ПРАЦІ НАУКОВОГО ТОВАРИСТВА ім. ШЕВЧЕНКА

Хімічні науки

Архів / Том LXXIII 2023

Юлія СТЕЦІВ1, Вікторія ШИНГЕЛЬСЬКА1, Михайло ЯЦИШИН1, Анатолій ЗЕЛІНСЬКИЙ1, Галина СТЕЦІВ2, Олександр РЕШЕТНЯК1

1Львівський національний університет імені Івана Франка, вул. Кирила і Мефодія, 6, 79005 Львів, Україна
e-mail: yuliia.stetsiv@lnu.edu.ua

2 ВСП “Львівський фаховий коледж харчової і переробної промисловості Національного університету харчових технологій”, вул. І. Пулюя, 42, 79060 Львів, Україна

DOI: https://doi.org/10.37827/ntsh.chem.2023.73.095

НАНОПЛІВКА ПОЛІАНІЛІНУ НА ПОЛІЕТИЛЕНТЕРЕФТАЛАТНІЙ ПІДКЛАДЦІ ЯК АДСОРБЕНТ Cr(VI).

Використано наноплівку поліаніліну (ПАн), осаджену in situ на гнучку поліетилен-терефталатну (ПЕТ) підкладку-матрицю як адсорбента для адсорбції та віднов-лення токсичного Cr(VI) до менш токсичного Cr(III).
Адсорбцію Cr(VI) із водних розчинів досліджували на плівці поліаніліну, отриманій на ПЕТ підкладці-матриці, багаторазово промитій дистильованою водою після синтезу і просушеній за кімнатної температури. Дослідження адсорбції Cr(VI) проводили з розчинів різних концентрацій, а саме: 10; 20; 30; 40 та 50 мг/л. За зміною вмісту Cr(VI) стежили за електронними спектрами за допомогою УФ-В спектрофотометра. Для з’ясування механізму адсорбції проведено аналіз ізотерм і кінетики адсорбції Cr(VI) на плівці поліаніліну. З’ясовано, що адсорбція Cr(VI) відповідає моделі псевдо-другого порядку, а ізотерма Ленгмюра найліпше підходить для опису даних адсорбції.
Адсорбційні дослідження виявили, що плівки ПАн на поверхні хімічно стійких плівок ПЕТ можуть бути ефективними адсорбентами Cr(VI) із водних розчинів малих концентрацій Cr(VI). За результатами досліджень може бути запропоновано прості у приготуванні, екологічні та ефективні адсорбенти на основі плівок поліаніліну на гнучких плівкових субстратах з поліетилентерефталату для видалення Cr(VI) із водних розчинів.

Ключові слова: поліетилентерефталат, цитратна кислота, хром, адсорбція.

Література:

