ПРАЦІ НАУКОВОГО ТОВАРИСТВА ім. ШЕВЧЕНКА

Хімічні науки

Архів / Том LXXIII 2023

Марія СИДОРКО, Михайло ЯЦИШИН, Анатолій ЗЕЛІНСЬКИЙ, Соломія НЕСТЕРІВСЬКА, Олександр РЕШЕТНЯК

Львівський національний медичний університет імені Данила Галицького, вул. Пекарська, 69, 79010 Львів, Україна
е-mail: mariia.sydorko@lnu.edu.ua

DOI: https://doi.org/10.37827/ntsh.chem.2023.73.114

АДСОРБЕНТ Cr(VI) НА ОСНОВІ ЦЕОЛІТУ ТА ПОЛІАНІЛІНУ

Досліджено зразки цеоліту (Цт), поліаніліну (ПАн) та композита цеоліт/поліанілін (Цт/ПАн), за приблизного масового співвідношення компонентів 1 : 1, до та після процесу адсорбції Cr(VI) на цих зразках із модельних водних розчинів. Дослідження зразків адсорбентів проводили за допомогою скануючої електронної мікроскопії (СЕМ), Х-променевої енергодисперсійної спектроскопії (ЕДС), картографування хімічних елементів (КЕ) та Х-променевого флуоресцентного аналізу (ХПФ).
Дослідження як індивідуальних зразків Цт та ПАн, так і композита Цт/ПАн виявили, що морфологія поверхні адсорбентів є шорсткою та неоднорідною, і її формують частинки різного розміру та форми з деякими порожнинами. ЕДС аналіз елементного складу зразків підтвердив, що вони містять хімічні елементи, які притаманні цим речовинам. Аналіз карт розподілу елементів у зразках виявив, що вони практично рівномірно розподілені по їхній поверхні. При цьому дисперсні частинки цеоліту покриті поліаніліном, що відбувається у процесі синтезу композиту in situ у водних розчинах сульфатної кислоти.
Адсорбційні дослідження зразка Цт/ПАн стосовно оксіаніонів Cr(VI) проведено в широких концентраційних межах, а саме 100, 200, 300, 400 та 500 мг/л. Дослідження зразків після проведення адсорбційних випробувань виявили, що композит цеоліт/ поліанілін утримує адсорбований хром, очевидно у стані Cr(ІІI). Аналіз СЕМ-зображень, ЕДС-спектрів і карт елементів засвідчує, що розподіл адсорбованого хрому є практично рівномірним по поверхні адсорбента, а інтенсивність його сигналу на елементних картах залежить від початкових концентрацій розчинів оксіаніона Cr(VI).
Порівнянням вмістів атомів елементів, зокрема сульфуру (S) та оксигену (O), до та після адсорбції з’ясовано, що сульфур не замінюється на хром, а вміст оксигену незначно зростає зі збільшенням початкової концентрації Cr(VI) у розчинах. Подібно до вмісту хрому змінюється і вміст калію (К), який перебував у адсорбційному розчині в складі сполуки K2Cr2O7 і очевидно також адсорбується зразком Цт/ПАн. Адсорбований стан Cr та К підтверджено також Х-променевим флуоресцентним аналізом промитих і висушених зразків композита Цт/ПАн по завершенню процесу адсорбції.

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

Література:

