ПОРІВНЯННЯ АДСОРБЦІЙНИХ СТОСОВНО Cr(VI) ВЛАСТИВОСТЕЙ ПОЛІАНІЛІНУ ТА КОМПОЗИТА ЦЕОЛІТ/ПОЛІАНІЛІН

M. Sydorko, М. Yatsyshyn, A. Zelinskiy, N. Dumanchuk, I. Marchuk, O. Reshetnyak

Анотація


Досліджено зразки поліаніліну (ПАн) та композита цеоліт/поліанілін (Цт/ПАн) для адсорбції Cr(VI) із модельних водних розчинів. Як цеоліт використовували природний клиноптилоліт. Поліанілін та цеоліт/поліанілін синтезовано в 1,0 М водному розчині сульфатної кислоти (СК). Масове співвідношення компонентів композита Цт/ПАн становило приблизно 1 : 1. Адсорбційні дослідження зразків ПАн та Цт/ПАн стосовно оксіаніонів Cr(VI) проведено в концентраційних межах, а саме 100- 500 мг/л без підкислення розчинів.

Для дослідження адсорбції зразками ПАн та Цт/ПАн використовували: електронну спектроскопію (ЕС); скануючу електронну мікроскопію (СЕМ); Х-променеву енергодисперсійну спектроскопію (ЕДХС); картографування хімічних елементів (КЕ) та Х-променевий флуоресцентний аналіз (ХПФА). 

Показано, що процес видалення та адсорбції Cr(VI) є двостадійним процесом і залежить від вихідної концентрації Cr(VI) у розчинах. Зменшення відсотків поглинання та значень величин адсорбції як на першій стадії процесу, так і на другій стадії,  як зразком ПАн, так і зразком Цт/ПАн простежується вже за концентрацій 400–500 мг/л. Перебіг другої стадії адсорбції є тривалішим і також залежить від початкових концентрацій розчинів. У другій стадії  досягається практично 98–99 % видалення Cr(VI)  з досліджуваних розчинів за концентрацій 100–300 мг/л.

Дослідження кінетики процесу адсорбції оксіаніонів Cr(VI) показало, що кінетика адсорбції добре описується кінетичним рівнянням псевдо-другого порядку, а адсорбція відповідає моделі ізотерми Ленгмюра.

СЕМ дослідження зразків ПАн та композита Цт/ПАн до та після адсорбції Cr(VI) виявили, що морфологія частинок адсорбентів є різнорозмірною та різнофазовою, а поверхня - шорсткою та неоднорідною. Причому дисперсні частинки цеоліту покриті поліаніліном у процесі синтезу композита in situ у водних розчинах сульфатної кислоти. Аналіз ЕДХ спектрів поверхонь зразків підтвердив, що вони містять хімічні елементи, з яких сформовано зразки, а також адсорбований хром. Розподіл хрому на поверхні адсорбентів є практично рівномірним і залежить від концентрації вихідних розчинів.

 

Ключові слова: цеоліт, поліанілін, цеоліт/поліанілін, хром, адсорбція.

Повний текст:

PDF

Посилання


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

Saraswat A., Kumar S. A topical study of electrochemical response of functionalized conducting polyaniline: An overview // Eur. Polym. J. 2023. Vol. 182. P. 111714. DOI: https://doi.org/10.1016/j.eurpolymj.2022.111714

Giri H., Dowell T. J., Almtiri M., Scott C. N. Polyaniline derivatives and their applications / Trends and Developments in Modern Applications of Polyaniline // Ed. Năstase F. 2023. DOI: https://doi.org/10.5772/intechopen.1001940

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

Jiang Y., Liu Z., Zeng G. et al. Polyaniline-based adsorbents for removal of hexavalent chromium from aqueous solution: a mini review. Environ. Sci. Pollut. R. 2018. Vol. 25(7). P. 6158–6174. DOI: https://doi.org/10.1007/s11356-017-1188-3

Baruah P., Mahanta D. Adsorption and reduction: combined effect of polyaniline emeraldine salt for removal of Cr(VI) from aqueous medium // Bull. Mater. Sci. 2016. Vol. 39(3). P. 875–882. DOI: https://doi.org/10.1007/s12034-016-1204-0

Ding J., Pu L., Wang Y. et al. Adsorption and reduction of Cr(VI) together with Cr(III) sequestration by polyaniline confined in pores of polystyrene beads // Environ. Sci. Technol. 2018. Vol. 52, Iss. 21. P. 12602–12611. DOI: 10.1021/acs.est.8b02566

Ighalo J. O., Omoarukhe F. O., Ojukwua V. E. et al. Cost of adsorbent preparation and usage in wastewater treatment: A review // Clean. Chem. Eng. 2022. Vol. 3. 100042. DOI: 10.1016/j.clce.2022.100042

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

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. Shevchenko Sci. Soc. Chem. Sci. 2018. Vol. 53. Р. 92−131 (in Ukrainian).

