АДСОРБЦІЯ Cr(VI) ПОЛІАНІЛІНАМИ ТА КОМПОЗИТАМИ ЦЕЛЮЛОЗА/ПОЛІАНІЛІН, СИНТЕЗОВАНИМИ У ВОДНИХ РОЗЧИНАХ КАРБОНОВИХ КИСЛОТ

М. Kolodiy, O. Vereshchagin, M. Yatsyshyn, Yu. Stetsiv, A. Zelinskiy, O. Reshetnyak

Анотація


Зразки поліаніну (ПАн) та композитів целюлоза/поліанілін (Цел/ПАн), отримані окиснювальною полімеризацією аніліну у водних 0,5 М розчинах карбонових (форміатна, ацетатна, оксалатна та цитратна), використано для дослідження адсорбції Cr(VI) із модельних водних розчинів. Співвідношення анілін : целюлоза за синтезу композитів Цел/ПАн становило 1 : 1 (г : г). Поліанілін  як у зразках ПАн, так і в зразках Цел/ПАн після синтезу перебував у допованій карбоновими кислотами формі.

За результатами адсорбційних досліджень побудовано кінетичні криві адсорбції Cr(VI) із водних розчинів з концентраціями 100, 200, 330 та 400 мг/л зразками ПАн та зразками композитів Цел/ПАн. Дослідження кінетики адсорбції зразками ПАн із розчинів з концентраціями Cr(VI) 100 та 200 мг/л показало, що процес є одностадійним, а за концентрацій 330–400 мг/л − двостадійним. Адсорбція Cr(VI) з розчинів з концентраціями 100, 200, 330 та 400 мг/л зразками Цел/ПАн є двостадійним процесом. Адсорбційна ємність як зразків ПАн, так і композитів Цел/ПАн залежить від концентрації Cr(VI) у вихідних розчинах. Збільшення початкової концентрації Cr(VI) у розчинах приводить до збільшення значень величин адсорбції як на першій стадії, так і на другій стадії процесу зразками ПАн і зразками Цел/ПАн. Перебіг другої стадії процесу адсорбції, яка, очевидно, включає і сорбцію, є тривалішим, проте саме під час неї досягаються практично максимальні значення адсорбційних ємностей стосовно Cr(VI). Причому додаткові дослідження показали, що адсорбційна ємність поліанілінів у зразках композитів Цел/ПАн (тобто без урахування маси целюлози) досягає величин у приблизно два рази більших за адсорбційну ємність зразків поліанілінів.

За результатами досліджень побудовано ізотерми Ленгмюра та Фрейндліха. З’ясовано, що процес адсорбції Cr(VI) зразками ПАн та Цел/ПАн, у яких ПАн, допований різними органічними кислотами, найкраще узгоджується з адсорбційною моделлю Ленгмюра.

 

Ключові слова: поліаніліни, композити, целюлоза/поліанілін, карбонові кислоти, адсорбція, хром(VI).

 


Повний текст:

PDF (English)

Посилання


Samadi A., Xie M., Li J. et al. Polyaniline-based adsorbents for aqueous pollutants removal: A review // Chem. Eng. J. 2021. Vol. 418. P. 129425. DOI: https://doi.org/10.1016/j.cej.2021.129425

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

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

Debnath S., Ballav N., Maity A., Pillay K. Development of a polyaniline-lignocellulose composite for optimal adsorption of Congo red // Inter. J. Biol. Macromol. 2015. Vol. 75. P. 199–209. DOI: https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2015.01.011

Razaq A., Asif M. H., Kalsoom R. et al. Conductive and electroactive composite paper reinforced by coating of polyaniline on lignocelluloses fibers // J. Appl. Polym. Sci. 2015. Vol. 132, Iss. 29. P. 42293. DOI: https://doi.org/10.1002/app.42293

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, Iss. 5. P. 1641–1648. DOI: https://doi.org/10.1016/j.ultsonch.2014.03.012

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

Varshney V. K., Naithani S. Chemical functionalization of cellulose derived from nonconventional sources. In : Kalia S., Kaith B. S., Kaur I. (eds) Cellulose fibers: bio- and nano-polymer composites // Springer. Berlin, 2011. P. 43–60. DOI: https://doi.org/10.1007/978-3-642-17370-7_2

Global Cellulose Market - Industry Trends and Forecast to 2030. https://www.databridgemarketresearch.com/reports

Sharma R., Nath P. C. Mohanta Y. K. et al. Recent advances in cellulose-based sustainable materials for wastewater treatment: An overview // Inter. J. Biol. Macromol. 2024. Vol. 256, Pt. 2. P. 128517. DOI: https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2023.128517

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

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

Raji Z., Karim A., Karam A., Khallouf S. Adsorption of Heavy Metals: Mechanisms, Kinetics, and Applications of Various Adsorbents in Wastewater Remediation - A Review // Waste. 2023. Vol. 1, Iss. 3. P. 775–805. DOI: https://doi.org/10.3390/waste1030046

