СОРБЦИОННАЯ СПОСОБНОСТЬ МОДИФИЦИРОВАННЫХ МЕЗОПОРИСТЫХ МАТЕРИАЛОВ ПО ОТНОШЕНИЮ К ИОНАМ ВАНАДИЯ
Аннотация
C целью изучения сорбционных свойств модифицированных мезопористых кремнеземных сорбентов по отношению к ионам ванадия(V) синтезированы реагенты со структурой пор MCM-41, модифицированные N′,N′-диметилгидразидами трет-карбоновых кислот Versatic фракции С10. Установлено, что прививка функциональных групп на поверхность МСМ-41 активизирует его в отношении сорбции ионов ванадия (V). Максимальная сорбционная емкость (ЕМ = 2,8 ммоль/м2) наблюдается в сернокислой среде (рН=3,5 - 4) при 40 мин контакте сорбента с раствором. Увеличение концентрации привитых групп приводит к значительному росту сорбционной емкости модифицированного силикатного материала. Построена изотерма адсорбции, ее параметры проанализированы с помощью моделей Ленгмюра и Фрейндлиха. Опираясь на значения коэффициентов корреляции, можно заключить, что адсорбционные процессы ионов ванадия (V) в большей степени подчиняются уравнению Фрейндлиха. Механизм сорбции определен установлением лимитирующей стадии адсорбции с использованием графоаналитического метода анализа зависимости степени завершенности процесса адсорбции (F) от времени (τ). Показано, что процесс сорбции протекает во внутридиффузионном режиме и описывается моделью псевдо-второго порядка, т.е. интенсивность протекания сорбционного процесса зависит не только от концентрации извлекаемых ионов, но и от концентрации активных центров на поверхности адсорбата, которая напрямую связана с количеством привитых групп. С повышением температуры извлечение металла увеличивается. В координатах модели Дубинина-Радушкевича выполнен расчет значения свободной энергии адсорбции. Ее высокое значение (32,62 кДж/моль) и рост сорбционной ёмкости при увеличении температуры процесса указывают на образование химических связей между привитыми на мезопористый кремнезем МСМ-41 N′,N′-диметилгидразидными группами и ионами ванадия.
Литература
Shvan N.O., Troshkina I.L., Aye Min, Shilyaev A.V. Sorption of rhenium and vanadium from mineralized solu-tions by fibrous ionites. Izv. Vuzov. Tsvet. Metallurgiya. 2014. N 2. P. 42-46 (in Russian). DOI: 10.17073/0021-3438-2014-2-161.
Namasivayam C., Sangeetha D. Removal and recovery of vanadium(V) by adsorption onto ZnCl2 activated carbon: Kinetics and isotherms. Adsorption. 2006. V. 12. N 2. P. 103-117. DOI: 10.1007/с10450-006-0373-3.
Abbas A., Conway B.E. Investigation of Removal of Cr(VI), MO(VI), W(VI), V(IV) and V(V) Oxyions from Industrial Wastewaters by Adsorption and Electrosorption at Higharea Carbon Cloth. J. Coll. Interf. Sci. 2002. V. 251. P. 248-255. DOI: 10.1006/jcis.2001.8157.
Mizin V.G., Rabinovich E.M., Sirina T.P., Dobosh V.G. Integral recycling of vanadium raw materials: chemistry and technology. Yekaterinburg: UrO RAN. 2005. 416 p. (in Russian).
Huang J., Su P., Wu W., Liao S. Concentration and separation of vanadium from alkaline media by strong alkaline anion-exchange resin 717. Rare Metals. 2010. V. 29. N 5. P. 439-443. DOI: 10.1007/s12598-010-0146-8.
Kurbatova L.D., Kurbatov D.I., Kodess M.I. Employing di-2-ethylhexyldiphosphoric acid in extraction-photometrical determination of vanadium (V). Analitika Kontrol. 1999. N 4. P. 34-36 (in Russian).
Makhotkina E.S., Shubina M.V. Extraction of vanadium from dross of ITmk3. Aktual. Probl. Sovr. Nauki, Tekhniki Obraz. 2019. V. 75. N 5. P. 168-171 (in Russian). DOI: 10.32339/0135-5910-2019-5-617-622.
Min Li, Baogang Zhang, Shiqiang Zou, Qingsong Liu, Meng Yang. Highly selective adsorption of vanadium (V) by nano-hydrous zirconium oxide-modified anion exchange resin. J. Hazard. Mater. 2019. V. 180. P. 108865. DOI: 10.1016/j.jhazmat.2019.121386.
Huiwen Zhu, Xiyuan Xiao, Zhaohui Guo, Xiaoqing Han, Yuqin Liang, Yong Zhang, Cong Zhou. Adsorption of vanadium (V) on natural kaolinite and montmorillonite: Characteristics and mechanism. Appl. Clay Sci. 2018. V. 161. P. 310-316. DOI: 10.1016/j.clay.2018.04.035.
