ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ СВЯЗЫВАНИЯ ИОНОВ СВИНЦА И КАДМИЯ НАНОЧАСТИЦАМИ ЖЕЛЕЗА И МАГНЕТИТА В ПРИСУТСТВИИ ГУМИНОВЫХ КИСЛОТ
Аннотация
В работе рассмотрены сорбционные процессы ионов кадмия и свинца из нитратных водных растворов в интервале концентраций металлов от 0,1 до 1 мг/л при рН от 6,5 до 7,0 на наночастицах железа (80 ± 5 нм) и магнетита (шириной от 50 нм до 80 нм и высотой от 4 нм до 10 нм) в присутствии гуминовых кислот, выделенных методом щелочной экстракции из бурого угля Тюльганского месторождения. Масса сорбента составляла 0,1 г и готовилась смешением наночастиц и гуминовых кислот в различном массовом соотношении. Установлено, что в присутствии гуминовых кислот степень извлечения ионов кадмия на наночастицах железа и магнетита составляет от 92% до 95%. При этом значения коэффициентов распределения ионов кадмия зависят от соотношения массовых долей наночастиц и гуминовых кислот. При постоянной массе сорбента небольшое увеличение сорбции ионов Cd2+ происходит только при соотношении наночастиц и гуминовых кислот равным 2:8 по сравнению с индивидуальными сорбентами. Сорбция ионов кадмия на наночастицах железа и магнетита протекает по механизму Лэнгмюровской адсорбции с образованием мономолекулярного слоя. Степень извлечения ионов свинца на наночастицах железа в присутствии гуминовых кислот составляет от 60% до 93%, с максимумом извлечения при соотношении наночастиц железа и гуминовых кислот равным 2:8. Увеличение доли гуминовых кислот в сорбенте с наночастицами железа приводит к снижению степени извлечения ионов свинца. Что, возможно, связано с адсорбцией разветвленных молекул гуминовых кислот на поверхности наночастиц железа и снижением действия адсорбционных сил на ионы свинца в растворе, так как адсорбция ионов свинца на наночастицах железа протекает с образованием полимолекулярного слоя. Степень извлечения ионов свинца при различном соотношении наночастиц магнетита и гуминовых кислот составляет от 20% до 71%. Коэффициенты распределения ионов свинца и кадмия на наночастицах магнетита с гуминовыми кислотами свидетельствуют о проявлении синергетического действия по отношению к извлекаемым ионам из водных растворов, что свидетельствует о различных механизмах сорбции на наночастицах железа и магнетита в присутствии гуминовых кислот. Гуминовые кислоты в водном растворе улучшают сорбцию ионов свинца и кадмия на наночастицах железа только при определенном соотношении и проявляют синергизм с наночастицами магнетита по извлечению этих ионов, что необходимо учитывать при разработке сорбентов на основе наночастиц железа и магнетита для снижения негативного воздействия тяжелых металлов на окружающую среду.
Для цитирования:
Осипова Е.А. Физико-химические закономерности связывания ионов свинца и кадмия наночастицами железа и магнетита в присутствии гуминовых кислот. Изв. вузов. Химия и хим. технология. 2023. Т. 66. Вып. 9. С. 65-70. DOI: 10.6060/ivkkt.20236609.6788.
Литература
Tong S., Schirnding Y.E., Prapamontol T. // Bull. WHO. 2000. V. 78. N 9. P. 1068-1077.
Yap C.K., Al-Mutairi K.A. // Biology. 2021. V. 11. N 7. P. 1-40. DOI: 10.3390/biology11010007.
Min T., Luo T., Chen L., Lu W., Wang Y., Cheng L., Ru S., Li J. // Ecotoxic. Environ. Safety. 2021. V. 226. N 112842. P.1-8. DOI: 10.1016/j.ecoenv.2021.112842.
Pelalak R., Heidari Z., Khatami S.M., Kurniawan T.A., Marjan A., Shirazian S. // Arab. J. Chem. 2021. V. 14. N 3. P. 102991. DOI: 10.1016/j.arabjc.2021.102991.
