ПОЛУЧЕНИЕ ТИТАНОСИЛИКАТНОГО ИОНООБМЕННИКА, ТЕХНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА, СОРБЦИЯ ДВУХЗАРЯДНЫХ КАТИОНОВ
Аннотация
Интенсивная эксплуатация объектов гражданского и оборонного назначения рождает серьезные экологические проблемы, требующие эффективного решения. Показано, что для очистки жидких стоков от токсичных веществ могут эффективно использоваться новые сорбционные материалы специфической минералоподобной структуры. К таким материалам относятся щелочные титаносиликаты каркасной структуры с широкими каналами, которые обеспечивают высокую степень необратимого поглощения катионов, при этом устойчивы к температурному и химическом увоздействию. Разработан инновационный способ высокотемпературного гидротермального синтеза титаносиликатного прекурсора, приготовленного смешением растворов силиката натрия и сульфата титанила(IV), с получением кристаллического осадка каркасного строения со структурой минерала иванюкита – щелочного титаносиликата. Во внекаркасных каналах находятся вода и катионы натрия, способные к ионнообменным реакциям. По данным РФА исследуемый образец состоит из одной фазы, отвечающей формуле Na3К(TiO)4(SiO4)3·4-6H2O, с кубической структурой. Синтезированный мезопористый материал представляет собой порошок, агломерированный в частицы размером 50-100 нм. Методом экструзии, без дополнительной добавки связующего, сформированы гранулы с показателем прочности – 12,5 МПа и соответственно с высокой гидравлической устойчивостью. Распределение пор по размерам рассчитывали BJH методом по кривой десорбции. Для порошка отмечено достаточно однородное распределение пор по размерам 8-18 нм, для гранул за счет агломерирования частиц характерны широкие мезопоры и макропоры с размером 10-50 нм. Изучены сорбционные свойства иванюкита в статическом и динамическом режимах. По кинетике поглощения двухзарядных катионов предложен ряд активности Co2+>Ni2+>Cu2+. Для гранулированного материала рассчитаны коэффициенты распределения катионов, в мл/г: Co2+ - 9,2∙103; Ni2+ - 9,7∙103; Cu2+ - 1,7∙104. С использованием данных рентгеновского микрозондового анализа определено содержание Me в сорбенте после сорбции. Рассчитана степень замещения в системе Me2+→Me+, которая составляет 84-95%. Использование каркасного титаносиликатного сорбента для очистки растворов, содержащих катионы переходных металлов, может быть перспективным.
Литература
Myasoedova G.V., Nikashina V.A. Sorption materials for the extraction of radionuclides from aqueous media. Ros. Khim. Zhurn. 2006. V. 1. N 5. P. 55-63 (in Russian).
Jie L., Xiangxue W., Guixia Z. Metal-organic frame-work-based materials: superior adsorbents for the capture of toxic and radioactive metal ions. Chem. Soc. Rev. 2018. V. 47. N 7. P. 2322-2356. DOI: 10.1039/C7CS00543A.
Politaeva N.A., Slugin V.V., Taranovskaya E.A., Alferov I.N., Soloviev M.A., Zakharevich A.M. Granulated sorption materials for waste waters purufucation from zink ions (Zn2+). ChemChemTech [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2017. V. 60. N 7. P. 85−90. DOI: 10.6060/tcct.2017607.5575.
Gusev G.I., Gushchin A.A., Grinevich V.I., Filippov D.V., IzvekovaT.V. Physical and chemical properties of sorbents used for wastewater purification from oil products. ChemChemTech [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2018. V. 61. N 7. P. 137-143. DOI: 10.6060/ivkkt.20186107.5686.
De Raffele G., Aloise A., De Luca P., Vuono D., Tagarelli A., Nagy J.B. Kinetic and thermodynamic effects during the adsorption of heavy metals on ETS-4 and ETS-10 microporous materials. J. Porous Mater. 2016. V. 23. N 2. P. 389–400. DOI: 10.1007/s10934-015-0092-9.
Parida K.M., Sahu B.B., Das D.P. A comparative study on textural characterization: cation-exchange and sorption properties of crystalline α-zirconium(IV), and titanium(IV) phosphates. J. Coll. Interface Sci. 2004. V. 270. N 2. P. 436-445. DOI: 10.1016/j.jcis.2003.09.045.
Taylor-Pashow K.M.L., Shehee T.C., Hobbs D.T. Advances in inorganic and hybrid ion exchangers. Solv. Ex-tract. Ion Exch. 2013. V. 31. N 2. P. 122 - 170. DOI: 10.1080/07366299.2012.735510.
Ali K.A., Leena P., Anish K. An advanced nano-composite cation-exchanger polypyrrole zirconium titanium phosphate as a Th(IV)-selective potentiometric sen-sor: preparation, characterization and its analytical appli-cation. J. Mater. Sci. 2010. V. 45. N 13. P. 3610-3625. DOI: 10.1007/s10853-010-4407-6.