    1. 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(12). P. 1027–1078. (https://doi.org/10.1080/10643389.2018.1564526).
    2. Zhitkovich A. Chromium in drinking water: Sources, metabolism, and cancer risks. Chem. Res. Toxicol. 2011. Vol. 24. P. 1617–1625. (https://doi.org/10.1021/tx200251t).
    3. Gorny J., Billon G., Noiriel C. et al. Chromium behavior in aquatic environments: a review. Environ. Rev. 2016. Vol. 24(4). P. 503–516. (https://doi.org/10.1139/er-2016-0012).
    4. 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(36). P. 1–15. (https://doi.org/10.1038/s41545-021-00127-0).
    5. 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(6). P. 104503. (https://doi.org/10.1016/j.jece.2020.104503).
    6. 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. 4. P. 163–171. (https://doi.org/10.1016/j.serj.2017.04.001).
    7. Fu F., Wang Q. Removal of heavy metal ins from wastewaters: A review. J. Environ. Manage. 2011. Vol. 92(3). P. 407–418. (https://doi.org/10.1016/j.jenvman.2010.11.011).
    8. Fenti A., Chianese S., Iovino P. et al. Cr(VI) Sorption from Aqueous Solution: A Review. Appl. Sci. 2020. Vol. 10(18). P. 6477–6498. (https://doi.org/10.3390/app10186477).
    9. В автомобілях хочуть заборонити хромовані деталі: у чому причина. х-News Авто-мото. Нд, 23 липня 2023. (https://newsyou.info/2023/07/v-avtomobilyax-xochut-zaboroniti-xromovani-detali-u-chomu-prichina).
    10. Qiu B., Xu C., Sun D. et al. Polyaniline Coating with Various Substrates for Hexavalent Chromium Removal. Appl. Surf. Sci. 2014. Vol. 334. P. 7–11. (http:/doi.org/10.1016/j.apsusc.2014.07.039).
    11. 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).
    12. 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).
    13. Taghizadeh A., Taghizadeh M., Jouyandeh M. et al. Conductive polymers in water treatment: A review. J. Mol. Liq. 2020. Vol. 312. P. 113447. (https://doi.org/10.1016/j.molliq.2020.113447).
    14. Xiao L.M., Guang T.F., Shao H.X. Synthesis of Polyaniline Coating on the Modifed Fiber Ball and Application for Cr(VI) Removal. Nanoscale. Res. Lett. 2021. Vol. 16(58). P. 1‒12. (https://doi.org/10.1186/s11671-021-03509-y).
    15. Li Z., Gong L. Research Progress on Applications of Polyaniline (PANI) for Electrochemical Energy Storage and Conversion. Mater. 2020. Vol. 13(3) P. 548. (https://doi.org/10.3390/ma13030548).
    16. Yang D., Wang J., Yishan Cao Y. et al. Polyaniline-Based Biological and Chemical Sensors: Sensing Mechanism, Configuration Design, and Perspective. ACS Appl. Electron. Mater. 2023. Vol. 5(2). P. 593‒611. (https://doi.org/10.1021/acsaelm.2c01405).
    17. Diarisso A., Fall M., Raouafi N. Elaboration of a chemical sensor based on polyaniline and sulfanilic acid diazonium salt for highly sensitive detection nitrite ions in acidified aqueous media. Environ. Sci.: Water Res. Technol. 2018. Vol. 4. P. 1024–1034. (https://doi.org/10.1039/C8EW00139A).
    18. Kazemi F., Naghib S.M., Zare Y., Rhee K.Y. Biosensing Applications of Polyaniline (PANI)-Based Nanocomposites: A Review. Polymer Rev. 2020. Vol. 61(3). P. 1–45. (https://doi.org/10.1080/15583724.2020.1858871).
    19. Shabani-Nooshabadi M, Zahedi F. Electrochemical reduced graphene oxide-polyaniline as effective nanocomposite film for high-performance supercapacitor applications. Electrochim. Acta. 2017. Vol. 245. P. 575–586. (https://doi.org/10.1016/j.electacta.2017.05.152).
