Известия Саратовского университета. Новая серия.

Серия Химия. Биология. Экология

ISSN 1816-9775 (Print)
ISSN 2541-8971 (Online)

Для цитирования:

Губин А. С., Суханов П. Т., Кушнир А. А. Синтез магнитных сорбентов на основе наночастиц магнетита и гуминовых кислот и их применение для сорбции фенольных экотоксикантов // Известия Саратовского университета. Новая серия. Серия: Химия. Биология. Экология. 2020. Т. 20, вып. 3. С. 244-253. DOI: 10.18500/1816-9775-2020-20-3-244-253

Статья опубликована на условиях лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International (CC-BY 4.0).
Полный текст в формате PDF(Ru):
скачать
(загрузок: 110)
Язык публикации: 
русский
Рубрика: 
Химия
Тип статьи: 
Научная статья
УДК: 
543.05:547.56:691.175.746
DOI: 
10.18500/1816-9775-2020-20-3-244-253

Синтез магнитных сорбентов на основе наночастиц магнетита и гуминовых кислот и их применение для сорбции фенольных экотоксикантов

Авторы: 
Губин Александр Сергеевич, Воронежский государственный университет инженерных технологий
Суханов Павел Тихонович, Воронежский государственный университет инженерных технологий
Кушнир Алексей Алексеевич, Воронежский государственный университет инженерных технологий
Аннотация: 

Методом гидротермального синтеза получены наночастицы Fe3O4 , поверхность которых была покрыта гуминовыми кислотами, выделенными из чернозема, сапропеля, торфа и бурого угля. Свойства полученных сорбентов изучали с применением ИК-спектроскопии, сканирующей и просвечивающей микроскопии, намагниченность насыщения устанавливали с применением вибрационного магнетометра. Максимальное содержание азотсодержащих групп установлено в гуминовых кислотах, полученных из сапропеля, минимальное - из бурого угля. Сорбционные свойства данных полимеров проверяли по отношению к 12 разным фенолам. Установлено, что максимальная эффективность сорбции достигается при рН 3-4. Степень извлечения максимальна для образца наночастиц, покрытых сапропелем, и составляет для фенола, 2-хлорфенола, 4-хлорфенола, 2,4-дихлорфенола, 2,4,6-трихлорфенола, пентахлорфенола, 2-нитрофенола, 4-нитрофенола, 2,4-динитрофенола, 2,4,6-тринитрофенола, гваякола, нонилфенола соответственно 61, 65, 65, 71, 79, 89, 68, 67, 64, 62, 60, 94 (при массе сорбента 0,05 г и объеме раствора 10 мл). Сорбционное равновесие для наиболее гидрофильных фенолов достигается за 30 мин, для гидрофобных - около 60 мин. Предельная сорбция исследуемых соединений на наиболее эффективном сорбенте (Fe3O4@СП) варьируется от 112 (для фенола) до 466 мг/г (для пентахлорфенола).

