Сорбционные свойства слоистых двойных гидроксидов, полученных при ультразвуковом воздействии

Обложка
  • Авторы: Голубев Р.А.1, Рубаник В.В.2, Рубаник мл. В.В.3, Критченков И.С.4, Критченков А.С.5
  • Учреждения:
    1. Институт технической акустики Национальной академии наук Беларуси, Витебск Российский университет дружбы народов, Москва
    2. Институт технической акустики Национальной академии наук Беларуси, Витебск
    3. Институт технической акустики Национальной академии наук Беларуси, Витебск
    4. Институт технической акустики Национальной академии наук Беларуси, Витебск Санкт-Петербургский государственный университет, Санкт-Петербург
    5. Институт технической акустики Национальной академии наук Беларуси, Витебск Российский университет дружбы народов, Москва
  • Выпуск: № 4 (2023)
  • Страницы: 19-30
  • Раздел: Статьи
  • URL: https://vektornaukitech.ru/jour/article/view/890
  • DOI: https://doi.org/10.18323/2782-4039-2023-4-66-2
  • ID: 890

Цитировать

Полный текст

Аннотация

Слоистые двойные гидроксиды (СДГ) можно отнести к классу перспективных материалов благодаря простоте синтеза, а также обширной сфере их применения. Однако процесс синтеза СДГ в зависимости от их химического состава может занимать от десятков часов до нескольких суток. Ранее было установлено, что воздействие ультразвуком в процессе получения СДГ значительно сокращает время синтеза, а полученные таким способом СДГ интересны в отношении изучения их физико-химических свойств, а также сорбционной способности. В работе получены Mg/Fe СДГ в нитратной форме традиционным методом, а также при совместном действии ультразвука и повышенного гидростатического давления. Полученные образцы охарактеризованы с помощью комплекса физико-химических методов анализа, включающих сканирующую электронную микроскопию (СЭМ), инфракрасную спектроскопию (ИК), рентгенофазовый анализ (РФА), термогравиметрический анализ (ТГА) с дифференциальной сканирующей калориметрией (ДСК). Проведены эксперименты по исследованию сорбционной способности полученных образцов Fe/Mg СДГ по отношению к хромат-ионам в нормальных условиях, а также при действии ультразвука, в т. ч. в сочетании с повышенным гидростатическим давлением. На фотоэлектрическом фотометре были получены и проанализированы данные c количественными значениями процесса сорбции. Данные, полученные в ходе комплексного анализа готового продукта, указывают на то, что синтезированный материал является Mg/Fe слоистым двойным гидроксидом. При проведении рентгенофазового анализа выявлено, что синтез СДГ с применением ультразвука и давления повышает степень кристалличности конечного продукта. Установлено, что сорбционные свойства СДГ, полученных традиционным способом, и СДГ, полученных под действием ультразвука и давления, отличаются. У Mg/Fe СДГ, синтезированных традиционным методом, сорбция хромата протекает лучше, чем у образцов, синтезированных при помощи ультразвуковой обработки в сочетании с повышенным гидростатическим давлением. Показано, что процесс сорбции исследованных образцов СДГ описывается разными математическими моделями.

Об авторах

Роман Александрович Голубев

Институт технической акустики Национальной академии наук Беларуси, Витебск
Российский университет дружбы народов, Москва

Автор, ответственный за переписку.
Email: asdfdss.asdasf@yandex.ru

младший научный сотрудник, аспирант

Белоруссия

Василий Васильевич Рубаник

Институт технической акустики Национальной академии наук Беларуси, Витебск

Email: v.v.rubanik@tut.by
ORCID iD: 0000-0002-0350-1180

доктор технических наук, член-корреспондент Национальной академии наук Беларуси, доцент, заведующий лабораторией физики металлов

Белоруссия

Василий Васильевич Рубаник мл.

