ВЛИЯНИЕ МЕХАНОАКТИВАЦИИ ПРИРОДНОГО И ОБОГАЩЕННОГО СЕДИМЕНТАЦИЕЙ БЕНТОНИТА НА ЭФФЕКТИВНОСТЬ АДСОРБЦИИ РОДАМИНА Б
Аннотация
Исследована адсорбция красителя катионного типа родамин Б на природном бентоните Даш-Салахлинского месторождения, на выделенном седиментацией монтмориллоните и их механоактивированных формах. Механическая модификация проведена в планетарно-центробежной мельнице с использованием циркониевых мелющих тел (соотношение масс измельчаемого материала и мелющих тел 7,5:1) при скорости ротора 1500 об/мин. Вводимая энергия варьировалась в диапазоне 640-4480 Дж/г. Эффективность адсорбции для механоактивированного бентонита уменьшается (последовательно с увеличением времени механической обработки), а для монтмориллонита - существенно возрастает. Проведено сравнение физико-химических свойств адсорбентов методами рентгеновской дифракции, ИК-спектроскопии, низкотемпературной адсорбции/десорбции азота, статического рассеяния лазерного излучения и электрофоретического рассеяния света. Установлено, что при механоактивации 1) происходит дестабилизация базальной плоскости монтмориллонита, усиливающаяся с увеличением времени обработки в мельнице и отражающая возникающий беспорядок в пакетной структуре из-за потери периодичности вдоль оси c; 2) для монтмориллонита наблюдается существенное уменьшение размера глинистых частиц в водной суспензии по сравнению с бентонитом; 3) ζ-потенциал для всех образцов смещается в область менее отрицательных значений; 4) текстурные характеристики (удельная площадь поверхности и суммарный объем пор) проходят через максимум с увеличением времени обработки. Эффективность адсорбции родамина Б обсуждается в рамках двух механизмов: а) катионного обмена в межслоевом пространстве монтмориллонита и на его поверхности и b) образования водородных связей с участием диэтиламинной группы красителя, воды и гидроксильных групп монтмориллонита.
Для цитирования:
Овчинников Н.Л., Яшин Д.В., Шеляпина М.Г., Бутман М.Ф. Влияние механоактивации природного и обогащенного седиментацией бентонита на эффективность адсорбции родамина Б. Изв. вузов. Химия и хим. технология. 2026. Т. 69. Вып. 6. С. 86-97. DOI: 10.6060/ivkkt.20266906.6813.
Литература
Chien J.R.C., Ganesan J.J. Advancing Sustainable Approaches for the Removal and Recycling of Toxic Dyes from the Aquatic Environment. In: Dye Chemistry-Exploring Colour From Nature to Lab. IntechOpen. 2024. DOI: 10.5772/intechopen.1005584.
Qian F., Sun X., Liu Y. Removal characteristics of organics in bio-treated textile wastewater reclamation by a stepwise coagulation and intermediate GAC/O3 oxidation process. Chem. Eng. J. 2013. V. 214. P. 112-118. DOI: 10.1016/j.cej.2012.09.130.
Al-Tohamy R., Ali S.S., Li F., Okasha K.M., Mahmoud Y.A.G., Elsamahy T., Jiao H., Fu Y., Sun J. A critical review on the treatment of dyecontaining wastewater: Ecotoxicological and health concerns of textile dyes and possible remediation approaches for environmental safe-ty. Ecotoxicol. Environ. Saf. 2022. V. 231. P. 113160. DOI: 10.1016/j.ecoenv.2021.113160.
Kurt E., Koseoglu-Imer D.Y., Dizge N., Chellam S., Koyuncu I. Pilotscale evaluation of nanofiltration and reverse osmosis for process reuse of segregated textile dyewash wastewater. Desalination. 2012. V. 302. P. 24-32. DOI: 10.1016/j.desal.2012.05.019.
Liu Z., Smith S.R. Enzyme Recovery from Biological Wastewater Treatment. Waste Biomass Valori. 2021. V. 12. P. 4185-4211. DOI: 10.1007/s12649-020-01251-7.