Chundan Gan, Meng Liu, Juan Lu, Jinyan Yang. Adsorption and Desorption Characteristics of Vanadium(V) on Silica. Water Air Soil Pollut. 2020. 231 (1). P. 10. DOI: 10.1007/s11270-019-4377-5.
Qiao-yu Song, Meng Liu, Juan Lu, Yu liang Liao, Li Chen, Jin-yan Yang. Adsorption and Desorption Charac-teristics of Vanadium(V) on Coexisting Humic Acid and Silica. Water Air Soil Pollut. 2020. 231 (9). DOI: 10.1007/s11270-020-04839-w.
Batueva T.D., Kondrashova N.B., Scherban M.G. Sorbents based on mesoporous silicas modified with hydra-zide functional groups. Karaganda Univ. Bull. Ser.: Chem. 2019. V. 95. N 3. P. 52-60 (in Russian). DOI: 10.31489/2019Ch3/52-61.
Batueva T.D., Scherban M.G., Kondrashova N.B. Mesoporous Silica Materials and Their Sorption Capacity for Tungsten (VI) and Molybdenum (VI) Ions. Inorg. Mater. 2019. V. 55. N 11. P. 60-64 (in Russian). DOI: 10.1134/S0020168519110013.
Kondrashova N.B., Saenko E.V., Lebedeva I.I., Valtsifer V.A., Strelnikov V.N. Effect of organicsilane additives on textural-structural properties of mesoporous silicate materials. Micropor. Mesopor. Mater. 2012. V. 153. P. 275-281 (in Russian). DOI: 10.1016/j.micromeso.2011.12.017.
Busev A.I., Tiptsova V.G., Ivanov V.M. Practical manual on analytical chemistry of rare elements. M.: Khimiya. 1966. 410 p. (in Russian).
Kokotov Yu.A. Zolotarev P.P., Elkin G.E. Theoretical fundamentals of ion exchange: complicated ion-exchange systems. L.: Khimiya. 1986. 280 p. (in Russian).
Alosmanov R.M. Investigation in sorption kinetics of lead and zinc ions by a phosphor-containing cation. Vestn. Moskov. Un-ta Ser. 2: Khimiya. 2011. V. 52. N 2. P. 145-148 (in Russian).
Batueva T.D., Kondrashina N.B., Kuzmicheva N.D., Tiunova T.G., Scherban M.G. Physic-chemical properties of mesoporous silicas modified with hydrazide and amide functional groups. Russ. J. Appl. Chem. 2017. V. 90. N 11. P. 1746-1752. DOI: 10.1134/S1070427217110039.
Radushev A.V., Batueva T.D., Kataev A.V. Versatic Functional Tert-Carboxylic Acids as Metal Extractive Agents. Separat. Sci. Technol. 2015. V. 50. N 4. P. 512-519.
Tikhomirova T.I., Sorokina N.M., Lashtabega O.O. Concentrating anion forms of elements on filters with grafted groups of a quaternary ammonium base. Vestn. Moskov. Un-ta Ser. 2: Khimiya. 2008. V. 49. N 6. P. 403-408 (in Rus-sian).
Kirillov A.I., Panezhda E.V., Vlasova N.N., Pozhidaev Yu.N., Minchenko O.A., Belousova L.I., Voronkov M.G. Vanadium (V) Sorption by Organosilicon Polymers. Russ. J. Appl. Chem. 2001. V. 74. N 6. P. 950-953. DOI: 10.1023/A:1013009305087.
Muzgin V.N., Khamzina L.B., Zolotavin V.L., Bezrukov I.Ya. Analytical Chemistry of Vanadium. M.: Nauka. 1981. 216 p. (in Russian).
Morashevsky Yu.V., Tserkovnitskaya I.A. Fundamentals of Analytical Chemistry of Rare Elements. L.: Gos. Leningrad.un-t. 1980. 206 p. (in Russian).
Batueva T.D., Baigacheva E.V., Nasrtdinova T.Yu. Extraction of vanadium (V) from sulfuric and hydrochloric media by Versatic acid hydrazides and N,N-dialkylhydrazides. Zhurn. Neorg. Khim. 2016. V. 61. N 3. P. 416-420 (in Russian). DOI: 10.7868/С0044457С16030041.
Roik N.V., Belyakova K.A., Dzyazko M.A. Investigation in kinetics and equilibrium adsorption of doxorubicene on surface of MCM-41 type silica. Khim. Fizika Tekhnol. Pov-ti. 2016. V. 4. P. 405-412 (in Russian).
Syutova E.A., Dzigola L.A. Investigation in kinetic regularities of solid-phase concentrating calcium ions by natural sorbents. Sorbts. Khromatograf. Prots. 2020. V. 20. N 1. P. 64-78 (in Russian). DOI: 10.17308/sorpchrom.2020.20/2381.
Dudarev V.I., Irinchinova N.V., Filatova E.G. Adsorption of nickel (II) ions from aqueous solutions by carbon adsor-bents. ChemChemTech [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2017. V. 60. N 1. P. 75-80 (in Russian). DOI: 10.6060/tcct.2017601.5455.