Ji Z., Yilmaz B., Warzywoda J., Sacco Jr. A. Hydrothermal synthesis of titanosilicate ETS-10 using Ti(SO4)2. Micropor. Mesopor. Mat. 2005. V. 81. N 1 -3. Р. 1 -10. DOI: 10.1016/j.micromeso.2005.01.006.
Perovskiy I.A., Burtsev I.N. Hydrothermal synthesis of sitinakite based on leucoxene from the Yaregskoye de-posit. Vestn. Komi NTs RAN. 2013. N 3 (219). P. 16-19.
Yakovenchuk V.N., Nikolaev A.P., Selivanova E.A. Ivanyukite-Na-T, ivanyukite-Na-C, ivanyukite-K, and ivanyukite-Cu: New microporous titanosilicates from the Khibiny massif (Kola Peninsula, Russia) and crystal structure of ivanyukite-Na-T. American Miner-alogist. 2009. V. 94. P. 1450–1458. DOI: 10.2138/am.2009.3065.
Turta N., De Luca P., Bilba N., Nagy J., Nastro A. Synthesis of titanosilicate ETS-10 in presence of cetyltrimethylammonium bro-mide. Micropor. Mesopor. Mater. 2008. V. 112. N 1-3. P. 425–431. DOI: 10.1016/j.micromeso.2007.10.019.
Turta N.A., Veltri M., Vuono D., De Luca P., Bilba N., Nastro A. Effect of crystallization temperature on the synthesis of ETS-4 and ETS-10 titanosilicates. J. Porous Mater. 2009. V. 16. N 5. P. 527–536. DOI: 10.1007/s10934-008-9229-4.
Gerasimova L.G., Maslova M.V., Nikolaev A.I. Synthesis of the new nano-porous titanosilicates using ammonium oxysulphotitanite. Glass Phys. Chem. 2013. V. 39. N 5. P. 602-608. DOI: 10.1134/S1087659613050076.
Ivanovici S., Kickelbick G. Synthesis of hybrid pol-ysiloxane-MO2 (M = Si, Ti, Zr) nanoparticles through a sol–gelroute. J. Sol-Gel Sci. Technol. 2008. V. 46. N 3. Р. 273–280. DOI: 10.1007/s10971-008-1684-5.
Gerasimova L.G., Nikolaev A.I., Maslova M.V., Shchukina E.S., Yakovenchuk V.N., Ivanyuk G.Y. Ti-tanite ores of the khibiny apatite-nepheline - deposits: Selective mining, processing and application for titanosili-cate synthesis. Minerals. 2018. V. 8. N 10. P. 446. DOI: 10.3390/min 8100446.
Gerasimova L.G., Nikolaev A.I., Shchukina E.S., Maslova M.V. Hydrothermal synthesis of framed titano-silicates of the ivanyukite mineral structure. Dokl. Earth Sci. 2019. V. 487. N 1. P. 831-834. DOI: 10.31857/S0869-56524873289-292.
Gerasimova L.G., Nikolaev A.I., Shchukina E.S., Maslova M.V. Preparation of Precursor for Hydrothermal Synthesis of Alkaline Titanosilicates. Theor. Found. Chem. Eng. 2020. V. 54. N 4. P. 675–680. DOI: 10.1134/S0040579520040077.
Nikolaev A.I., Gerasimova L.G., Maslova M.V., Shchukina E.S. Sorption of cesium and strontium radio-nuclides by synthetic ivanyukite from model and indus-trial solutions. Khim. Tekhnol. 2020. № 10. V. 21. P. 466–471 (in Russian).
Kołodyńska D., Gęca M., Skwarek E. Titania-Coated Silica Alone and Modified by Sodium Alginateas Sorbents for Heavy MetalIons. Nanoscale Res. Lett. 2018. 13. 96. P. 1-12. DOI: 10.1186/s11671-018-2512-7.
Javadian Hamedreza. Application of kinetic, isotherm and thermodynamic models for the adsorption of Co(II) ions on polyaniline/polypyrrole copolymer nanofibers from aqueous solution. J. Indust. Eng. Chem. 2014. V. 20. N 6. P. 4233-4241. DOI: 10.1016/j.jiec.2014.01.026.
Renu M., Agarwal K.S. Heavy metal removal from waste water using various adsorbents: a review. J. Water Reuse Desalination. 2017. V. 7. N 4. P. 387-419. DOI: 10.2166/wrd.2016.104.
Kapnisti M., Noli F., Misaelides P. Enhanced sorption capacities for lead and uranium using titanium phos-phates; sorption, kinetics, equilibrium studies and mechanism implication. Chem. Eng. J. 2018. V. 342. P. 185-194. DOI: 10.1016/j.cej.2018.02.066.
Douven S., Paez C.A., Gommes C.J. The range of validity of sorption kinetic models. J. Colloid Interface Sci. 2015. V. 448. N 5. P. 437-450. DOI: 10.1016/j.jcis.2015.02.053.
