Модифицирование природного цеолита углеродными нанотрубками для улучшения сорбционных свойств
Автор: Дьячкова Татьяна Юрьевна, Климов Евгений Семенович, Давыдова Ольга Александровна, Бузаева Мария Владимировна, Макарова Ирина Алексеевна, Кривошеева Яна Эмилевна, Судьин Юрий Иванович, Подольская Зоя Владимировна
Журнал: Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Химия @vestnik-susu-chemistry
Рубрика: Неорганическая химия
Статья в выпуске: 3 т.10, 2018 года.
Бесплатный доступ
Изучена возможность использования исходных и модифицированных природных минералов в качестве сорбентов для создания экономически приемлемых технологических систем для очистки технологических водных растворов и жидкостей. Исследованы процессы модифицирования природного цеолита углеродными нанотрубками. В качестве модифицирующей добавки в сорбент были использованы многостенные углеродные нанотрубки, полученные в токе аргона методом химического осаждения из паровой фазы с использованием металлоорганических соединений. Перед использованием многостенные углеродные нанотрубки измельчали. Так как совместимость наноуглеродного материала и матрицы сорбента в значительной мере зависит от наличия на поверхности цеолита и поверхности самого материала полярных карбоксильных групп, углеродные нанотрубки подвергали процессу функционализации полярными группами. Для получения на поверхности многостенных углеродных нанотрубок карбоксильных групп проводили обработку окислительной смесью концентрированных азотной и серной кислот. По реакции с триэтаноламином на основе карбоксилированных углеродных нанотрубок проводилась прививка на поверхности трубок четвертичной аммониевой соли. На основании полученных результатов была разработана методика модифицирования природного цеолита многостенными углеродными нанотрубками при совместном осаждении трубок с цеолитом в присутствии сульфата алюминия. При осаждении образуется мелкодисперсный порошок сорбента с включением наноуглеродного материала. Наиболее устойчивая система образуется при совместном осаждениии цеолита и карбоксилированных нанотрубок. Изучена сорбционная способность композиционного материала по отношению к ионам тяжелых металлов. Для применения модифицированного цеолита в системах очистки была изучена зависимость степени извлечения ионов цинка от содержания карбоксилированных нанотрубок в цеолите. Цеолит имеет жесткую каркасную структуру и для него возможно применение ультразвуковой интенсификации процессов сорбции. Время ультразвуковой обработки составило 80 секунд. Степень извлечения тяжелых металлов зависит от содержания углеродных нанотрубок в сорбционном материале и достигает для ионов цинка 98,0 % при содержании трубок в модифицированном цеолите 0,2 %.
Модифицирование, многостенные углеродные нанотрубки, композиционный материал, цеолит, сорбция, тяжелые металлы
Короткий адрес: https://sciup.org/147233102
IDR: 147233102 | DOI: 10.14529/chem180301
Список литературы Модифицирование природного цеолита углеродными нанотрубками для улучшения сорбционных свойств
- Булыжев, Е.М. Ресурсосберегающее применение смазочно-охлаждающих жидкостей при металлообработке / Е.М. Булыжев, Л.В. Худобин. - М.: Машиностроение, 2004. - 352 с.
- Булыжев, Е.М. Новое поколение силовых очистителей водных технологических жидкостей / Е.М. Булыжев, А.Ю. Богданов, Е.Н. Меньшов. - Ульяновск: УлГТУ, 2010. - 420 с.
- Климов, Е.С. Природные сорбенты и комплексоны в очистке сточных вод / Е.С. Климов, М.В. Бузаева. - Ульяновск: УлГТУ, 2011. - 201 с.
- Раков, Э.Г. Нанотрубки и фуллерены / Э.Г. Раков. - М.: Университетская книга: Логос, 2006. - 376 с.
- Sanchez, F. Nanotechnology in concrete - a review / F. Sanchez, K. Sobolev // Construction and Building Materials. - 2010. - № 24 (11). - Р. 2060-2071.
- Лукашин, А.В. Функциональные наноматериалы / А.В. Лукашин, А.А. Елисеев, Ю.Д. Третьякова. - М.: ФИЗМАТЛИТ, 2007. - 456 с.
- Тарасов, Б.П. Сорбция водорода углеродными наноструктурами / Б.П. Тарасов, Н.Ф. Гольдшлегер // Альтернативная энергетика и экология. - 2002. - № 3. - С. 20-38.
- Елецкий, А.В. Сорбционные свойства углеродных наноструктур / А.В. Елецкий // Успехи физических наук. - 2004. - Т. 174, № 11. - С. 1191-1231.