    1. Inzelt G. Recent advances in the field of conducting polymers. J. Sol. St. Electrochem. 2017. Vol. 21(7). P. 1965–1975. (https://doi.org/10.1007/s10008-017-3611-6).
    2. Ćirić-Marjanović G. Recent advances in polyaniline research: Polymerization mechanisms, structural aspects, properties and applications. Synth. Met. 2013. Vol. 177. P. 1–47. (https://doi.org/10.1016/j.synthmet.2013.06.004).
    3. Yatsyshyn M., Makogon V., Reshetnyak O. et al. Properties of the hybrid glauconite/ polyaniline composites synthesized in the aqueous citrate acid solutions. Chem. Chem. Technol. 2016. Vol. 10(4). Р. 429–435. (https://doi.org/10.23939/chcht10.04.429).
    4. Saraswat A., Kumar S. A topical study of electrochemical response of functionalized conducting polyaniline: An overview. Eur. Polym. J. 2023. Vol. 182. P. 111714. (https://doi.org/10.1016/j.eurpolymj.2022.111714).
    5. 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. (https://doi.org/10.1016/j.seppur.2019.115901).
    6. 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. (https://doi.org/10.1007/s11356-017-1188-3).
    7. 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. (https://doi.org/10.1007/s12034-016-1204-0).
    8. Karthik R., Meenakshi S. Removal of hexavalent chromium ions using polyaniline/silica gel composite. India J. Water Proc. Eng. 2014. Vol. 1. P. 37–45. (https://doi.org/10.1016/j.jwpe.2014.03.001).
    9. 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(21). P. 12602–12611. (https://doi.org/10.1021/acs.est.8b02566).
    10. Li D., Kaner R.B. Shape and Aggregation Control of Nanoparticles: Not Shaken, Not Stirred. J. Am. Chem. Soc. 2006. Vol. 128(3). P. 968–975. (https://doi.org/10.1021/ja056609n).
    11. Yatsyshyn М., Makogon V., Tsiko U., Reshetnyak О. Сomposite materials based on polyanylinе and natural minerals: Short review. 2. Structure and morphology. Visn. Lviv Univ. Ser. Chem. 2018. Vol. 59(2). Р. 512–523. (in Ukrainian). (https://doi.org/10.30970/vch.5902.512).
    12. 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). (https://doi.org/10.37827/ntsh.chem.2018.53.092).
    13. Sydorko M., Nesterivska S., Yatsyshyn M. et al. Cr(VI) adsorption by the polyanyline and zeolite/polyaniline–sulphuric acid composite. Visnyk Lviv. Univ., Ser. Khim. 2022. Vol. 63. P. 314–336. (https://doi.org/10.30970/vch.6301.314).
    14. 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. (https://doi.org/10.1016/j.psep.2016.11.008).
    15. Sprynskyy M., Buszewski B., Terzyk A.P., Namieśnik J. Study of the selection mechanism of heavy metal (Pb2+, Cu2+, Ni2+, and Cd2+) adsorption on clinoptilolite. J. Colloid Inter. Sci. 2006. Vol. 304(1). P. 21–28. (https://doi.org/10.1016/j.jcis.2006.07.068).
    16. Wang S., Peng Y. Natural zeolites as effective adsorbents in water and wastewater treatment. Chem. Eng. J. 2010. Vol. 156(1). P. 11–24. (https://doi.org/10.1016/j.cej.2009.10.029).
    17. Shaheen S.M., Derbalah A.S., Moghanm F.S. Removal of Heavy Metals from Aqueous Solution by Zeolite in Competitive Sorption System. Inter. J. Environ. Sci. Dev. 2012. Vol. 3(4). P. 362–367. (https://doi.org/10.7763/IJESD.2012.V3.248).
    18. 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. (https://doi.org/10.1016/j.jenvman.2018.07.043).
    19. Nag M., Saffarzadeh A., Shimaoka T. Feasibility of Natural Zeolite for Heavy Metal Stabilization in Municipal Solid Waste Incineration Fly Ash: A Novel Approach. J. Geosci. Environ. Protect. 2022. Vol. 10(7). P. 70–86. (https://doi.org/10.4236/gep.2022.107005).
    20. Vasyleсhko V.O., Gryshchouk G.V., Kalychak Ya.M. et al. Soiption of Lead on Na-Modified Transcarpathian clinoptilolite. Acta Phys. Pol. A. 2022. Vol. 141(4). P. 328–332. (https://doi.org/10.12693/APhysPolA.141.328).
    21. Vasyleсhko V.О., Gryshchouk G.V., Kaminska М.І., Stel’makhovych В.М. A solid-phase extraction method using acid-modified Transcarpathian clinoptilolite for preconcentration of trace amounts of lead in water samples. Appl. Nanosci. 2019. Vol. 9(5). P. 1057–1065. (https://doi.org/10.1007/sl3204-018-0858-x).
    22. Ates A. Effect of alkali-treatment on the characteristics of natural zeolites with different compositions. J. Colloid Inter. Sci. 2018. Vol. 523. P. 266–281. (https://doi.org/10.1016/j.jcis.2018.03.115).
    23. 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(1). P. 101–107. (https://doi.org/10.1016/j.jscs.2012.01.001).
    24. 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(1). P. 69–78. (https://doi.org/10.15407/polymerj.15.01.069).
    25. Тian Y., Li H., Liu Y. et al. Morphology-dependent enhancement of the removal of Cr (VI) of template-guided tunable polyaniline nanostructures. RSC Adv. 2016. Vol. 6(13). Р. 10478–10486. (https://doi.org/10.1039/C5RA25630E).
    26. Wu H., Wang Q., Fei G. T.et al. Preparation of Hollow Polyaniline Micro/Nanospheres and Their Removal Capacity of Cr (VI) from Wastewater. Nanoscale Res. Lett. 2018. Vol. 13(1). P. 401–409. (https://doi.org/10.1186/s11671-018-2815-8).
    27. Kohila N., Subramaniam P. Removal of Cr(VI) using polyaniline based Sn(IV), Ce(IV) and Bi(III) iodomolybdate hybrid ion exchangers: Mechanistic and comparative study. J. Environ. Chem. Eng. 2020. Vol. 8(5). P. 104376. (https://doi.org/10.1016/j.jece.2020.104376).
    28. Hsini A., Naciri Y., Laabd M. et al. Development of a novel PANI@WO3 hybrid composite and its application as a promising adsorbent for Cr(VI) ions removal. J. Environ. Chem. Eng. 2021. Vol. 9(5). P. 105885. (https://doi.org/10.1016/j.jece.2021.105885).
    29. Bhaumik M., Gupta V.K., Maity A. Synergetic Enhancement of CrVI Removal from Aqueous Solutions Using Polyaniline@Ni(OH)2 Nanocomposites Adsorbent. J. Environ. Chem. Eng. 2018. Vol. 6(2). P. 2514‒2527. (https://doi.org/10.1016/j.jece.2018.03.047).
    30. Sobeih M.M., El-Shahat M.F., Osman A. et al. Glauconite clay functionalized chitosan nanocomposites for efficient adsorptive removal of fluoride ions from polluted aqueous solutions. RSC Advances. 2020. Vol. 10(43). P. 25567‒25585. (https://doi.org/10.1039/D0RA02340J).
    31. 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(3). P. 53–64.

Як цитувати:

СИДОРКО М., ЯЦИШИН М., ЗЕЛІНСЬКИЙ А., НЕСТЕРІВСЬКА С., РЕШЕТНЯК О. АДСОРБЕНТ Cr(VI) НА ОСНОВІ ЦЕОЛІТУ ТА ПОЛІАНІЛІНУ. Праці НТШ. Хім. наук. 2023. Т. LXXIII. С. 114-135.

Завантажити файл