
Ольга В. Ершова 1 [email protected]
Эльвира Р. Муллина 1 [email protected] 00004)003-3412-8902
Юлия А. Бессонова 1 [email protected] 00004)001-8027-3567 _Ксения В. Багреева 1 [email protected]_
1 Магнитогорский государственный технический университет им. Г.Н. Носова, ул. Ленина,38, Магнитогорск, 455000, Россия_
Аннотация. В статье рассмотрена актуальная проблема экологичности упаковочных материалов, используемых в пищевой отрасли. Цель работы заключалась в исследовании физико-механических характеристик биоразлагаемых и синтетических полимеров, с целью актуализации замены синтетических упаковочных материалов на более экологичные материалы. В статье рассмотрены основные характеристики инновационных биоразлагаемых материалов основе полилактидов (PLA). Представлен сравнительный анализ прочностных и сорбционных свойств как биоразлагаемых, так и синтетических полимерных материалов. Сравнительный анализ исследуемых материалов проводился по следующим параметрам: водопоглощение, стойкость к проколу, деформационно-прочностные и теплофизические характеристики. Так же в работе представлены результаты исследования водопоглощающей способности анализируемых полимерных материалов. Приведены результаты испытаний, позволяющие установить температурно-временные параметры переработки полилактида по расплавному методу. Проанализированы данные, полученные методом ДСК по установлению релаксационных и фазовых переходов, происходящее в полимере при термолизе. В ходе проведения эксперимента так же были проведены экспериментальные исследования химических свойств биоразлагаемых материалов на основе полилактидов (PLA), китайского производства Рассмотрены основные преимущества и недостатки синтетических и природных полимерных материалов. Кроме того, в работе проанализированы экологические аспекты практического применения исследуемых полимерных материалов. Сформулированы выводы о возможности и безопасности применения представленных материалов в различных отраслях пищевой промышленности. На основании полученных результатов эксперимента установлено, что синтетические полимерные материалы по исследуемым физико-механическим параметрам незначительно превосходят биополимерные материалы, однако, учитывая экологичность и возможность полной утилизации в природных условиях, данный факт не снижает актуальности использования биополимеров в пищевой отрасли. Кроме того, анализ данных по химическому составу исследуемых биополимеров основе полилактидов (PLA) показал, что снижение прочностных параметров
представленных образцов, возможно, нивелировать путем введения модифицирующих упрочняющих и гидрофобизирующих добавок._
Ключевые слова: полилактид, биоразлагаемые полимеры, синтетические полимеры, водопоглощение, деформационно-прочностные, теплофизические характеристики
Investigation of the properties of synthetic and biodegradable polymers, _with a view to the possibility of their use in the food industry_
Olga V. Ershova 1 [email protected]
Elvira R.Mullina 1 [email protected] 00004)003-3412-8902
Julia A. Bessonova 1 [email protected] 0000-0001-8027-3567 _Ksenia V. Bagreeva 1 [email protected]_
' Nosov Magnitogorsk State Technical University, Magnitogorsk, Russia_
Abstract. The article deals with the actual problem of environmental friendliness of packaging materials used in the food industry. The aim of the work was to study the physical and mechanical characteristics of biodegradable and synthetic polymers, with the aim of updating the replacement of synthetic packaging materials with more environmentally friendly materials. The article discusses the main characteristics of innovative biodegradable materials based on polylactides (PLA). A comparative analysis of the strength and sorption properties of both biodegradable and synthetic polymeric materials is presented. A comparative analysis of the materials under study was carried out according to the following parameters: water absorption, puncture resistance, deformation-strength and thermophysical characteristics. The paper also presents the results of a study of the water-absorbing capacity of the analyzed polymeric materials. The results of tests are presented, which make it possible to establish the temperature-time parameters of the processing of polylactide by the melt method. The data obtained by the DSC method on the establishment of relaxation and phase transitions that occur in the polymer during thermolysis are analyzed. During the experiment, experimental studies of the chemical properties of biodegradable materials based on polylactides (PLA), made in China were carried out. The main advantages and disadvantages of synthetic and natural polymeric materials are considered. In addition, the paper analyzes the environmental aspects of the practical application of the studied polymeric materials. Conclusions are formulated about the possibility and safety of using the presented materials in various branches of the food industry. Based on the results of the experiment, it was found that synthetic polymer materials slightly exceed biopolymer materials in terms of the investigated physical and mechanical parameters, however, given the environmental friendliness and the possibility of complete utilization in natural conditions, this fact does not reduce the relevance of using biopolymers in the food industry. In addition, the analysis of data on the chemical composition of the studied biopolymers based on polylactides (PLA) showed that the decrease in the strength parameters of the presented samples can
be neutralized by introducing modifying strengthening and hydrophobizing additives._
Keywords: polylactide, biodegradable polymers, synthetic polymers, water absorption, deformation-strength, thermophysical characteristics_
Для цитирования Ершова О.В., Муллина Э.Р., Бессонова Ю.А., Багреева К.В. Исследование свойств синтетических и биоразлагаемых полимеров, с целью возможности их использовани в пищевой отрасли // Вестник ВГУИТ. 2022. Т. 84. № 1. С. 245-251. (М:10.20914/2310-1202-2022-1-245-251
For citation
Ershova O.V., Mullina E.R., Bessonova Ju.A., Bagreeva K.V. Investigation of the properties of synthetic and biodegradable polymers, with a view to the possibility of their use in the food industry. Vestnik VGUIT [Proceedings of VSUET]. 2022. vol. 84. no. 1. pp. 245-251. (in Russian). doi:10.20914/2310-1202-2022-1 -245-251
© 2022, Ершова О.В. и др. / Ershova O.V et al.
This is an open access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution 4.0 International License