Институт технической акустики Национальной академии наук Беларуси,
Витебск

Email: ita@vitebsk.by
ORCID iD: 0000-0002-9268-0167

доктор технических наук, доцент, директор

Белоруссия

Илья Сергеевич Критченков

Институт технической акустики Национальной академии наук Беларуси, Витебск
Санкт-Петербургский государственный университет, Санкт-Петербург

Email: ilya.kritchenkov@gmail.com
ORCID iD: 0000-0003-0108-0690

кандидат химических наук, старший научный сотрудник

Белоруссия

Андрей Сергеевич Критченков

Институт технической акустики Национальной академии наук Беларуси, Витебск
Российский университет дружбы народов, Москва

Email: platinist@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-6411-5988

доктор химических наук, ведущий научный сотрудник

Белоруссия

Список литературы

  1. Aflak N., El Mersly L., Ben El Ayouchia H., Rafqah S., Anane H., Julve M., Stiriba S.E. A new Cu3Al-layered double hydroxide heterogeneous catalyst for azide-alkyne [3 + 2] cycloaddition reaction in water // Journal of Coordination Chemistry. 2022. Vol. 75. № 17-18. P. 2346–2358. doi: 10.1080/00958972.2022.2105701.
  2. Yu Seungjin, Piao Huiyan, Rejinold N. Sanoj, Lee Hanna, Choi Goeun, Choy Jin-Ho. pH-Responsive Inorganic/Organic Nanohybrids System for Controlled Nicotinic Acid Drug Release // Molecules. 2022. Vol. 27. № 19. Article number 6439. doi: 10.3390/molecules27196439.
  3. de Souza dos Santos G.E., dos Santos Lins P.V., Oliveira L.M.T.M., Oliveira da Silva E., Anastopoulos I., Erto A., Giannakoudakis D.A., Almeida A.R.F., Duarte J.L., Meili L. Layered double hydroxides/biochar composites as adsorbents for water remediation applications: recent trends and perspectives // Journal of Cleaner Production. 2020. Vol. 284. Article number 124755. doi: 10.1016/j.jclepro.2020.124755.
  4. Johnston A.-L., Lester E., Williams O., Gomes R. Understanding Layered Double Hydroxide properties as sorbent materials for removing organic pollutants from environmental waters // Journal of Environmental Chemical Engineering. 2021. Vol. 9. № 4. Article number 105197. doi: 10.1016/j.jece.2021.105197.
  5. Matusik J., Rybka K. Removal of chromates and sulphates by Mg/Fe LDH and heterostructured LDH/halloysite materials: Efficiency, selectivity, and stability of adsorbents in single- and multi-element systems // Materials. 2019. Vol. 12. № 9. Article number 1373. doi: 10.3390/ma12091373.
  6. Shafiq M., Alazba A.A., Amin M.T. Preparation of ZnMgAl-Layered Double Hydroxide and Rice Husk Biochar Composites for Cu(II) and Pb(II) Ions Removal from Synthetic Wastewater // Water (Switzerland). 2023. Vol. 15. № 12. Article number 2207. doi: 10.3390/w15122207.
  7. Roy S.C., Rahman M.A., Celik A. et al. Efficient removal of chromium(VI) ions by hexagonal nanosheets of CoAl–MoS4 layered double hydroxide // Journal of Coordination Chemistry. 2022. Vol. 75. № 11-14. P. 1581–1595. doi: 10.1080/00958972.2022.2101103.
  8. Ma Lijiao, Islam S.M., Liu Hongyun, Zhao Jing, Sun Genban, Li Huifeng, Ma Shulan, Kanatzidis M.G. Selective and Efficient Removal of Toxic Oxoanions of As(III), As(V), and Cr(VI) by Layered Double Hydroxide Intercalated with MoS42− // Chemistry of Materials. 2017. Vol. 29. № 7. P. 3274–3284. doi: 10.1021/acs.chemmater.7b00618.
  9. Sankaranarayanan S., Gupta M. Emergence of God’s favorite metallic element: Magnesium based materials for engineering and biomedical applications // Materials Today: Proceedings. 2021. Vol. 39. P. 311–316. doi: 10.1016/j.matpr.2020.07.220.