Yatsyshyn М., Makogon V., Tsiko U., Reshetnyak О. Сomposite materials based on polyanylinе and natural minerals: Short review. 2. Structure and morphology // Visnyk Lviv Univ. Ser. Chem. 2018. Iss. 59. Pt. 2. Р. 512–523 (in Ukrainian).

Zanin E., Scapinello J., de Oliveira M. et al. Adsorption of heavy metals from wastewater graphic industry using clinoptilolite zeolite as adsorbent // Process Saf. Environ. Protect. 2017. Vol. 105. P. 194–200. DOI: https://doi.org/10.1016/j.psep.2016.11.008

McCusker L. B., Baerlocher C. Zeolite structures / In: Čejka J., Van Bekkum H. (Eds.). Zeolites and ordered mesoporous materials: progress and prospects // Elsevier, The Netherlands. 2005. Р. 41-64.

Wang S., Peng Y. Natural zeolites as effective adsorbents in water and wastewater treatment // Chem. Eng. J. 2010. Vol. 156, Iss. 1. P. 11–24. DOI: https://doi.org/10.1016/j.cej.2009.10.029

Kurniawan T. A., Othman M. H. D., Adam M. R. et al. Chromium Removal from Aqueous Solution Using Natural Clinoptilolite // Water. 2023. Vol. 15. P. 1667. DOI: https://doi.org/10.3390/w15091667

Bhalerao S. A., Sharma A. S. Chromium: As an environmental pollutant // Inter. J. Curr. Microbiol. Appl. Sci. 2015. Vol. 4, Is. 4. P. 732–746.

Pratush A., Kumar A., Hu Z. Adverse effect of heavy metals (As, Pb, Hg, and Cr) on health and their bioremediation strategies: a review // Inter. Microbiol. 2018. Vol. 21, Iss. 3. P. 97–106. DOI: https://doi.org/10.1007/s10123-018-0012-3

Shanker A. K., Venkateswarlu B. Chromium: Environmental Pollution, Health Effects and Mode of Action // Encyclopedia of Environmental Health. 2011. P. 650–659. DOI: 10.1016/B978-0-444-52272-6.00390-1

Prasad S., Yadav K. K., Kumar S. et al. Chromium contamination and effect on environmental health and its remediation: A sustainable approaches // J. Environ. Manag. 2021. Vol. 285. P. 112174. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jenvman.2021.112174

Herrero-Latorre С., Barciela-García J., García-Martín S., Peña-Crecente R. M. Graphene and carbon nanotubes as solid phase extraction sorbents for the speciation of chromium: A review // Anal. Chim. Acta. 2018. Vol. 1002. P. 1–17. DOI: https://doi.org/10.1016/j.aca.2017.11.042

Nguyen T. C., Loganathan P., Nguyen T. V. et al. Simultaneous adsorption of Cd, Cr, Cu, Pb, and Zn by an iron-coated Australian zeolite in batch and fixed-bed column studies // Chem. Eng. J. 2015. Vol. 270. P. 393–404. DOI: http://doi.org/10.1016/j.cej.2015.02.047

Faghihian H., Bowman R. S. Adsorption of chromate by clinoptilolite exchanged with various metal cations // Water Res. 2005. Vol. 39, Iss. 6. P. 1100–1104. DOI: https://doi.org/10.1016/j.watres.2004.12.010

Bolortamir T., Egashira R. Removal of Hexavalent Chromium from Model Tannery Wastewater by Adsorption Using Mongolian Natural Zeolite // J. Chem. Eng. Japan. 2008. Vol. 41, Iss. 10. P. 1003–1009. DOI: https://doi.org/10.1252/jcej.08we069

Adam M. R., Salleh N. M., Othman M. H. D. et al. The adsorptive removal of chromium (VI) in aqueous solution by novel natural zeolite based hollow fibre ceramic membrane // Environ. Manag. 2018. Vol. 224. P. 252–262. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jenvman.2018.07.043

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, Iss. 1. P. 101–107. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jscs.2012.01.001

Haggerty G. M., Bowman R. S. Sorption of chromate and other inorganic anions by organo-zeolite // Environ. Sci. Technol. 1994. Vol. 28, Iss. 3. P. 452–458. DOI: https://doi.org/10.1021/es00052a017

