ПОРІВНЯЛЬНИЙ АНАЛІЗ АДСОРБЦІЙНОЇ ЗДАТНОСТІ СТОСОВНО Cr(VI) ПОЛІАНІЛІНУ ТА КОМПОЗИТІВ ЦЕЛЮЛОЗА/ПОЛІАНІЛІН, СИНТЕЗОВАНИХ У ВОДНИХ РОЗЧИНАХ ОРГАНІЧНИХ КИСЛОТ
Анотація
Окисненням аніліну (Ан) амонійпероксодисульфатом (АПС) у водних 0,5 М розчинах форміатної, ацетатної, оксалатної та цитратної кислот синтезовано зразки поліаніліну, допованого в процесі синтезу цими кислотами (ПАн-ФК, ПАн-АК, ПАн-ОК та ПАн-ЦК). За тією ж методикою тільки за наявності суспензії мікрофібрилярної вибіленої целюлози (Цел) синтезовано зразки композитів целюлози з поліаніліном, допованим у процесі синтезу тими самими кислотами (Цел/ПАн-ФК, Цел/ПАн-АК, Цел/ПАн-ОК та Цел/ПАн-ЦК). Співвідношення Ан : Цел становило 1 : 1 (г : г). Структуру отриманих зразків досліджено за допомогою Х-дифракційного, ІЧ-ФП спектрального аналізів, сканувальної електронної мікроскопії та електропровідності.
Отримані зразки поліаніліну та композитів використано для дослідження їхньої адсорбційної стосовно хром(VI) здатності. Для вивчення адсорбції використано електронну спектроскопію (УФ-В спектри) та флуоресцентний рентгенівський аналіз. Зʼясовано, що видалення Cr(VI) зразками ПАн-ФК, ПАн-АК, ПАн-ОК та ПАн-ЦК та зразками Цел/ПАн-ФК, Цел/ПАн-АК, Цел/ПАн-ОК та Цел/ПАн-ЦК відбувається практично на 98–100 %.
Кінетику адсорбції задовільно описано рівняннями псевдо-першого та псевдо-другого кінетичного порядків. За результатами досліджень побудовано ізотерми Ленгмюра та Фройндліха. Визначено, що процес адсорбції хром(VI) зразками ПАн та Цел/ПАн, у яких ПАн допований різними органічними кислотами, найкраще узгоджується з адсорбційною моделлю Ленгмюра. Показано, що адсорбований хром залишається в зразках адсорбентів у вигляді хром(ІІІ).
Підтвердження адсорбції хрому досліджуваними зразками зроблено за допомогою електронної спектроскопії, флуоресцентного рентгенівського аналізу та енергодисперсійного аналізу.
Ключові слова: поліанілін, целюлоза, композити, структура, хром(VI), адсорбція.
Повний текст:
PDF (English)Посилання
Inzelt G. Recent advances in the field of conducting polymers // J. Sol. St. Electrochem. 2017. Vol. 21, Is. 7. P. 1965–1975. DOI: https://doi.org/10.1007/s10008-017-3611-6
Eskandari E., Kosari M., Farahani D. A. et al. A Review on Polyaniline-Based Materials Applications in Heavy Metals Removal and Catalytic Processes // Sep. Purif. Technol. 2020. Vol. 231. P. 115901. DOI: https://doi.org/10.1016/j.seppur.2019.115901
Samadi A., Xie M., Li J. et al. Polyaniline-based adsorbents for aqueous pollutants removal: A review // Chem. Engineer. J. 2021. Vol. 418. P. 129425. DOI: https://doi.org/10.1016/j.cej.2021.129425
Bhadra S., Khastgir D., Singha N. K., Lee J. H. Progress in preparation, processing and applications of polyaniline // Prog. Polym. Sci. 2009. Vol. 34, Is. 8. P. 783–810. DOI: https://doi.org/10.1016/j.progpolymsci.2009.04.003
Long Y.–Z., Li M.–M., Changzhi Gu C. et al. Recent advances in synthesis, physical properties and applications of conducting polymer nanotubes and nanofibers // Progr. Polym. Sci. 2011. Vol. 36. P. 1415–1442. DOI: https://doi.org/10.1016/j.progpolymsci.2011.04.001
Ćirić–Marjanović G. Recent advances in polyaniline research: Polymerization mechanisms, structural aspects, properties and applications // Synth. Met. 2013. Vol. 177. P. 1–47. DOI: https://doi.org/10.1016/j.synthmet.2013.06.004
Song E., Choi J.–W. Conducting Polyaniline Nanowire and Its Applications in Chemiresistive Sensing // Nanomater. 2013. Vol. 3. P. 498–523. DOI: https://doi.org/10.3390/nano3030498