  10. Williams G.R., O'Hare D. Towards Understanding, Control and Application of Layered Double Hydroxide Chemistry // Cheminform. 2006. Vol. 37. № 45. doi: 10.1002/chin.200645266.
  11. Evans D.G., Slade R.C.T. Structural Aspects of Layered Double Hydroxides // Layered Double Hydroxides. Berlin: Springer Berlin Heidelberg, 2006. P. 1–87. doi: 10.1007/430_005.
  12. Srilakshmi Ch., Thirunavukkarasu Th. Enhanced adsorption of Congo red on microwave synthesized layered Zn–Al double hydroxides and its adsorption behaviour using mixture of dyes from aqueous solution // Inorganic Chemistry Communications. 2019. Vol. 100. P. 107–117. doi: 10.1016/j.inoche.2018.12.027.
  13. Goh Kok-Hui, Lim Teik Thye, Dong Zhili. Application of layered double hydroxides for removal of oxyanions: A review // Water Research. 2008. Vol. 42. № 6-7. P. 1343–1368. doi: 10.1016/j.watres.2007.10.043.
  14. Huang Weiya, Yu Xiang, Li Dan. Adsorption removal of Congo red over flower-like porous microspheres derived from Ni/Al layered double hydroxide // RSC Advances. 2015. Vol. 5. № 103. P. 84937–84946. doi: 10.1039/C5RA13922H.
  15. Ibrahimova K.A. The Synthesis Methods and Applications of Layered Double Hydroxides – a Brief Review // NNC RK Bulletin. 2022. № 4. P. 16–29. doi: 10.52676/1729-7885-2022-4-17-29.
  16. Olanrewaju J., Newalkar B.L., Mancino C., Komarneni S. Simplified synthesis of nitrate form of layered double hydroxide // Materials Letters. 2000. Vol. 45. № 6. P. 307–310. doi: 10.1016/S0167-577X(00)00123-3.
  17. Li Yanlin, Wang Jun, Li Zhanshuang, Liu Qi, Liu Jingyuan, Liu Lianhe, Zhang Xiaofei, Yu Jing. Ultrasound assisted synthesis of Ca–Al hydrotalcite for U (VI) and Cr (VI) adsorption // Chemical Engineering Journal. 2013. Vol. 218. P. 295–302. doi: 10.1016/j.cej.2012.12.051.
  18. Salak A.N., Vieira D.E.L., Lukienko I.M. et al. High-Power Ultrasonic Synthesis and Magnetic-Field-Assisted Arrangement of Nanosized Crystallites of Cobalt-Containing Layered Double Hydroxides // ChemEngineering. 2019. Vol. 3. № 3. Article number 62. doi: 10.3390/chemengineering3030062.
  19. Sokol D., Vieira D.E.L., Zarkov A., Ferreira M.G.S., Beganskiene A., Rubanik V.V., Shilin A.D., Kareiva A., Salak A.N. Sonication accelerated formation of Mg–Al-phosphate layered double hydroxide via sol-gel prepared mixed metal oxides // Scientific Reports. 2019. Vol. 9. № 1. Article number 10419. doi: 10.1038/s41598-019-46910-5.
  20. Abdel Aziz S.A.A., GadelHak Y., Mohamed M.B.E.D., Mahmoud R. Antimicrobial properties of promising Zn–Fe based layered double hydroxides for the disinfection of real dairy wastewater effluents // Scientific Reports. 2023. Vol. 13. № 1. Article number 7601. doi: 10.1038/s41598-023-34488-y.
  21. Abdel-Hady E.E., Mohamed H.F.M., Hafez S.H.M., Fahmy A.M.M., Magdy A., Mohamed A.S., Ali E.O., Abdelhamed H.R., Mahmoud O.M. Textural properties and adsorption behavior of Zn–Mg–Al layered double hydroxide upon crystal violet dye removal as a low cost, effective, and recyclable adsorbent // Scientific Reports. 2023. Vol. 13. № 1. Article number 6435. doi: 10.1038/s41598-023-33142-x.
  22. Ghanbari N., Ghafuri H. Preparation of novel Zn–Al layered double hydroxide composite as adsorbent for removal of organophosphorus insecticides from water // Scientific Reports. 2023. Vol. 13. № 1. Article number 10215. doi: 10.1038/s41598-023-37070-8.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© ,



Данный сайт использует cookie-файлы

Продолжая использовать наш сайт, вы даете согласие на обработку файлов cookie, которые обеспечивают правильную работу сайта.

О куки-файлах