Перейти до вмісту
Наукові вісті КПІ
ISSN 2617-5509 · e‑ISSN 2663-7472 Відкритий доступ · CC BY 4.0
Т. · № 1 · 2021 тра 28, 2021 статті

ОЧИЩЕННЯ ВОД ВІД ІОНІВ Cu(II), Cd(II), Co(II), Zn(II), Cr(VI) ІЗ ВИКОРИСТАННЯМ СТАБІЛІЗОВАНОГО НАНОРОЗМІРНОГО НУЛЬВАЛЕНТНОГО ЗАЛІЗА

ЮХ
Юрій Михайлович Холодько Відповідальний Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute , Ukraine Україна
АБ
Антоніна Ігорівна Бондарєва Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute , Ukraine Україна
ВТ
Вікторія Юріївна Тобілко Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute , Ukraine Україна
ІК
Ірина Андріївна Ковальчук Institute for Sorption and Problems of Endoecology of NAS of Ukraine, Ukraine Україна
БК
Борис Юрійович Корнілович Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute , Ukraine Україна
Опублікованотра 28, 2021
PDF
НВКПІ 1 ТОМ · 1
ТОМ · № 1 · 2021 Переглянути випуск

Анотація

Проблематика. Одержання сорбційних матеріалів на основі природної сировини для очищення вод від забруднення іонами важких металів є актуальним завданням сьогодення. Композити з іммобілізованими на поверхні глинистих мінералів наночастинками нульвалентного заліза демонструють достатньо високі сорбційні властивості щодо іонів деяких важких металів. Однак є тільки окремі роботи, присвячені фізико-хімічному обґрунтуванню процесів очищення стічних вод, які містять складну суміш таких забруднювачів. Мета дослідження. Вивчити фізико-хімічні закономірності очищення стічних вод від суміші іонів важких металів Cu(II), Cd(II), Co(II), Zn(II), Cr(VI) із використанням стабілізованих нанодисперсних порошків нульвалентного заліза. Методика реалізації. Дослідження фазового складу та структурно-сорбційних характеристик палигорськіту й композитів проводили методами рентгенофазового аналізу та низькотемпературної адсорбції-десорбції азоту. Ефективність видалення іонів металів силікатними матеріалами досліджували з використанням сорбційного методу. Рівноважні концентрації кожного з металів визначали методом атомно-емісійної спектрометрії з індуктивно зв’язаною плазмою. Результати дослідження. Досліджено фізико-хімічні особливості очищення стічних вод, що містять складну суміш іонів важких металів (Cu(II), Cd(II), Co(II), Zn(II), Cr(VI)). Вивчено фазовий склад і структурно-сорбційні характеристики стабілізованих нанодисперсних порошків нульвалентного заліза. Експериментально підтверджено, що одержані матеріали мають значно кращі сорбційні властивості щодо вилучення важких металів із водних розчинів у порівнянні з природним палигорськітом. Проведено розрахунки ізотерм сорбції згідно з рівняннями Ленгмюра та Фрейндліха. Висновки. Встановлено, що стабілізовані нанодисперсні порошки нульвалентного заліза можуть бути успішно використані для очищення стічних вод, що містять суміш токсичних іонів Cu(II), Cd(II), Co(II), Zn(II) і Cr(VI). Показано, що ступінь очищення вод одержаними сорбентами в 3–5 разів перевищує таку для немодифікованого мінералу. Визначено суттєве підвищення величин сорбції аніонних форм Cr(VI), які важко видаляються з забруднених вод природними іонообмінниками.