Holze R., Wu Y. P. Intrinsically conducting polymers in electrochemical energy technology: trends and progress // Electrochim. Acta. 2014. Vol. 122. P. 93–107. DOI: https://doi.org/10.1016/j.electacta.2013.08.100
Stejskal J., Trchová M., Bober P. et al. Conducting Polymers: Polyaniline. Encyclopedia of Polymer Science and Technology // John Wiley & Sons, Inc. 2015. P. 1–44. DOI: https://doi.org/10.1002/0471440264.pst640
Sen T., Mishra S., Shimpi N. G. Synthesis and sensing applications of polyaniline nanocomposites: a review // RSC Adv. 2016. Vol. 6. P. 42196–42222. DOI: https://doi.org/10.1039/c6ra03049a
Du X., Zhang Z., Liu W. Deng Y. Nanocellulose based conductive materials and their emerging applications in energy devices – A review // Nano Energy. 2017. Vol. 35. P. 299–320. DOI: https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2017.04.001
Haq A. U., Carotenuto F., De Matteis F. et al. Intrinsically Conductive Polymers for Striated Cardiac Muscle Repair // Int. J. Mol. Sci. 2021. Vol. 22, Is. 16. P. 8550. DOI: https://doi.org/10.3390/ijms22168550
Ma Y., Hou C., Zhang H. et al. Morphology-Dependent Electrochemical Supercapacitors in Multi-Dimensional Polyaniline Nanostructures // J. Mater. Chem. A. 2017. Vol. 5. P. 14041-14052. DOI: https://doi.org/10.1039/c7ta03279j
Yatsyshyn М., Makogon V., Tsiko U., Reshetnyak О. Composite materials based on polyaniline and natural minerals: short review. 1. Features of synthesis, properties and applications // Proc. Sevchenko Sci. Soc. Chem. Biochem. 2018. Vol. 53. P. 92–131. (in Ukrainian)
Hnizdiukh Yu. A., Yatsyshyn M. M., Reshetnyak O. V. Surface Modification of Polymeric Materials by Polyaniline and Application of Polyaniline/Polymeric Composites / In: Reshetnyak O. V., Zaikov G. E. (eds.) Computational and Experimental Analysis of Functional Materials // Apple Academic Press, CRC Press (Taylor & Francis Group). Toronto; New Jersey 2017. P. 423-473. DOI: https://doi.org/10.1201/9781315366357-12
Siró I., Plackett D. Microfibrillated cellulose and new nanocomposite materials: a review // Cellulose. 2010. Vol. 17. P. 459–494. DOI: https://doi.org/10.1007/s10570-010-9405-y
Jawaid M., Khalil A. H. P. S. Cellulosic/synthetic fibre reinforced polymer hybrid composites: A review // Carbohyd. Polym. 2011. Vol. 86. P. 1–18. DOI: https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2011.04.043
Casado U. M., Aranguren M. I., Marcovich N. E. Preparation and characterization of conductive nanostructured particles based on polyaniline and cellulose nanofibers // Ultrason. Sonochem. 2014. Vol. 21, Is. 5. P. 1641–1648. DOI: https://doi.org/10.1016/j.ultsonch.2014.03.012
Borsoi C., Zattera A. J., Ferreira C. A. Effect of cellulose Nanowhiskers Functionalization with Polyaniline for Epoxy Coatings // Appl. Surf. Sci. 2015. Vol. 364. P. 124–132. DOI: https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2015.12.140
Wang Z., Carlsson D. O., Tammela P. et al. Surface Modified Nanocellulose Fibers Yield Conducting Polymer-Based Flexible Supercapacitors with Enhanced Capacitances // ACS Nano. 2015. Vol. 9, Is. 7. P. 7563–7571. DOI: https://doi.org/10.1021/acsnano.5b02846
Dubey N., Kushwaha C. S., Shukla S. K. A review on electrically conducting polymer bionanocomposites for biomedical and other Applications. // Inter. J. Polym. Mater. Polym. Biomat. 2019. P. 1–19. DOI: https://doi.org/10.1080/00914037.2019.1605513