Feng Y., Yang L., Liu J., Logan B.E. Electrochemical technologies for wastewater treatment and resource rec-lamation. Environ. Sci.: Water Res. Technol. 2016. V. 2. N 5. P. 800-831. DOI: 10.1039/C5EW00289C.
Gushchin A.A., Grinevich V.I., Kvitkova E.Y., Gusev G.I., Shutov D.A., Ivanov A.N., Manukyan A.S., Rybkin V.V. Gas discharges as a tool for cleaning gas and solution mediums and synthesis of inorganic materials. ChemChemTech [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2023. V. 66. N 7. P. 120-131. DOI: 10.6060/ivkkt.20236607. 6835j.
Dutta S., Gupta B., Srivastava S.K., Gupta A.K. Recent advances on the removal of dyes from wastewater using various adsorbents: A critical review. Mater. Adv. 2021. V. 2. N 14. P. 4497-4531. DOI: 10.1039/D1MA00354B.
Robinson T., McMullan G., Marchant R., Nigam P. Remediation of dyes in textile effluent: a critical review on current treatment technologies with a proposed alternative. Bioresour. Technol. 2001. V. 77. P. 247-255. DOI: 10.1016/S0960-8524(00)00080-8.
Zhou Y., Lu J., Zhou Y., Liu Y. Recent advances for dyes removal using novel adsorbents: a review. Environ. Pollut. 2019. V. 252. P. 352-365. DOI: 10.1016/j.envpol.2019.05.072.
Yahya M.A., Al-Qodah Z., Ngah C.Z. Agricultural bio-waste materials as potential sustainable precursors used for activated carbon production: A review. Renew. Sus-tain. Energy Rev. 2015. V. 46. P. 218-235. DOI: 10.1016/j.rser.2015.02.051.
Adeyemo A.A., Adeoye I.O., Bello O.S. Adsorption of dyes using different types of clay: a review. Appl. Water Sci. 2017. V. 7. N 2. P. 543-568. DOI: 10.1007/s13201-015-0322-y.
Ouaddari H., Abbou B., Lebkiri I., Habsaoui A., Ouzzine M., Allah R.F. Removal of Methylene Blue by adsorption onto natural and purified clays: Kinetic and thermodynamic study. Chem. Phys. Impact. 2024. V. 8. P. 100405. DOI: 10.1016/j.chphi.2023.100405.
Emmerich K., Wolters F., Kahr G., Lagaly G. Clay Profiling: The Classification of Montmorillonites. Clay Clay Miner. 2009. V. 57. N 1. P. 104-114. DOI: 10.1346/ CCMN.2009.0570110.
Recent Advances in Montmorillonite. In: BoD–Books on Demand. Ed. by G. Do Nascimento. 2024. DOI: 10.5772/ intechopen.111054.
Kovalchuk I. Performance of Thermal-, Acid-, and Mechanochemical-Activated Montmorillonite for Envi-ronmental Protection from Radionuclides U(VI) and Sr(II). Eng. 2023. V. 4. P. 2141-2152. DOI: 10.3390/eng4030122.
Ewis D., Ba-Abbad M.M, Benamor A., El-Naas M.H. Adsorption of organic water pollutants by clays and clay minerals composites: A comprehensive review. Appl. Clay Sci. 2022. V. 229. P. 106686. DOI: 10.1016/J.CLAY.2022.106686.
Valera-Zaragoza M., Agüero-Valdez D., Lopez-Medina M., Dehesa-Blas S., Navarro-Mtz A.K., Avalos-Borja M., Juarez-Arellano E.A. Controlled modification of sodium montmorillonite clay by a planetary ball-mill as a versatile tool to tune its properties. Adv. Powder Technol. 2021. V. 32. N 2. P. 591-599. DOI: 10.1016/j.apt.2021.01.004.
Baki V.A., Ke X., Heath A., Calabria-Holley J., Terzi C., Sirin M. The impact of mechanochemical activation on the physicochemical properties and pozzolanic reactivity of kaolinite, muscovite and montmorillonite. Cem. Concr. Res. 2022. V. 162. P. 106962. DOI: 10.1016/j.cemconres.2022.106962.