Ключові слова

Посилання

  1. J.O. Bockris, Environmental Chemistry. Moscow, Russia: Khimiia Publishers, 1982, 672 p.
  2. V.V. Strelko, Selective Sorption and Catalysis on Activated Carbons and Inorganic Ion Exchangers. Kyiv, Ukraine: Naukova Dumka, 2008, 303 p.
  3. M. Hua et al., “Heavy metal removal from water/wastewater by nanosized metal oxides: A review,” J. Hazard. Mater., vol. 211-212, pp. 317–331, 2012. doi: 10.1016/j.jhazmat.2011.10.016
  4. Wx. Zhang, “Nanoscale iron particles for environmental remediation: An Overview,” J. Nanoparticle Res., vol. 5, pp. 323–332, 2003. doi: 10.1023/A:1025520116015
  5. F. Fu et al., “The use of zero-valent iron for groundwater remediation and wastewater treatment: A review,” J. Hazard. Mater., vol. 267, pp. 194–205, 2014. doi: 10.1016/j.jhazmat.2013.12.062
  6. D. Jiang et al., “Remediation of contaminated soils by enhanced nanoscale zero valent iron,” Environ. Res., vol. 163, pp. 217–227, 2018. doi: 10.1016/j.envres.2018.01.030
  7. T. Tosco et al., “Nanoscale zerovalent iron particles for groundwater remediation: A review,” J. Clean. Prod., vol. 77, pp. 10–21, 2014. doi: 10.1016/j.jclepro.2013.12.026
  8. X. Zhao et al., “An overview of preparation and applications of stabilized zero-valent iron nanoparticles for soil and groundwater remediation,” Water Res., vol. 100, pp. 245–266, 2016. doi: 10.1016/j.watres.2016.05.019
  9. J. Trujillo-Reyes et al., “Supported and unsupported nanomaterials for water and soil remediation: Are they a useful solution for worldwide pollution?,” J. Hazard. Mater., vol. 280, pp. 487–503, 2014. doi: 10.1016/j.jhazmat.2014.08.029
  10. Y. Zou et al., “Environmental remediation and application of nanoscale zero-valent iron and its composites for the removal of heavy metal ions: A review,” Environ. Sci. & Technol., vol. 50, no. 14, pp. 7290–7304, 2016. doi: 10.1021/acs.est.6b01897
  11. E. Petala et al., “Nanoscale zero-valent iron supported on mesoporous silica: Characterization and reactivity for Cr(VI) removal from aqueous solution,” J. Hazard. Mater., vol. 261, pp. 295–306, 2013. doi: 10.1016/j.jhazmat.2013.07.046
  12. Z. Sun et al., “Degradation of simazine from aqueous solutions by diatomite-supported nanosized zero-valent iron composite materials,” J. Hazard. Mater., vol. 263, pp. 768–777, 2013. doi: 10.1016/j.jhazmat.2013.10.045
  13. Z. Liu et al., “Homogeneously dispersed zerovalent iron nanoparticles supported on hydrochar-derived porous carbon: Simple, in situ synthesis and use for dechlorination of PCBs,” ACS Sustain. Chem. & Eng., vol. 4, no. 6, pp. 3261–3267, 2016. doi: 10.1021/acssuschemeng.6b00306
  14. S. Yu et al., “Efficient removal of uranium(VI) by layered double hydroxides supported nanoscale zero-valent iron: A combined experimental and spectroscopic studies,” Chem. Eng. J., vol. 365, pp. 51–59, 2019. doi: 10.1016/j.cej.2019.02.024
  15. C. Ding et al., “Reactivity of carbonized fungi supported nanoscale zero-valent iron toward U(VI) influenced by naturally occurring ions,” J. Ind. Eng. Chem., vol. 61, pp. 236–243, 2018. doi: 10.1016/j.jiec.2017.12.021
  16. X. Lv et al., “Nanoscale zero-valent iron (nZVI) assembled on magnetic Fe3O4/graphene for Chromium (VI) removal from aqueous solution,” J. Colloid Inter. Sci., vol. 417, pp. 51–59, 2014. doi: 10.1016/j.jcis.2013.11.044