Kim J., Yun S., Zoubeida O. Discovery of Cellulose as a Smart Material // Macromol. 2006. Vol. 39, Is. 12. P. 4202–4206. DOI: https://doi.org/10.1021/ma060261e
Joffre T., Wernersson E. L. G., Miettinen A. et al. Swelling of cellulose fibres in composite materials: Constraint effects of the surrounding matrix // Compos. Sci. Technol. 2013. Vol. 74. P. 52–59. DOI: https://doi.org/10.1016/j.compscitech.2012.10.006
Barik A., Solanki P. R., Kaushik A. et al. Polyaniline–Carboxymethyl Cellulose Nanocomposite for Cholesterol Detection // J. Nanosci. Nanotechnol. 2010. Vol. 10, No. 10. P. 6479–6488. DOI: https://doi.org/10.1166/jnn.2010.2511
Liu M. K., He S. X., Fan W. et al. Filter paper-derived carbon fiber/polyaniline composite paper for high energy storage applications // Compos. Sci. Technol. 2014. Vol. 101. P. 152–158. DOI: https://doi.org/10.1016/j.compscitech.2014.07.008
Shalini A., Nishanthi R., Palani P., Jaisankar V. One pot synthesis, characterization of polyaniline and cellulose/polyaniline nanocomposites: application towards in vitro measurements of antibacterial activity // Mater. Today-Proc. 2016. Vol. 3, Is. 6. P. 1633–1642. DOI: https://doi.org/10.1016/j.matpr.2016.04.053
Zhang Z., Wang G. H., Gu W. et al. A breathable and flexible fiber cloth based on cellulose/polyaniline cellular membrane for microwave shielding and absorbing applications // J. Colloid Interf. Sci. 2022. Vol. 605. P. 193-203. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jcis.2021.07.085
Kimbrough D. E., Cohen Y., Winer A. M. et al. Critical assessment of chromium in the environment // Crit. Rev. Environ. Sci. Technol. 1999. Vol. 29, Is. 1. P. 1–46. DOI: https://doi.org/10.1080/10643389991259164
Xia S., Song Z., Jeyakumar P. et al. A critical review on bioremediation technologies for Cr(VI)-contaminated soils and wastewater // Crit. Rev. Environ. Sci. Technol. 2019. Vol. 49, Is. 12. P. 1027–1078. DOI: https://doi.org/10.1080/10643389.2018.1564526
Zhitkovich A. Chromium in drinking water: Sources, metabolism, and cancer risks // Chem. Res. Toxicol. 2011. Vol. 24. P. 1617–1625. DOI: https://doi.org/10.1021/tx200251t
Gorny J., Billon G., Noiriel C. et al. Chromium behavior in aquatic environments: a review // Environ. Rev. 2016. Vol. 24, Is. 4. P. 503–516. DOI: https://doi.org/10.1139/er-2016-0012
Qasem N. A. A., Ramy H. M., Lawal D. U. Removal of heavy metal ions from wastewater: a comprehensive and critical review // npj Clean Water. 2021. Vol. 4. P. 1–15. DOI: https://doi.org/10.1038/s41545-021-00127-0
Aigbe U. O., Osibote A. A review of hexavalent chromium removal from aqueous solutions by sorption technique using nanomaterials // J. Environ. Chem. Engineer. 2020. Vol. 8, Is. 6. P. 104503. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jece.2020.104503
Kan С.-C., Ibe A. H., Rivera K. K. P. et al. Hexavalent chromium removal from aqueous solution by adsorbents synthesized from groundwater treatment residuals // Sustainable Environ. Res. 2017. Vol. 27, Is. 4. P. 163–171. DOI: https://doi.org/10.1016/j.serj.2017.04.001
Richard F. C., Bong A. C. M. Aqueous geochemistry of chromium: a review // Water Res. 1991. Vol. 25. P. 807-816. DOI: https://doi.org/10.1016/0043-1354(91)90160-R
Fu F., Wang Q. Removal of heavy metal ins from wastewaters: A review // J. Environ. Manage. 2011. Vol. 92, Is. 3. P. 407–418. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jenvman.2010.11.011
WHO Guidelines for Drinking-Water Quality, fourth edition, World Health Organization // Geneva. 2011.
