Влияние точки нулевого заряда и поверхностной функциональности на кинетику и емкость адсорбции пиклорама на углеродных сорбентах различного происхождения
Автор: Булкин С.А., Шарифуллина Л.Р.
Журнал: Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Химия @vestnik-susu-chemistry
Рубрика: Физическая химия
Статья в выпуске: 2 т.18, 2026 года.
Бесплатный доступ
Представлены результаты сравнительного исследования адсорбции стойкого хлорорганического гербицида пиклорама (4-амино-3,5,6-трихлорпиридин-2-карбоновой кислоты) на серии углеродных сорбентов с различными поверхностными свойствами. Целью работы являлось установление взаимосвязей между кислотно-основными характеристиками, текстурными параметрами сорбентов и их адсорбционной активностью, а также определение доминирующих механизмов сорбции. Объектами исследования служили четыре углеродных материала: активированный уголь из скорлупы кокосового ореха (АУКО), мезопористый сорбент (МНУМ-2), активированный уголь из скорлупы макадамии (МО800-60) и макропористый Сибунит. Определяли их удельную поверхность (SБЭТ от 420 до 1150 м2/г), пористость, точку нулевого заряда (pHpzc от 4,80 до 8,50) и химический состав методами низкотемпературной адсорбции азота, потенциометрического титрования, ИК-Фурье спектроскопии и рентгеноспектрального микрозондового анализа. Кинетику и равновесие адсорбции пиклорама изучали в статических условиях при начальных концентрациях 20–200 мг/л. Обнаружена обратная корреляция между временем достижения адсорбционного равновесия (te) и значением pHpzc сорбента. Для основного сорбента МНУМ-2 (pHpzc = 8,50) te составило 8 ч, тогда как для кислотного АУКО (pHpzc = 4,80) – 200 ч. Это свидетельствует о доминирующей роли электростатических взаимодействий на кинетической стадии процесса. Равновесная адсорбционная емкость (qe) не коррелирует напрямую с pHpzc или SБЭТ. Максимальную емкость (207 мг/г при C0 = 100 мг/л) проявил АУКО, что объясняется преобладанием специфических взаимодействий (водородных связей и π-π-взаимодействия) между его кислотными поверхностными группами и функциональными фрагментами молекулы пиклорама. Для МНУМ-2 высокая емкость обусловлена синергетическим эффектом благоприятных электростатических взаимодействий и развитой поверхности. Сделан вывод, что поверхностная функциональность, оцениваемая через pHpzc, является ключевым фактором, контролирующим кинетику адсорбции, в то время как равновесная емкость определяется синергией текстурных параметров и способности поверхности к специфическим взаимодействиям. Результаты позволяют предложить критерии для направленного выбора углеродных адсорбентов: для быстрого удаления загрязнителя – материалы с высоким pHpzc, для глубокой очистки – микропористые сорбенты с кислотной поверхностью.
Активированный уголь, точка нулевого заряда, поверхностная функциональность, адсорбция, пиклорам, кинетика, адсорбционная емкость, механизм сорбции
Короткий адрес: https://sciup.org/147253889
IDR: 147253889 | УДК: 544.723 | DOI: 10.14529/chem260213
The effect of the zero charge point and surface functionality on the kinetics and adsorption capacity of picloram on carbon sorbents of various origins
This paper presents the results of a comparative study of the adsorption of the persistent organochlorine herbicide picloram (4-amino-3,5,6-trichloropyridine-2-carboxylic acid) on a series of carbon sorbents with different surface prop-erties. The aim of the work was to establish the relationships between acid-base characteris-tics, textural parameters of sorbents and their adsorption activity, as well as to determine the dominant sorption mechanisms. Four carbon materials were used as research objects: activated carbon from coconut shell (AUCO), mesoporous sorbent (MNUM-2), activated carbon from macadamia shell (MO800-60) and macroporous Sibunite. Their specific surface area (SBET from 420 to 1150 m2/g), porous structure, zero charge point (pHpzc from 4.80 to 8.50), and surface chemical composition were determined by low-temperature nitrogen adsorption, potentiometric titration, FTIR spectroscopy, and X-ray microprobe anal-ysis. The kinetics and equilibrium of picloram adsorption were studied under static conditions at initial con-centrations of 20–200 mg/l. It was found that the time to reach adsorption equilibrium (te) has an inverse correlation with the pHpzc value of the sorbent. For the main sorbent MNUM-2 (pHpzc = 8.50), the te was 8 hours, while for the acidic AUCO (pHpzc = 4.80) it was 200 hours. This indicates the dominant role of elec-trostatic interactions at the kinetic stage of the process. The equilibrium adsorption capacity (qe) does not correlate directly with pHpzc or SBET. The maximum capacity (207 mg/g at C0 =100 mg/l) was shown by AUCO, which is explained by the predominance of specific interactions (hydrogen bonds and π-π-stacking) between its acidic surface groups and functional fragments of the picloram molecule. For MNUM-2, the high capacity is due to the synergy of favorable electrostatics and a developed surface. It is concluded that the surface functionality, assessed through pHpzc, is a key factor controlling the kinetics of adsorption, while the equilibrium capacity is determined by the synergy of textural parameters and the ability of the surface to specific interactions. The results allow us to propose criteria for the targeted selection of carbon adsorbents: materials with high pHpzc for rapid removal of pollutants, and microporous sorbents with an acidic surface for deep cleaning.
