Разработка технологии применения наноструктурированных комплексов на основе тяжелых металлов в строительных растворах
Автор: Ильин Владимир Михайлович, Боев Евгений Владимирович, Исламутдинова Айгуль Акрамовна, Аминова Эльмира Курбангалиевна
Журнал: Нанотехнологии в строительстве: научный интернет-журнал @nanobuild
Рубрика: Применение наноматериалов и нанотехнологий в строительстве
Статья в выпуске: 5 т.14, 2022 года.
Бесплатный доступ
Введение. Тяжелые металлы (медь, цинк, никель, свинец, хром, кобальт, кадмий) попадают в строительные материалы с природным и техногенным сырьем. Химический и минералогический состав крупнотоннажных отходов нефтехимической отрасли прекрасно подходит для производства строительных материалов. Присутствие тяжелых металлов в составе строительных композиций обеспечивает высокую прочность и морозостойкость. В настоящее время наноструктурированные металлсодержащие комплексы применяются в производстве строительных растворов, поэтому необходимо обеспечить надежное связывание тяжелых металлов в структурно устойчивые соединения, чтобы не происходила их эмиссия и вторичное загрязнение окружающей среды. Особый интерес исследователей вызывают ежегодно увеличивающиеся объемы шламмонакопителей, содержащие высокие концентрации тяжелых металлов, таких как хром Cr (+6), медь Си (+2), свинец Pb (+2), железо Fe (+2) и Fe (+3). Квалифицированное извлечение перечисленных металлов и связывание их в качестве нанокомпонентов в составе комплексообразователя обеспечит создание наноструктурной композиции в рецептуре приготовления строительного раствора различного назначения. Методы и материалы. Основным способом выделения тяжелых металлов являются сорбционные методы. В работе предложен способ получения алкиленаминополикарбоновых кислот и изучена его способность образовывать нанометаллические комплексные соединения для извлечения тяжелых металлов. Результаты и обсуждение. Проведены исследования эффективности полученных соединений - карбоксиметильных производных гексамина в качестве наноструктурированных комплексообразрвателей для связывания наночастиц металлов в нефтешламе. Подобраны оптимальные условия синтеза и доказана структура полученных комплексообразователей методами инфракрасного и ультрафиолетового излучения, а также методом ядерно-магнитного резонанса. Заключение. Полученные наностуктурированные добавки обладают связывающими свойствами, обеспечивающими высокое сцепление тяжелого металла с органическим субстратом и компонентами строительного раствора, что позволяет обеспечить прочную композицию, сохраняющую эксплуатационные свойства, удовлетворяющие техническим требованиям.
Наноструктурированные комплексы, строительные растворы, нитрил акриловой кислоты, монохлоруксусная кислота, пиперазин, этилендиамин, бензимидазол, тяжелые металлы
Короткий адрес: https://sciup.org/142236265
IDR: 142236265 | УДК: 547.461.4:678.745.2:678.746.52 | DOI: 10.15828/2075-8545-2022-14-5-398-404
Development of heavy metal-based nanostructured complex technology for use in building mortar
Introduction. Heavy metals (copper, zinc, nickel, lead, chromium, cobalt, cadmium) get into constructional materials with natural and man-made raw materials. The chemical and mineralogical composition of large-tonnage wastes from the petrochemical industry is perfect for constructional materials production. Heavy metals in constructional compositions provide high strength and frost resistance. Currently, nanostructured metal-containing complexes are used in the production of mortars. Therefore, it is necessary to ensure the reliable binding of heavy metals into structurally stable compounds to avoid their emission and secondary environmental pollution. The steadily growing volumes of sludge reservoirs with high concentrations of heavy metals such as chromium (Cr +6), copper (+2), lead (+2), iron (+2), and Fe (+3) cause particular interest to researchers. Qualified extraction of the listed metals and binding them as nanocomponents in the composition of the complexing agent will ensure the creation of a nanostructural composition in the recipe for the preparation of mortar for various purposes. Methods and materials. Sorption methods are the main way to isolate heavy metals. The paper proposes a method for the production of alkyleneaminopolycarboxylic acids and studies its ability to form nanometallic complex compounds for the extraction of heavy metals. Results and discussions. In order to bind metal nanoparticles in oil sludge, the efficiency of the produced compounds, carboxymethyl derivatives of hexamine, was investigated. Optimum synthesis conditions were selected and the structure of the obtained complexing agents was proved by infrared and ultraviolet radiation methods as well as by the method of nuclear magnetic resonance. Conclusion. The resulting nanostructured additions have binding properties that provide high adhesion of the heavy metal to the organic substrate and mortar components, which makes it possible to provide a strong composition that maintains operational properties that meet technical requirements.