    20. Gojgić J., Petrović M., Jugović B. et al. Electrochemical and Electrical Performances of High Energy Storage Polyaniline Electrode with Supercapattery Behavior. Polymers. 2022. Vol. 14(24). Р. 5365. (https://doi.org/10.3390/polym14245365).
    21. Ekande O.S., Kumar M. Review on polyaniline as reductive photocatalyst for the construction of the visible light active heterojunction for the generation of reactive oxygen species. J. Environ. Chem. Eng. 2021. Vol. 9. P. 105725. (https://doi.org/10.1016/j.jece.2021.105725).
    22. Rezazadeh N., Kianvash A., Zhao C., Koh A. A study on microwave absorption properties of polyaniline/nitrile rubber/graphene/Fe3O4 composites with a thickness of 0.7 mm and high flexibility. J. Appl. Polym. Sci. 2023. Vol. 140(24). P. 53946. (https://doi.org/10.1002/app.53946).
    23. Reshetnyak О.V., Yatsyshyn М.M. Chapter 8. Corrosion Protection of Aluminum and Al-BasedAlloys by Polyaniline and Its Composites. Computational and Experimental Analysis of Functional Materials / Oleksandr V. Reshetnyak, Gennady E. Zaikov (Eds.) [Series: AAP Research Notes on Polymer Engineering Science and Technology]. Toronto, New Jersey: Apple Academic Press, CRC Press (Taylor & Francis Group). 2017. P. 287–329. (https://doi.org/10.1201/9781315366357-8).
    24. Samani M.R., Toghraie D. Removal of hexavalent chromium from water using polyaniline/wood sawdust/ poly ethylene glycol composite: an experimental study J. Environ. Health. Sci. Eng. 2019. Vol. 17(1). P. 53–62. (https://doi.org/10.1007/s40201-018-00325-y).
    25. Matthews V. Packaging Materials: 1. Polyethylene Terephthalate (PET) for Food Packaging Applications. The International Life Sciences Institute (ILSI). Report Series Editor: Dr. Kevin Yates. 1997. P. 1–18.
    26. Sinha V, Patel M.R., Patel J.V. Pet waste management by chemical recycling: a review. J. Polym. Environ. 2010. Vol. 18(1). P. 8–25. (https://doi.org/10.1007/s10924-008-0106-7).
    27. Hnizdiukh Yu.A., Yatsyshyn M.M., Reshetnyak O.V. Chapter 12. Surface Modification of Polymeric Materials by Polyaniline and Application of Polyaniline/Polymeric Composites // Computational and Experimental Analysis of Functional Materials / O.V. Reshetnyak, G.E. Zaikov (Eds.) – Toronto, New Jersey: Apple Academic Press, CRC Press (Taylor & Francis Group). 2017. P. 423–472. (https://doi.org/10.1201/9781315366357-12).
    28. Kutanis S., Karakışla M., Akbulut U. et al. The conductive polyaniline/poly(ethylene terephthalate) composite fabrics. Composites, Part A. 2007. Vol. 38(2). P. 609–614. (https://doi.org/10.1016/j.compositesa.2006.02.008).
    29. Liu C.-D., Wu S.-Y., Han J.-L. et al. Patterned Conductive Polyaniline Films Fabricated Using Lithography and In Situ Polymerization. J. Appl. Polym. Sci. 2010. Vol. 115(4). P. 2271–2276. (https://doi.org/10.1002/app.31349).
    30. Duboriz I., Pud A. Polyaniline/poly(ethylene terephthalate) film as a new optical sensing material. Sensor. Actuat. B-Chem. 2014. Vol. 190. P. 398–407. (https://doi.org/10.1016/j.snb.2013.09.005).
    31. Mu S., Xie H., Wang W., Yu D. Electroless silver plating on PET fabric initiated by in-situ reduction of polyaniline. Appl. Surf. Sci. 2015. Vol. 353. P. 608–614. (https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2015.06.126).
    32. Stetsiv Y.A., Yatsyshyn М.M., Nykypanchuk D. et al. Characterization of polyaniline thin films prepared on polyethyleneterephthalate substrate. Pol. Bull. 2021. Vol. 78 P. 6251–6265. (https://doi.org/10.1007/s00289-020-03426-7).