Fenti A., Chianese S., Iovino P. et al. Cr(VI) Sorption from Aqueous Solution: A Review // Appl. Sci. 2020. Vol. 10, Is.18. P. 6477–6498. DOI: https://doi.org/10.3390/app10186477
Li Y., Gao B., Wu T. et al. Hexavalent chromium removal from aqueous solution by adsorption on aluminum magnesium mixed hydroxide // Water. Res. 2009. Vol. 43, Is. 12. P. 3067-3075. DOI: https://doi.org/10.1016/j.watres.2009.04.008
Kotaś J., Stasicka Z. Chromium occurrence in the environment and methods of its speciation // Environ. Pollut. 2000. Vol. 107, Is. 3. P. 263-283. DOI: https://doi.org/10.1016/S0269-7491(99)00168-2
Barrera-Diaz C. E., Lugo-Lugo W., Bilyeu B. A review of chemical, electrochemical and biological methods for aqueous Cr(VI) reduction // J. Hazard. Mater. 2012. Vol. 223–224. P. 1–12. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2012.04.054
Itankar N., Yogesh P. Management of hexavalent chromium from industrial waste using low-cost waste biomass // Procedia. Soc. Behav. Sci. 2014. Vol. 133. P. 219–224. DOI: https://doi.org/10.1016/j.sbspro.2014.04.187
Mahmoud M. E., Yakout A. A., Hany A.-A. et al. Speciation and Selective Biosorption of Cr(III) and Cr(VI) Using Nanosilica Immobilized-Fungi Biosorbents // J. Environ. Engineer. 2015. Vol. 141, Is. 4. P. 04014079. DOI: https://doi.org/10.1061/(asce)ee.1943-7870.0000899
Mo Z.-L., Zhao Z.-L., Chen H. et al. Heterogeneous preparation of cellulose–polyaniline conductive composites with cellulose activated by acids and its electrical properties // Carbohyd. Polym. 2009. Vol. 75, Is. 4. P. 660–664. DOI: https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2008.09.010
Qiu B., Xu C., Sun D. et al. Polyaniline Coating with Various Substrates for Hexavalent Chromium Removal // Appl. Surf. Sci. 2015. Vol. 334. P. 7–14. DOI: https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2014.07.039 0169-4332
Qiu B., Xu C., Sun D. et al. Polyaniline Coated Ethyl Cellulose with Improved Hexavalent Chromium Removal // ACS Sustainable Chem. Eng. 2014. DOI: https://doi.org/10.1016/10.1021/sc5003209
Olad A., Bastanian M., Aber S., Zebhi H. Ion-crosslinked carboxymethyl cellulose/polyaniline bio-conducting interpenetrated polymer network: preparation, characterization and application for an efficient removal of Cr(VI) from aqueous solution // Iran. Polym. J. 2021. Vol. 30. P. 105–119. DOI: https://doi.org/10.1007/s13726-020-00877-7
Kolodii M., Vereshchagin O., Yatsyshyn M., Reshetnyak O. Thermal analysis of polyaniline and cellulose/polyaniline composites, synthesized in the water solutions of organic acids // Proc. Shevchenko Sci. Soc. Chem. Sci. 2019. Vol. LVI. P. 152–168. DOI: https://doi.org/10.37827/ntsh.chem.2019.56.152
Sukhara A., Vereshchagin O., Yatsyshyn М. Synthesis and properties of the composites cellulose/polyaniline, citric acid doped // Visnyk Lviv Univ., Ser. Chem. 2018. Vol. 59 (2). P. 414−424. DOI: https://doi.org/10.30970/vch.5902.414