- Hydrogen adsorption/desorption behavior of multi-walled Carbon nanotubes with different diameters / P.-X. Hou, S.-T. Xu, Z. Ying et al. // Carbon - 2003. - V. 41, № 5. - P. 2471-2476.
- Adsorption of nicotine and tar from the mainstream smoke of cigarettes by oxidized carbon nanotubes / Z. Chen, L. Zhang, Y. Tang, Z. Jia // Appl. Surf. Sci. - 2006. - V. 252, № 8. - P. 2933-2937.
- Study of nitrogen adsorbed on single-walled carbon nanotube bundles / D.-H. Yoo, G.-H. Rue, Y.-H. Hwang, H.-K. Kim // J. Phys. Chem. B. - 2002. - V. 106, № 13. - P. 3371-3374.
- Capillary condensation of N2 on multiwall carbon nanotubes / S. Inoue, N. Ichikuni, T. Suzuki, K. Kaneko // J. Phys. Chem. B. - 1998. - V. 102, № 24. - P. 4689-4692.
- Preparation and modification of carbon nanotubes / D. Zhang, L. Shi, J. Fang, X. Li, K. Dai // Mater. Lett. - 2005. - V. 59. - P. 4044-4047.
- Li, Z. Nitrogen adsorption characterization of aligned multiwalled carbon nanotubes and their acid modification / Z. Li, Z. Pan, S. Dai // J. Colloid Interface Sci. - 2004. - V. 277, № 1. - Р. 35-42.
- Sensitivity of single wall Carbon nanotubes to oxidative processing: structural modification, intercalation and functionalisation / M.T. Martinez, M.A. Callejas, A.M. Benito et al. / Carbon. - 2003. - V. 41, № 12. - P. 2247-2256.
- Ткачев, А.Г. Углеродный наноматериал «Таунит» - структура, свойства, производство и применения / А.Г. Ткачев // Перспективные материалы. - 2007. - Т. 177, № 3. - С. 5-9.
- Lu, Ch. Removal of nickel (II) from aqueous solution by carbon nanotubes / Ch. Lu, Ch. Liu // J. Chem. Technol. Biotechnol. - 2006. - № 81, № 12. - P. 1932-1940.
- Roy, A. Removal of Cu(II), Zn(II) and Pb (II) from water using microwave-assisted synthesized maghemite nanotubes / A. Roy, J. Bhattacharya // Chem. Eng. J. - 2012. - V. 211-212. - P. 493-500.
- Alaa, M. Efficient removal of La (III) and Nd (III) from aqueous solutions using carbon nanoparticles / M. Alaa, A. Kolesnikov, A. Desyatov // American Journal of Analytical Chemistry. - 2014. -V. 5, № 17. - P. 1273-1284.
- Afkhami, A. Adsorptive removal of Congo red, a carcinogenictextile dye, from aqueous solutions by maghemite nanoparticles / A. Afkhami, R. Moosavi // J. Hazard. Mater. - 2010. - V. 174. - P. 398-403.
- Милютина, А.Д. Адсорбция ионов меди из водного раствора с использованием углеродных наноматериалов / А.Д. Милютина, В. А. Колесников // Успехи в химии и химической технологии. - 2015. - Т. 29, № 1. - С. 43-45.
- Структурно-адсорбционные свойства углеродных нанотрубок, модифицированных кислородом / Л.Ю. Котел, С.Я. Бричка, А.В. Бричка, П.П. Горбик // Химия, физика и технология поверхности. - 2007. - № 13. - С. 217-223.
- Строение поверхности и адсорбционные свойства многослойных углеродных нанотрубок / С.Я. Бричка, Л.А. Белякова, Г.П. Приходько, Н.В. Роик // Известия АН. Серия химическая. - 2006. - № 10. - С. 1712-1715.
- Некоторые аспекты синтеза многостенных углеродных нанотрубок химическим осаждением из паровой фазы и характеристики полученного материала / Е.С. Климов, М.В. Бузаева, О.А. Давыдова и др. // Журнал прикладной химии. - 2014. - Т. 87, № 8. - С. 1128-1132.
- Изменение поверхности и свойств многостенных углеродных нанотрубок при физико-химическом модифицировании / Е.С. Климов, М.В. Бузаева, О.А. Давыдова и др. // Журнал прикладной химии. - 2015. - Т. 88, № 8. - С. 1105-1110.
- Фильтровальные материалы на основе многостенных углеродных нанотрубок для очистки жидкостей / Т.Ю. Дьячкова, А.В. Исаев, И.А. Макарова и др. // Вестник ЮУрГУ. Серия «Химия». - 2017. - Т. 9, № 3. - С. 5-11.
