ПРАЦІ НАУКОВОГО ТОВАРИСТВА ім. ШЕВЧЕНКА

Хімічні науки

Архів / Том LXXVIII 2025

Антон ГОЛОВАТЮК, Лідія БОЙЧИШИН

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

DOI: https://doi.org/10.37827/ntsh.chem.2025.78.044

КІНЕТИКА ДЕГРАДАЦІЇ АЗОБАРВНИКА BRILLIANT BLACK E151 У ЛУЖНОМУ СЕРЕДОВИЩІ ЗА УЧАСТІ АМОРФНОГО СПЛАВУ Al86Ni6Co2Gd6

Досліджено ефективність деколоризації азобарвника Brilliant Black E151 у водних розчинах за допомогою аморфних металевих сплавів (АМС) різного складу. На першому етапі з’ясовано, що лужне середовище (pH ~13) значно прискорює руйнування хромофорної системи барвника: інтенсивність поглинання при 560 нм спадає з 0,43 до 0,22 (у.о.), тоді як у нейтральних і кислих умовах падіння інтенсивності значно менше. Серед протестованих АМС найперспективнішими виявилися сплави на основі Алюмінію: АМС Al86Ni6Co2Gd6 забезпечив 95,5% деколоризації. Кінетичний аналіз продемонстрував, що реакція підпорядковується псевдопершому порядку з періодом напіврозпаду (t1/2 = 27,6 год.) SEM та EDX аналіз підтвердив наслідки проходження процесу та спектри елементного розподілу. Дослідження демонструє високий потенціал сплаву Al86Ni6Co2Gd6 як каталізатора для очищення стічних вод.

Ключові слова: : Brilliant Black E151; деградація азобарвника; аморфний сплав на основі алюмінію; Al86Ni6Co2Gd6; кінетичний аналіз; аналіз поверхні за допомогою SEM/EDX; очищення стічних вод.

Література:

    1. Tkaczyk A., Mitrowska K., Posyniak A. Synthetic organic dyes as contaminants of the aquatic environment and their implications for ecosystems: A review. Sci. Total Environ. 2020. Vol. 717. P. 137222. (https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2020.137222).
    2. Dutta S., Adhikary S., Bhattacharyaet S., al. Contamination of textile dyes in aquatic environment: Adverse impacts on aquatic ecosystem and human health, and its management using bioremediation. J. Environ. Manage. 2024. Vol. 353. P. 120103. (https://doi.org/10.1016/j.jenvman.2024.120103).
    3. Saxena S., Raja A.S.M. Natural dyes: Sources, chemistry, application and sustainability issues. In: Natural Dyes. Springer, Singapore, 2014. P. 37-80. (https://doi.org/10.1007/978-981-287-065-0_2).
    4. B. dos Santos, F. J. Cervantes, J. B. van Lier. Review paper on current technologies for decolourisation of textile wastewaters: Perspectives for anaerobic biotechnology. Bioresour. Technol. 2007. Vol. 98(12). P. 2369–2385. (https://doi.org/10.1016/j.biortech.2006.11.013).
    5. Muruganandham M., Swaminathan M. Photochemical oxidation of reactive azo dye with UV–H2O2 process. Dyes Pigm. 2004. Vol. 62(3). P. 269–275. (https://doi.org/10.1016/j.dyepig.2003.12.006).
    6. Schlichter S., Sapag K. et al. Metal-based mesoporous materials and their application as catalysts for the degradation of methyl orange azo dye. J. Environ. Chem. Eng. 2017. Vol. 5.(5). P. 5207–5214. (https://doi.org/10.1016/j.jece.2017.09.039).
    7. Chen Y., Chen F., Li L. et al. Progress and prospects of Mg-based amorphous alloys in azo dye wastewater treatment. J. Magnes. Alloys. Vol. 12(3). P. 873–889. (https://doi.org/10.1016/j.jma.2024.02.010).
    8. Li H.X., Lu Z.C., Wang S.L. et al. Fe-based bulk metallic glasses: Glass formation, fabrication, properties and applications. Prog. Mater. Sci. Vol. 103, P. 235–318. (https://doi.org/10.1016/j.pmatsci.2019.01.003).
    9. Zhang Ch., Zhang H., Manqi Lv., Hu Zh. et al. Decolorization of azo dye solution by Fe–Mo–Si–B amorphous alloy. J. Non-Cryst. Solids. Vol. 356(33–34). P. 1703–1706. (https://doi.org/10.1016/j.jnoncrysol.2010.06.019).
    10. Zhang Ch., Zhu Zh., Zhang H., Hu Zh. et al. Rapid decolorization of Acid Orange II aqueous solution by amorphous zero-valent iron. J. Environ. Sci. 2012. Vol. 24(6). P. 1021–1026. (https://doi.org/10.1016/S1001-0742(11)60894-2).
    11. Wang X., Pan Ye, Zhu Z., Wu J.et al. Efficient degradation of rhodamine B using Fe-based metallic glass catalyst by Fenton-like process. Chemosphere. 2014. Vol. 117. P. 638–644. (https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2014.09.055).
    12. Dutta K., Mukhopadhyay S., Bhattacharjee S., Chaudhuri B. Chemical oxidation of methylene blue using a Fenton-like reaction. J. Hazard. Mater. 2001. Vol. B84. P. 57–71. (https://doi.org/10.1016/S0304-3894(01)00202-3).
    13. Pei L., Zhang X, Yuan Z. et al. Application of Fe-based amorphous alloy in industrial wastewater treatment: A review. J. Renew. Mater. 2022. Vol. 10(4). P. 969–991. (https://doi.org/10.32604/jrm.2022.017617).
    14. Hou M.-F., Liao L., Zhang W.-D. et al. Degradation of rhodamine B by Fe (0)-based Fenton process with H2O2. Chemosphere. 2011. Vol. 83(9). P. 1279–1283. (https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2011.03.005).
    15. Xie S., Huang P., Kruzic J.J. et al. A highly efficient degradation mechanism of methyl orange using Fe-based metallic glass powders. Sci. Rep. 2016. Vol. 6. P. 21947. (https://doi.org/10.1038/srep21947).
    16. Jia Z., Kang J., Zhang W.C., et al. Surface aging behaviour of Fe-based amorphous alloys as catalysts during heterogeneous photo Fenton-like process for water treatment. Appl. Catal. B: Environ. 2017. Vol. 204(5). P. 537–547. (https://doi.org/10.1016/j.apcatb.2016.12.001).
    17. Fan J., Guo Ya., Wang Ji. et al. Rapid decolorization of azo dye methyl orange in aqueous solution by nanoscale zerovalent iron particles. J. Hazard. Mater. 2009. Vol. 166(2–3). P. 904–910. (https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2008.11.091).
    18. Wang J.-Q., Liu Ya.-H., Chen M.-W. et al. Advanced Functional Materials. Rapid degradation of azo dye by Fe-based metallic glass powder. Adv. Funct. Mater. 2012. Vol. 22(12). P. 2567–2570. (https://doi.org/10.1002/adfm.201103015).
    19. Katona T., Molnar A. Amorphous alloy catalysis. J. Catal. 1995. Vol. 153(2). P. 333–343. (https://doi.org/10.1006/jcat.1995.1134).
    20. Zhang L.-Ch., Jia Zh.,Lyu F., et al. A review of catalytic performance of metallic glasses in wastewater treatment: Recent progress and prospects. Prog. Mater. Sci. 2019. Vol. 105. P. 100576. (https://doi.org/10.1016/j.pmatsci.2019.100576).
    21. Inoue A., Takeuchi A. Recent development and application products of bulk glassy alloys. Acta Mater. 2011. Vol. 59(6). P. 2243–2267. (https://doi.org/10.1016/j.pmatsci.2019.100576).
    22. Ashby M.F., Greer A.L. Metallic glasses as structural materials. Scr. Mater. 2006. Vol. 54(3). P. 321–326. (https://doi.org/10.1016/j.scriptamat.2005.09.051).
    23. Li J., Mianyu B., Yanmao D, et al. Processing, production and anticorrosion behavior of metallic glasses: A critical review. J. Non-Cryst. Solids. 2023. Vol. 609. P. 122355. (https://doi.org/10.1016/j.jnoncrysol.2023.122355).
    24. Gu X., Zheng Yu., Zhong Sh. et al. Corrosion of, and cellular responses to Mg–Zn–Ca bulk metallic glasses. Biomaterials. 2010. Vol. 31(6). P. 1093–1103. (https://doi.org/10.1016/j.biomaterials.2009.11.015).
    25. Zhang Ch., Zhu Zh., Zhang H., et al. Effects of cobalt content on the decolorization properties of Fe–Si–B amorphous alloys. Results Phys. 2018. Vol. 10. P. 1–4. (https://doi.org/10.1016/j.rinp.2018.02.042).
    26. Li Z., Zhang W., Peng M., He W., et al. Corrosion and wear mechanisms of rare earth (Gd, Sc, Y)-doped Zr-based amorphous alloys. J. Mater. Res. Technol. 2024. Vol. 33. P. 4699–4712. (https://doi.org/10.1016/j.jmrt.2024.10.162).
    27. Zhang C., Zhu Zh., Zhang H., et al. Effects of the addition of Co, Ni or Cr on the decolorization properties of Fe–Si–B amorphous alloys. J. Phys. Chem. Solids. 2017. Vol. 110. P. 152–160. (https://doi.org/10.1016/j.jpcs.2017.06.010).
    28. Shi J., Ni B., Zhang Ji. et al. Effect of Ni addition on catalytic performance of Fe87Si5B2P3Nb2Cu1 amorphous alloys for degrading methylene blue dyes. Metals. 2019. Vol. 9(3). P. 341. (https://doi.org/10.3390/met9030341).
    29. Wang P., Wang Ju.-Q., Li H. et al. Fast decolorization of azo dyes in both alkaline and acidic solutions by Al-based metallic glasses. J. Alloys Compd. 2017. Vol. 701(15). P. 759–767. (https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2017.01.168).
    30. Sukhotin A.M., Kartashova K.M. The passivity of iron in acid and alkaline solutions. Corros. Sci. 1965. Vol. 5(5). P. 393–407. (https://doi.org/10.1016/S0010-938X(65)90560-3).

Як цитувати:

ГОЛОВАТЮК А., БОЙЧИШИН Л. КІНЕТИКА ДЕГРАДАЦІЇ АЗОБАРВНИКА BRILLIANT BLACK E151 У ЛУЖНОМУ СЕРЕДОВИЩІ ЗА УЧАСТІ АМОРФНОГО СПЛАВУ Al86Ni6Co2Gd6. Праці НТШ. Хім. Наук. 2025. Т. 78. С. 44-56.

Завантажити файл