Xia M., Jiang Y., Zhao L., Li F., Xue B., Sun M., Liu D., Zhang X. Wet grinding of montmorillonite and its effect on the properties of mesoporous montmorillonite. Colloids Surf. A: Physicochem. Eng. Asp. 2010. V. 356. N 1–3. P. 1-9. DOI: 10.1016/j.colsurfa.2009.12.014.
Marsh A.T.M., Krishnan S., Bernal S.A. Structural features of thermally or mechano-chemically treated mont-morillonite clays as precursors for alkali-activated cements production. Cem. Concr. Res. 2024. V. 181. P. 107546. DOI: 10.1016/j.cemconres.2024.107546.
Ramadan A.R., Esawi A.M.K., Gawad A.A. Effect of ball milling on the structure of Na+-montmorillonite and organo-montmorillonite (Cloisite 30B). Appl. Clay Sci. 2010. V. 47. N 3–4. P. 196-202. DOI: 10.1016/j.clay.2009.10.002.
Kornilovych B.Y. Structure and Surface Properties of Mechanochemically Activated Silicates and Carbonates. K.: Naukova Dumka, 1994. 127 p.
Tole I., Habermehl-Cwirzen K., Cwirzen A. Mechano-chemical activation of natural clay minerals: an alterna-tive to produce sustainable cementitious binders – review. Mineral. Petrol. 2019. V. 113. P. 449-462. DOI: 10.1007/s00710-019-00666-y.
Ovchinnikov N.L., Vinogradov N.M., Gordina N.E., Butman M.F. Application of activating influences in ob-taining TiO2- pillared montmorillonite with improved photocatalytic properties. ChemChemTech [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2023. V. 66. N 5. P. 59-71. DOI: 10.6060/ivkkt.20236605.6798.
Vdović N., Jurina I., Škapin S.D., Sondi I. The surface properties of clay minerals modified by intensive dry milling—revisited. Appl. Clay Sci. 2010. V. 48. N 4. P. 575-580. DOI: 10.1016/j.clay.2010.03.006.
Kovalchuk I., Zakutevskyy O., Sydorchuk V., Diyuk O., Lakhnik A. The Effect of High-Energy Ball Milling of Montmorillonite for Adsorptive Removal of Cesium, Strontium, and Uranium Ions from Aqueous Solution. Eng. 2023. V. 4. P. 2812-2825. DOI: 10.3390/eng4040158.
Zango Z.U., Garba A., Garba Z.N., Zango M.U., Us-man F., Lim J.W. Montmorillonite for Adsorption and Catalytic Elimination of Pollutants from Wastewater: A State-of-the-Arts Review. Sustainability. 2022. V. 14. P. 16441. DOI: 10.3390/su142416441.
Espaca V.A.A., Sarkar B., Biswas B., Rusmin R., Naidu R. Environmental applications of thermally modified and acid activated clay minerals: Current status of the art. Environ. Technol. Innov. 2019. V. 13. P. 383-397. DOI: 10.1016/j.eti.2016.11.005.
Sarkar A., Mushahary N., Basumatary F., Das B., Basumatary S.F., Venkatesan K., Selvaraj M., Rokhum S.L., Basumatary S. Efficiency of montmorillonite-based materials as adsorbents in dye removal for wastewater treatment. J. Environ. Chem. Eng. 2024. V. 12. N 3. P. 112519. DOI: 10.1016/j.jece.2024.112519.
Nasedkin V.V. Dash-Salakhli bentonite deposit (for-mation and prospects of development). М.: GEOS. 2008. 85 p. (in Russian).
Poluboyarov V.A., Solonenko O.P., Zhdanok A.A., Chesnokov A.E., Pauli I.A. Comparison of the efficiency of the mills “AGO-2” and “Activator-2SL” at the mechanical activation of titanium powder. J. Sib. Fed. Univ. Eng. Technol. 2017. V. 10. N 5. P. 646-656. DOI: 10.17516/1999-494X-2017-10-5-646-656.