Ключевые слова: 
гуминовые кислоты
сорбция
фенол
магнитные наночастицы
Список источников: 
  1. Yadav V. B., Gadi R., Kalra S. Clay based nanocomposites for removal of heavy metals from water: A review // Journal of Environmental Management. 2019. Vol. 232. P. 803–817. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jenvman.2018.11.120
  2. Akpomie K. G., Onyeabor C. F., Ezeofor C. C., Ani J. U., Eze S. I. Natural aluminosilicate clay obtained from southeastern Nigeria as potential sorbent for oil spill remediation // Journal of African Earth Sciences. 2019. Vol. 155. P. 118–123. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jafrearsci.2019.04.013
  3. Bel Hadjltaief H., Sdiri A., Ltaief W., Da Costa P., Galvez M. E., Ben Zina M. Effi cient removal of cadmium and 2-chlorophenol in aqueous systems by natural clay : Adsorption and photo-Fenton degradation processes // Comptes Rendus Chimie. 2018. Vol. 21, № 3–4. P. 253–262. DOI: https://doi.org/10.1016/j.crci.2017.01.009
  4. Hu X., Jia L., Cheng J., Sun Z. Magnetic ordered mesoporous carbon materials for adsorption of minocycline from aqueous solution : Preparation, characterization and adsorption mechanism // Journal of Hazardous Materials. 2018. Vol. 362. P. 1–8. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2018.09.003
  5. Dos Santos J. M. N., Pereira C. R., Foletto E. L., Dotto, G. L. Alternative synthesis for ZnFe2O4 / chitosan magnetic particles to remove diclofenac from water by adsorption // International Journal of Biological Macromolecules. 2019. Vol. 131. P. 301–308. DOI: https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2019.03.079
  6. Kholodov V. A., Yaroslavtseva N. V., Konstantinov A. I., Perminova I. V. Preparative yield and properties of humic acids obtained by sequential alkaline extractions. Eurasian Soil Science, 2015, vol. 48, no. 10, pp. 1101–1109 (in Russian). DOI: https://doi.org/10.1134/s1064229315100051
  7. European Commission. Commission Implementing Decision (EU) 2015/495 of 20 March 2015 establishing a watch list of substances for Union-wide monitoring in the fi eld of water policy pursuant to Directive 2008/105/EC of the European Parliament and of the Council, C (2015) 1756 EU 2015/495 § (2015). URL: https://eur-lex.europa.eu/legal-content/EN/TXT/PDF/?urlCELEX:32015D0495&... (дата обращения: 26.11.19).
  8. Vlastos D., Antonopoulou M., Konstantinou I. Evaluation of toxicity and genotoxicity of 2-chlorophenol on bacteria, fi sh and human cells // Science of The Total Environment. 2016. Vol. 551–552. P. 649–655. DOI: https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2016.02.043
  9. Sheikh I. A., Tayubi I. A., Ahmad E., Ganaie M. A., Bajouh O. S., AlBasri S. F., Ibtihal M. J., Abdulkarim Beg M. A. Computational insights into the molecular interactions of environmental xenoestrogens 4- tert -octylphenol, 4-nonylphenol, bisphenol A (BPA), and BPA metabolite, 4-methyl-2, 4-bis (4-hydroxyphenyl) pent-1- ene (MBP) with human sex hormone-binding globulin // Ecotoxicology and Environmental Safety. 2017. Vol. 135. P. 284–291. DOI: https://doi.org/10.1016/j.ecoenv.2016.10.005
  10. Tolmacheva V. V., Apyari V. V., Kochuk E. V., Dmitrienko S. G. Magnetic adsorbents based on iron oxide nanoparticles for the extraction and preconcentration of organic compounds. Journal of Analytical Chemistry, 2016, vol. 71, no. 4, pp. 321–338 (in Russian).
  11. Baranov D. A., Gubin S. P. Magnetic nanoparticles: achievements and problems of chemical synthesis. Radioelectronics. Nanosystems. Information Technology, 2009, vol. 1, no. 1-2, pp. 129–147 (in Russian).
  12. De Matteis L., Custardoy L., Fernander-Pacheco R. Ultrathin MgO coating of superparamagnetic magnetite nanoparticles by combined coprecipitation and sol–gel synthesis // Chemistry of Materials. 2012. Vol. 24, № 3. P. 451–456. DOI: https://doi.org/10.1021/cm202306z
  13. Gubin A. S., Sukhanov P. T., Kushnir A. A., Proskuryakova E. D. Recovery and preconcentration of phenols from aqueous solutions with a magnetic sorbent based on fe3o4 nanoparticles and hyper-cross-linked polystyrene. Russian Journal of Applied Chemistry, 2018, vol. 91, no. 10, pp. 1626–1634 (in Russian). DOI: https://doi.org/10.1134/S1070427218100099
  14. Lanin S. N., Rychkova S. A., Vinogradov A. E., Viryasov M. B., Vlasenko E. V., Lanina K. S., Nesterenko P. N., Khokhlova T. D. Acid-base and adsorption properties of porous microdispersed detonation nanodiamonds. Sorption and Chromatographic Processes, 2017, vol. 17, no. 1, pp. 63–77 (in Russian).
  15. Gubin A. S., Sukhanov P. T., Kushnir A. A. Extraction of Phenols from Aqueous Solutions by Magnetic Sorbents Modifi ed with Humic Acids. Moscow University Chemistry Bulletin, 2019, vol. 74, no. 5, pp. 257–264 (in Russian). DOI: https://doi.org/10.3103/S0027131419050055
  16. Liu X., Kaminski M. D., Guan Y., Chen H., Liu H., Rosengart A. J. Preparation and characterization of hydrophobic superparamagnetic magnetite gel // Journal of Magnetism and Magnetic Materials. 2006. Vol. 306, № 2. Р. 248–253. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jmmm.2006.03.049
  17. Koesnarpadi S., Santosa S. J., Siswanta D., Rusdiarso B. Humic Acid coated Fe3O4 nanoparticle for phenol sorption // Indones. J. Chem. 2017. Vol. 17, № 2. P. 274–283. DOI: https://doi.org/10.22146/ijc.22545
  18. Суханов П. Т., Кушнир А. А. Сорбция нитрофенолов из водных сред полимерными сорбентами на основе N-винилпирролидона // Вестн. Моск. ун-та. Сер. 2. Химия. 2019. Т. 60, № 2. С. 117–123.
  19. Alharbi O. M. L. Sorption, kinetic, thermodynamics and artifi cial neural network modelling of phenol and 3-amino-phenol in water on composite iron nano-adsorbent // Journal of Molecular Liquids. 2018. Vol. 260. P. 261–269. DOI: https://doi.org/10.1016/j.molliq.2018.03.104
  20. Wu Y., Chen B. Effect of fulvic acid coating on biochar surface structure and sorption properties towards 4-chlorophenol // Science of The Total Environment. 2019. Vol. 691. P. 595–604. DOI: https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2019.06.501
  21. Radhika M., Palanivelu K. Adsorptive removal of chlorophenols from aqueous solution by low cost adsorbent–Kinetics and isotherm analysis // J. Hazard Mater. 2006. Vol. 138, № 1. Р. 116–124. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2006.05.045
  22. Zhou L.-C., Meng X.-G., Fu J.-W., Yang Y.-C., Yang P., Mi C. Highly effi cient adsorption of chlorophenols onto chemically modifi ed chitosan // Applied Surface Science. 2014. Vol. 292. P. 735–741. DOI: https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2013.12.041
  23. Hadjltaief H. B., Sdiri A., Ltaief W., Da Costa P., Galvez M. E., Zina M. B. Effi cient removal of cadmium and 2-chlorophenol in aqueous systems by natural clay: adsorption and photo-Fenton degradation processes // Comptes Rendus Chimie. 2018. Vol. 21, № 3-4. P. 253–262. DOI: https://doi.org/10.1016/j.crci.2017.01.009
Поступила в редакцию: 
31.08.2020