Список литературы Разработка технологии применения наноструктурированных комплексов на основе тяжелых металлов в строительных растворах
- Parshall G.W. Intramolecular Aromatic Substitution in Transition Metal Complexes // Accounts of Chemical Research. – 1970. – Vol. 3 (4). – P. 139–144.
- Dehand J., Pfeffer M. Cyclometallated compounds // Coordination Chemistry Reviews. – 1976. – Vol. 18 (3). – P. 327–352.
- Shilov A.E., Shul’pin G.B. Activation of C–H bonds by metal complexes // Chemical Reviews. – 1997. – Vol. 97 (8). – P. 2879–2932.
- Peris E., Crabtree R.H. Key factors in pincer ligand design // Chemical Society Reviews. – 2018. – Vol. 47 (6). – P. 1959–1968.
- Selander N., Szabó K.J. Catalysis by palladium pincer complexes // Chemical Reviews. – 2011. – Vol. 111 (3). – P. 2048–2076.
- González-Sebastián L., Morales-Morales D. Cross-coupling reactions catalysed by palladium pincer complexes. A review of recent advances // Journal of Organometallic Chemistry. – 2019. – Vol. 893. – P. 39–51.
- Kumar L. M., Bhat B. R. Cobalt pincer complex catalyzed Suzuki-Miyaura cross coupling–A green approach // Journal of Organometallic Chemistry. –2017. – Vol. 827. – P. 41–48.
- Albrecht M., Van Koten G. Platinum group organometallics based on “pincer” complexes: Sensors, switches, and catalysts // Angewandte Chemie – International Edition. – 2001. – Vol. 40 (20). – P. 3750–3781.
- Motolko K.S., Price J.S., Emslie D.J., Jenkins H.A., Britten J.F. Zirconium complexes of a rigid, dianionic pincer ligand: Alkyl cations, arene coordination, and ethylene polymerization // Organometallics. – 2017. – Vol. 36 (16). – P. 3084–3093.
- Obligacion J.V., Chirik P.J. Earth-abundant transition metal catalysts for alkene hydrosilylation and hydroboration // Nature Reviews Chemistry. – 2018. – Vol. 2 (5). – P. 15–34.
- МУ 2.1.674-97. Санитарно-гигиеническая оценка стройматериалов с добавлением промотходов. М.: Минздрав России. 1997. 40 с.
- СанПиН 2.1.3684-21 «Санитарно-эпидемиологические требования к содержанию территорий городских и сельских поселений, к водным объектам, питьевой воде и питьевому водоснабжению, атмосферному воздуху, почвам, жилым помещениям, эксплуатации производственных, общественных помещений, организации и проведению санитарно-противоэпидемических (профилактических) мероприятий» (с изменениями на 14 февраля 2022 года)
- Шадрунова И.В., Минеева И.А., Шадрунов В.А. Роль и механизм действия органических комплексообразователей при сернокислотном выщелачивании медных и медно-цинковых руд: Тезисы докладов Международной научнотехнической конференции. Магнитогорск. 2001. С. 77
- Бека М., Надьпал И. Исследование комплексообразования новейшими методами. M.: Мир, 1989. 413 с.
- Бьеррум Я. Образование амминов металлов в водном растворе. M.: Изд. иност. литературы, 1961. 308 c.
- Координационная химия редкоземельных элементов // Метод. пособие под ред. Спицына В.И., Мартыненко JI. И. М.: Изд. МГУ, 1974. С. 17.
- Fidelis I., Siekierski S. On the regularities or tetrad effect in complex formation by f-electron elements. A doubledouble effect // J. Inorg. Nucl. Chem. – 1971. – V. 33. – P. 3191–3194.
- Nugent L.J. Theory of the tetrad effect in the lanthanide (III) and actinide (III) series // J. Inorg. Nucl. Chem. – 1970. – V. 32. – P. 3485–3490.
- Peppard D.F., Mason G.W., Lewis S. A tetrad effect in the liquid-liquid extraction ordering of lanthanide (III) // J. Inorg. Nucl. Chem. – 1969. – V. 31. P. 2271–2272.
- Бьеррум Я. Образование амминов металлов в водном растворе. M.: Изд. иност. литературы, 1961. 308 c.
- Координационная химия редкоземельных элементов // Метод, пособие под ред. Спицына В.И., Мартыненко JI. И. М.: Изд. МГУ, 1974. С. 17.