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

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, Iss. 12. P. 1027–1078. DOI: https://doi.org/10.1080/10643389.2018.1564526

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 // Sustain. Environ. Res. 2017. Vol. 27, Iss. 4. P. 163–171. DOI: https://doi.org/10.1016/j.serj.2017.04.001

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, Iss. 12. P. 3067-3075. DOI: 10.1016/j.watres.2009.04.008

Qiu B., Xu C., Sun D. et al. Polyaniline Coated Ethyl Cellulose with Improved Hexavalent Chromium Removal // ACS Sustainable Chem. Eng. 2014. Vol. 2, Iss. 8. P. 2070–2080. DOI: https://doi.org/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. 2020. Vol. 30, Iss. 2. P. 1–15. DOI: https://doi.org/10.1007/s13726-020-00877-7

Aigbe U. O., Osibote A. A review of hexavalent chromium removal from aqueous solutions by sorption technique using nanomaterials // J. Environ. Chem. Eng. 2020. Vol. 8, Iss. 6. P. 104503. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jece.2020.104503

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

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

Natrayan L., Rajalakshmi R., Amandeep Singh K. et al. Synthesis and Optimization of Cr (VI) Removal from Aqueous Solution by Activated Carbon with Magnetic Fe3O4 Nanoparticles by Response Surface Methodology // Adsorpt. Sci. Technol. 2022. Vol. 4. P. 1–9. DOI: https://doi.org/10.1155/2022/9366899

Ighalo J. O., Omoarukhe F. O., Ojukwu V. E. et al. Cost of Adsorbent Preparation and Usage in Wastewater Treatment: A Review // Clean. Chem. Eng. 2022. Vol. 3. 100042. DOI: https://doi.org/10.1016/j.clce.2022.100042

Zhou T. Li C., Jin H. et al. Effective Adsorption/Reduction of Cr(VI) Oxyanion by Halloysite@Polyaniline Hybrid Nanotubes // ACS Appl. Mater. Interfac. 2017. Vol. 9, Iss. 7. P. 6030–6043. DOI: https://doi.org/10.1021/acsami.6b14079

Wallace D. Nanotoxicology and Metalloestrogens: Possible Involvement in Breast Cancer // Toxics. 2015. Vol. 3, Iss. 4. P. 390–413. DOI: https://doi.org/10.3390/toxics3040390

Ganguly P., Breen A., Suresh C. P. Toxicity of Nanomaterials: Exposure, Pathways, Assessment and Recent Advances // ACS Biomat. Sci. Eng. 2018. Vol. 4, Iss. 7. P. 2237–2275. DOI: https://doi.org/10.1021/acsbiomaterials.8b00068

Muzammil S., Ashraf A., Siddique M. H. et al. A review on toxicity of nanomaterials in agriculture: Current scenario and future prospects // Sci. Prog. 2023. Vol. 106, Iss. 4. P. 1–19. DOI: https://doi.org/10.1177/00368504231221672

Tripathi S., Mahra S., J. V. et al. Recent Advances and Perspectives of Nanomaterials in Agricultural Management and Associated Environmental Risk: A Review // Nanomater. 2023. Vol. 13, Iss. 10. P. 1604. DOI: https://doi.org/10.3390/nano13101604

Stetsiv Y. A., Yatsyshyn M. M., Nykypanchuk D. et al. Characterization of polyaniline thin films prepared on polyethylene terephthalate substrate // Polym. Bull. 2021. Vol. 78, Iss. 11. P. 6251–6265. DOI: 10.1007/s00289-020-03426-7

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

Kolodiy M., Vereshchagin O., Yatsyshyn M. et al. Comparative analysis of absorption capacity of Cr(VI) polyaniline and cellulose/polyaniline composites synthesized in aqueous solutions of organic acids // Visnyk Lviv Univ. Ser. Chem. 2022. Vol. 63. P. 262-280. DOI: 10.30970/vch.6301.262

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

Khalil A., Salem M., Ragab S., Sillanpää M. et al. Orange peels magnetic activate carbon (MG‑OPAC) composite formation for toxic chromium absorption from wastewater // Sci. Reports. 2023. Vol. 13. P. 3402. DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-023-30161-6

Sydorko M. S., Yatsyshyn M. M., Marchuk I. E. et al. Synthesis and study of adsorption properties of polyaniline and zeolite/polyaniline composite in relation to Cr(VI) // Polym. J. 2023. Vol. 45, Iss. 1. P. 69–78. DOI: https://doi.org/10.15407/polymerj.45.01.069

Wen J., Zhang Y., Du Y. Effective removal of Cr(VI) in water by bulk-size polyaniline/polyvinyl alcohol/amyloid fibril composite beads // Water Sci. Technol. 2023. Vol. 88, Iss. 8. P. 1944–1956. DOI: https://doi.org/10.2166/wst.2023.327




DOI: http://dx.doi.org/10.30970/vch.6501.273

Посилання

  • Поки немає зовнішніх посилань.