Yatsyshyn M., Saldan I., Milanese С. et al. Properties of Glauconite/Polyaniline Composite Prepared in Aqueous Solution of Citric Acid // J. Polym. Environ. 2016. Vol. 24. P. 196–205. DOI: https://doi.org/10.1007/s10924-016-0763-x
Chen W., Yu H., Liu Y. Preparation of millimeter-long cellulose I nanofibers with diameters of 30–80 nm from bamboo fibers // Carbohyd. Polym. 2011. Vol. 86. P. 453–461. DOI: https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2011.04.061
Liu D. Y., Sui G. X., Bhattacharyya D. Synthesis and characterisation of nanocellulose-based polyaniline conducting films // Compos. Sci. Technol. 2014. Vol. 99. P. 31–36. DOI: https://doi.org/10.1016/j.compscitech.2014.05.001
Al-Ahmed A., Mohammad F., Ab. Rahman M. Z. Composites of polyaniline and cellulose acetate: preparation, characterization, thermo-oxidative degradation and stability in terms of DC electrical conductivity retention // Synth. Met. 2004. Vol. 144. P. 29–49. DOI: https://doi.org/10.1016/j.synthmet.2004.01.007
Stetsiv Yu., Vereshchagin O., Yatsyshyn M. et al. Mechanochemical Synthesis and Composite Properties Polyanіline/Cellulosе // Visnyk Lviv Univ., Ser. Chem. 2019. Iss. 60 (2). P. 402–413. DOI: https://doi.org/10.30970/vch.6002.402
Ravulapalli S., Ravindhranath K. Defluoridation studies using active carbon derived from the barks of Ficus racemosa plant // J. Fluorine Chem. 2017. Vol. 193. P. 58–66. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jfluchem.2016.11.013
da Oliveira R. S., Bizeto M. A., Camilo F. F. Production of Self-Supported Conductive Films based on Cellulose, Polyaniline and Silver Nanoparticles // Carbohyd. Polym. 2018. Vol. 199. P. 84–91. DOI: https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2018.06.049
Wang J., Zhang K., Liang Z. Sono-assisted synthesis of nanostructured polyaniline for adsorption of aqueous Cr(VI): Effect of protonic acids // Chem. Engineer. J. 2014. Vol. 239. P. 123–131. DOI: https://doi.org/10.1016/j.cej.2013.11.006
Yatsyshyn M., Saldan I., Milanese C. et al. Properties of Glauconite/Polyaniline Composite Prepared in Aqueous Solution of Citric Acid // J. Polym. Environm. 2016. Vol. 24. P. 196–205. DOI: https://doi.org/10. 10.1007/s10924-016-0763-x
Yuliia Stetsiv, Іrynа Zhuravets’ka, Мykhaylo Yatsyshyn et al. Thin polyaniline films on a polyethylene terephthalate substrate as Cr(VI) adsorbents // Proc. Shevchenko Sci. Soc. Chem. Sci. 2021. Vol. LXVI. P. 19–33. DOI: https://doi.org/10.37827/ntsh.chem.2021.66.019
Ansari R., Delavar A. F. Removal of Cr(VI) Ions from Aqueous Solutions Using Poly 3-methyl Thiophene Conducting Electroactive Polymers // J. Polym. Environ. 2010. Vol. 18, Is. 3. P. 202–207. DOI: http://doi.org/doi:10.1007/s10924-010-0199-7
Shyaa A. A., Hasan O. A., Abbas A. M. Synthesis and characterization of polyaniline/zeolite nanocomposite for the removal of chromium(VI) from aqueous solution // J. Saudi Chem. Soc. 2015. Vol. 19, Is. 1. P. 101–107. DOI: http://doi.org /10.6000/1929-5995.2015.04.04.3
DOI: http://dx.doi.org/10.30970/vch.6301.262
Посилання
- Поки немає зовнішніх посилань.