    33. Stetsiv Yu. Demko Ch., Yatsyshyn M., Pandyak N. The kinetics of deposition of polyaniline on polyethylene and polyethylene terephthalate substrates-matrices. Proc. Shevchenko Sci. Soc. Chem. Sci. 2016. Vol. XLIV. P. 37–49. (In Ukraine).
    34. Stetsiv Yu., Halushchak I., Yatsyshyn M., Serkiz R. Properties of polyaniline films deposited in situ of cellulose acetate substrate. Visnyk Lviv University. Series Chemistry. 2016. Vol. 57(2). P. 418–431. (In Ukraine).
    35. Stetsiv Yu., Zhuravets’ka І., Yatsyshyn M. et al. Thin polyaniline films on a polyethylene terephthalate substrate as Cr(VI) adsorbents. Proc. Shevchenko Sci. Soc. Chem. Sci. 2021. Т. LXVI. P. 19‒33. (In Ukraine). (https://doi.org/10.37827/ntsh.chem.2021.66.019).
    36. Dehghani M.H., Taher M.M., Bajpai A.K. et al. Removal of noxious Cr (VI) ions using single-walled carbon nanotubes and multi-walled carbon nanotubes. Chem. Eng. J. 2015. Vol. 279. P. 344–352. (https://doi.org/10.1016/j.cej.2015.04.151).
    37. Weber W.J., Morris J.C. Kinetics of Adsorption on Carbon from Solution. J. Sanit. Eng. Div-ASCE. 1963. Vol. 89(2). P. 31–60. (https://doi.org/10.1061/JSEDAI.0000430).
    38. Kumar R., Ansari M.O., Alshahrie A. et al. Adsorption modeling and mechanistic insight of hazardous chromium on para toluene sulfonic acid immobilized-polyaniline@CNTs nanocomposites. J. Saudi Chem. Soc. 2019. Vol. 23(2). P. 188–197. (https://doi.org/10.1016/j.jscs.2018.06.005).
    39. Hsini A., Naciri Y., Benafqir M. et al. Facile synthesis and characterization of a novel 1,2,4,5-benzene tetracarboxylic acid doped polyaniline@zinc phosphate nanocomposite for highly efficient removal of hazardous hexavalent chromium ions from water. J. Colloid Interf. Sci. 2021. Vol. 585. P. 560–573. (https://doi.org/10.1016/j.jcis.2020.10.036).
    40. Bharat Ch., Debajyoti P. Isotherms, kinetics and thermodynamics of hexavalent chromium removal using biochar. J. Environ. Chem. Eng. 2018. Vol. 6(2). P. 2335–2343. (https://doi.org/10.1016/j.jece.2018.03.028).
    41. Chang X., Li M., Liu Q. et al. Adsorption–reduction of chromium(VI) from aqueous solution by phenol– formaldehyde resin microspheres. RSC Adv. 2016. Vol. 69(52). P. 46879–46888. (https://doi.org/10.1039/C6RA07239A).
    42. Barakat M.A., Al-Ansari A.M., Kumar R. Synthesis and characterization of Fe-Al binary oxyhydroxides/MWCNTs nanocomposite for the removal of Cr(VI) from aqueous solution. J. Taiwan Inst. Chem. Eng. 2016. Vol. 63. P. 301–311. (https://doi.org/10.1016/j.jtice.2016.03.019).
    43. 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).
    44. Valizadeh K., Bateni A., Sojoodi N. et al. Magnetized inulin by Fe3O4 as a bio-nano adsorbent for treating water contaminated with methyl orange and crystal violet dyes. Sci. Rep-UK. 2022. Vol. 12. P. 22034. (https://doi.org/10.1038/s41598-022-26652-7).
    45. Marsal A., Maldonado F., Cuadros S. et al. Adsorption isotherm, thermodynamic and kinetics studies of polyphenols onto tannery shavings. Chem. Eng. J. 2012. Vol. 183. P. 21–29. (https://doi.org/10.1016/j.cej.2011.12.012).
    46. Soldatkina L.M. Equilibrium and thermodynamic studies of anthocyanin adsorption on fibrous cation exchanger FIBAN K-1. Chemistry, physics and technology of surface. 2023. Vol. 14. P. 67–75. (https://doi.org/10.15407/hftp14.01.067).

Як цитувати:

СТЕЦІВ Ю., ШИНГЕЛЬСЬКА В., ЯЦИШИН М., ЗЕЛІНСЬКИЙ А., СТЕЦІВ Г., РЕШЕТНЯК О. НАНОПЛІВКА ПОЛІАНІЛІНУ НА ПОЛІЕТИЛЕНТЕРЕФТАЛАТНІЙ ПІДКЛАДЦІ ЯК АДСОРБЕНТ Cr(VI). Праці НТШ. Хім. наук. 2023. Т. LXXIII. С. 95-113.

Завантажити файл