Leyva-Ramos R., Jacobo-Azuara A., Diaz-Flores P. E. et al. Adsorption of chromium(VI) from an aqueous solution on a surfactant-modified zeolite // Colloids Surf. A: Physicochem. Eng. Aspects. 2008. Vol. 330, Iss. 1. P. 35–41. DOI: https://doi.org/10.1016/j.colsurfa.2008.07.025

Zeng Y., Woo H., Lee G., Park J. Removal of chromate from water using surfactant modified Pohang clinoptilolite and Haruna chabazite // Desalination. 2010. Vol. 257, Iss. 1–3. P. 102–109. DOI: https://doi.org/10.1021/es00052a01710.1016/j.desal.2010.02.039

Tashauoei H. R., Movahedian A. H., Kamali M. Removal of Hexavalent Chromium (VI) from Aqueous Solutions using Surface Modified Nanozeolite A // Int. J. Environ. Res. 2010. Vol. 4, Iss. 3. P. 491-500.

Yusof A. M., Malek N. A. N. N. Removal of Cr(VI) and As(V) from aqueous solutions by HDTMA-modified zeolite Y // J. Hazard. Mater. 2009. Vol. 162, Iss. 2, 3. P. 1019–1024. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2008.05.134

Misaelides P., Zamboulis D., Sarridis Pr. et al. Chromium(VI) uptake by polyhexamethyleneguanidine-modified natural zeolitic materials // Micropor. Mesopor. Mater. 2008. Vol. 108, No. 1–3. P. 162–167. DOI: https://doi.org/10.1016/j.micromeso.2007.03.041

Li Z., Hong H. Retardation of chromate through packed columns of surfactant-modified zeolite // J. Hazard. Mater. 2009. Vol. 162, Iss. 2–3. P. 1487–1493. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2008.06.061

Mthombeni N. H., Mbakop S., Ray S. C. et al. Highly efficient removal of chromium (VI) through adsorption and reduction: a column dynamic study using magnetized natural zeolite-polypyrrole composite // J. Environ. Chem. Eng. 2018. Vol. 6(4). P.4008–4017. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jece.2018.05.038

Sydorko M. S., Yatsyshyn M. M., Marchuk I. E. et al. Zeolite/polyaniline composite: synthesis and adsorptive properties regarding Cr(VI) from aqueous solutions // Polymer J. 2023. Vol. 45, No. 1. P. 69–78. DOI: https://doi.org/10.15407/polymerj.45.01.069

Velarde L., Nabavi M. S., Escalera E. et al. Adsorption of heavy metals on natural zeolites: A review // Chemosphere. 2023. Vol. 328. P. 138508. DOI: https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2023.138508

Sydorko M., Nesterivska S., Yatsyshyn M. et al. Cr(VI) adsorption by the polyanyline and zeolite/polyaniline–sulphuric acid composite // Visnyk Lviv Univ. Ser. Chem. 2022. Vol. 63. P. 314–336. DOI: https://dx.doi.org/10.30970/vch.6301.314

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, Iss. 4. P. 163–171. DOI: https://doi.org/10.1016/j.serj.2017.04.001

Zhang R., Ma H., Wang B. Removal of Chromium(VI) from Aqueous Solutions Using Polyaniline Doped with Sulfuric Acid // Indust. Eng. Chem. Res. 2010. Vol. 49, Iss. 20. P. 9998–10004. DOI: https://doi.org/10.1021/ie1008794

Wang F., Yang W., Zheng F., Sun Y. Removal of Cr (VI) from Simulated and Leachate Wastewaters by Bentonite-Supported Zero-Valent Iron Nanoparticles // Int. J. Environ. Res. Public Health. 2018. Vol. 15. P. 2162. DOI: 10.3390/ijerph15102162

Sydorko M., Yatsyshyn M., Zelinskiy A. et al. Cr(VI) adsorbent based on zeolite and polyaniline // Proc. Shevchenko Sci. Soc. Chem. Sci. 2023. Vol. LXXIII. P. 114-135. DOI: https://doi.org/10.37827/ntsh.chem.2023.73.114

Ivan A., Tanczos S., Dorca O. et al. Compozite zeolite-polyaniline membrane material for water treatement // U. P. B. Sci. Bull. Series B. 2013. Vol. 75, Iss. 3. P. 53–64.




DOI: http://dx.doi.org/10.30970/vch.6501.244

Посилання

  • Поки немає зовнішніх посилань.