Medvedeva I.V., Medvedeva O.M., Studenok A.G., Studenok G.A., Tseitlin E.M. // ChemChemTech [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2023. V. 66. N 1. P. 6-27 (in Russian). DOI: 10.60/ivkkt.20236601.6538.
Tolmacheva V.V., Apyari V.V., Kochuk E.V., Dmitrienko S.G. // J. Anal. Chem. 2016. V. 71. N 4. P. 339-356 (in Russian). DOI: 10.7868/S0044450216040071.
Coelho G.F., Gonc¸alves Jr A.C., Tarley C.R.T., Casarin J., Nacke H., Francziskowski M.A. // Ecol. Eng. 2014. V. 73. P. 514-525. DOI: 10.1016/j.ecoleng.2014.09.103.
Qu X., Alvarez P.J.J., Li Q. // Water Res. 2013. V. 47. N 12. P. 3931–3946. DOI: 10.1016/j.watres.2012.09.058.
Zahra K., Rahbar-Kelishami A. // J. Molec. Liq. 2022. V. 368. Pt. B. P. 120751. DOI: 10.1016/j.molliq.2022.120751.
Oladoye P.O. // Chemosphere. 2022. V. 287. Pt 2. 132130. DOI: 10.1016/j.chemosphere.2021.132130.
Galdames A., Ruiz-Rubio L., Orueta M., Sánchez-Arzalluz M., Vilas-Vilela J.L. // Int. J. Environ. Res. Public Health. 2020. V. 17. N 16. P. 5817. DOI: 10.3390/ijerph17165817.
Perelomov L.V., Perelomova I.V., Levkin N.D., Mukhina N.E., Baskets A., Andreoni V. // Izv. Tul. Gos. Univ. Estestv. Nauki. 2012. V. 3. P. 231-241 (in Russian).
Rehman M.U., Rehman W., Waseem M., Hussain S., Haq S., Rehman M.A. // Environ. Sci. Pollut. Res. 2019. V. 26. N 19. P. 19968–19981. DOI: 10.1007/s11356-019-05276- x.
Sebastian A., Nangia A., Prasad M.N.V. // J. Hazard. Mater. 2019. V. 371. P. 261–272. DOI: 10.1016/j.jhazmat.2019.03.021.
Li S., Wang W., Liang F., Zhang W.X. // J. Hazard. Mater. 2017. V. 322. Pt. A. P. 163–171. DOI: 10.1016/j.jhazmat.2016.01.032.
Huang P., Ye Z., Xie W., Chen Q., Li J., Xu Z., Yao M. // Water Res. 2013. V. 47. N 12. P. 4050–4058. DOI: 10.1016/j.watres.2013.01.054.
Wan D., Zhang N., Chen W., Cai P., Zheng L., Huang Q. // Environ. Sci. Pollut. Res. Int. 2018. V. 25. N 32. P. 32130‐32139. DOI: 10.1007/s11356-018-3173-x.
Sundman A., Byrne J. M., Bauer I., Menguy N., Kappler A. // Geochem. Transact. 2017. V. 18. N 1. P. 1-12. DOI: 10.1186/s12932-017-0044-1.
Bondarenko L., Kahru A., Terekhova V., Dzhardi-malieva G., Uchanov P., Kydralieva K. // Nanomateri-als (Basel). 2020. V. 10. N 2011. P. 1-18. DOI: 10.3390/nano10102011.
Mikheeva E.V. Adsorption on a homogeneous solid surface. Langmuir equation. Tomsk: Izd. Tomsk. Politekh. Univ. 2011. 36 p. (in Russian).
Brusnitsyna L.A. Adsorption equilibria at the interface of phases. Ekaterinburg: UrFU. 2019. 43 p. (in Russian).
Gaidukova A.M., Pokhvalitova A.A., Konkova T.V., Stoyanova A.D. // ChemChemTech [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2022. V. 65. N 12. P. 119-125 (in Russian). DOI: 10.6060/ivkkt.20226512.6587.
Gerval'd A.YU., Prokopov N.I., Shiryakina Yu.M. // Vestn. MITKHT. 2010. V. 5. N 3. P. 45-49 (in Russian).
GOST 9517-94. Solid fuel methods for determining the yield of humic acids. M.: IPK Izd. standartov. 1996. 12 р.