Tagiev D.B., Golubeva O.Yu., Mamedova S.A., Mamedova U.A., Zeynalov N.A., Alikina Yu.A., Brazovskaya E.Yu. Comparative Study of the Physical and Chemical Properties of Natural Bentonite Clay of the Dash-Salakhli Deposit and Synthetic Montmorillonite. Glass Phys. Chem. 2022. V. 48. N 2. P. 140-150. DOI: 10.1134/S1087659622020109.
Kalinkin A.M., Politov A.A., Kalinkina E.V., Zalkind O.A., Boldyrev V.V. Mechanochemical Interaction of Calcium Carbonate with Diopside and Amorphous Silica. Chem. Sustain. Dev. 2006. V. 14. P. 333-343.
Gao R., Zhao Y., Chen L., Fu J., Ma J., Wang J., Rody K.A., Song S., Zhang T. Mechanisms of novel method for removing cristobalite from montmorillonite through exfoliation of 2D montmorillonite. Sep. Purif. Technol. 2023. V. 306. P. 122730. DOI: 10.1016/j.seppur.2022.122730.
Navratilova Z., Wojtowicz P., Vaculikova L., Sugarkova V. Sorption of alkylammonium cations on montmoril-lonite. Acta Geodyn. Geomater. 2007. V. 4. N 3. P. 59-65.
Neumann M., Epple M. Monohydrocalcite and Its Relationship to Hydrated Amorphous Calcium Carbonate in Biominerals. Eur. J. Inorg. Chem. 2007. V. 2007. N 14. P. 1953-1957. DOI: 10.1002/ejic.200601033.
Boldy`rev A.I. Infrared spectra of minerals. M.: Nedra. 1976. 198 p. (in Russian).
Sing K.S.W., Everett D.H., Haul R.A.W., Moscou L., Pierotti R.A., Rouquérol J., Siemieniewska T. Reporting physisorption data for gas/solid systems with special reference to the determination of surface area and porosity (Recommendations 1984). Pure Appl. Chem. 1985. V. 57. N 4. P. 603-619. DOI: 10.1351/pac198557040603.
Delgado A., Gonzalez-Caballero F., Bruque J.M. On the zeta potential and surface charge density of montmo-rillonite in aqueous electrolyte solutions. J. Colloid Interface Sci. 1986. V. 113. N 1. P. 203-211. DOI: 10.1016/0021-9797(86)90220-1.
Bekri-Abbes I., Srasra E. Effect of mechanochemical treatment on structure and electrical properties of mont-morillonite. J. Alloys Compd. 2016. V. 671. P. 34-42. DOI: 10.1016/j.jallcom.2016.02.048.
Grauer Zvi, Malter A.B., Yariv S., Avnir D. Sorption of rhodamine B by montmorillonite and laponite. Colloids Surf. 1987. V. 25. N 1. P. 41-65. DOI: 10.1016/0166-6622(87)80268-8.
Fang Y., Zhou A., Yang W., Araya T., Huang Y., Zhao P., Johnson D., Wang J., Ren Z.J. Complex Formation via Hydrogen bonding between Rhodamine B and Montmorillonite in Aqueous Solution. Sci. Rep. 2018.V. 8. N 1. P. 229. DOI: 10.1038/s41598-017-18057-8.
Whittaker M.L., Lammers L.N., Carrero S., Gilbert B., Banfield J.F. Ion exchange selectivity in clay is controlled by nanoscale chemical–mechanical coupling. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2019. V. 116. N 44. P. 22052-22057. DOI: 10.1073/pnas.1908086116.
Wang G., Wei J., Liang G., Chen Y., Ma S., Zhu J., Liu H. Functionalization of reduced montmorillonite as an adsorbent toward aqueous anion: role of layer charge density. Colloids Surf. A Physicochem. Eng. Asp. 2024. V. 687. P. 133475. DOI: 10.1016/j.colsurfa.2024.133475.