  17. L. Tan et al., “Enhanced adsorption of uranium (VI) using a three-dimensional layered double hydroxide/graphene hybrid material,” Chem. Eng. J., vol. 259, pp. 752–760, 2015. doi: 10.1016/j.cej.2014.08.015
  18. N. Ezzatahmadi et al., “Clay-supported nanoscale zero-valent iron composite materials for the remediation of contaminated aqueous solutions: A review,” Chem. Eng. J., vol. 312, pp. 336–350, 2017. doi: 10.1016/j.cej.2016.11.154
  19. X. Li et al., “Decolorization of methyl orange by a new clay-supported nanoscale zero-valent iron: Synergetic effect, efficiency optimization and mechanism,” J. Environ. Sci., vol. 52, pp, 8–17, 2017. doi: 10.1016/j.jes.2016.03.022
  20. Ç. Üzüm et al., “Synthesis and characterization of kaolinite-supported zero-valent iron nanoparticles and their application for the removal of aqueous Cu2+ and Co2+ ions,” Appl. Clay Sci., vol. 43, no. 2, pp. 172–181, 2009. doi: 10.1016/j.clay.2008.07.030
  21. T. Shahwan et al., “Synthesis and characterization of bentonite/iron nanoparticles and their application as adsorbent of cobalt ions,” Appl. Clay Sci., vol. 47, no. 3-4, pp. 257–262, 2010. doi: 10.1016/j.clay.2009.10.019
  22. S. Bhowmick et al., “Montmorillonite-supported nanoscale zero-valent iron from removal of arsenic from aqueous solution: Kinetics and mechanism,” Chem. Eng. J., vol. 243, pp. 14–23, 2014. doi: 10.1016/j.cej.2013.12.049
  23. N.V. Zhdanyuk et al., “Sorption of uranium(VI) and cobalt(II) ions by iron-containing nanocomposites based on palygorskite,” Chem. Phys. Techn. Surface, vol. 10, no. 1, pp. 48–58, 2019. doi: 10.15407/hftp10.01.048
  24. L.-N. Shi et al., “Synthesis, characterization and kinetics of bentonite supported nZVI for the removal of Cr(VI) from aqueous solution,” Chem. Eng. J., vol. 171, no. 2, pp. 612–617, 2011. doi: 10.1016/j.cej.2011.04.038
  25. V.Yu. Tobilko and B.Yu. Kornilovych, “Synthethis and sorption properties of composite materials based on nanoscale Fe0,” EEJET, vol. 76, no. 5(76), pp. 22–27, 2015. doi: 10.15587/1729-4061.2015.46580
  26. H. G. Fuhrman et al., “Simultaneous removal of As, Cd, Cr, Cu, Ni and Zn from stormwater using high-efficiency industrial sorbents: Effect of pH, contact time and humic acid,” Sci. Total Environ., vol. 566-567, pp. 76–85, 2016. doi: 10.1016/j.scitotenv.2016.04.210
  27. F. Rouquerol et al., Adsorption by Powders and Porous Solids. Principles, Methodology and Applications. 2nd ed. Elsevier: Academic Press, 2012, 646 p. doi: 10.1016/C2010-0-66232-8
  28. A. Singer and E. Galan, Developments in Palygorskite-Sepiolite Research, vol. 3, 1st ed. Elsevier: Developments in Clay Science, 2011, 520 p.
  29. V.V. Kartel and V.V. Lobanov, “Surface chemistry,” in Surface Physics and Chemistry, vol. 1, 2nd ed. Kyiv, Ukraine: Chuiko Institute of Surface Chemistry of NAS of Ukraine, 2018, 476 p.
  30. D. Langmuir, Aqueous Environmental Geochemistry, 1st ed. New-York: Prentice Hall, 1997, 600 p.
  31. X-q. Li and W-x. Zhang, “Iron nanoparticles: the core-shell structure and unique properties for Ni(II) sequestration”, Langmuir, vol. 22, no. 10, pp. 4638–4642, 2006. doi: 10.1021/la060057k
  32. W. Stumm, Chemistry of the solid-water interface: processes at the mineral-water and particle-water interface in natural systems. New-York: John Wiley & Sons, 1992, 429 p.
§ 06 — Пов'язані

Схожі статті в цьому журналі

Пов'язані рецензовані дослідження, опубліковані в цьому журналі.
Усі випуски

РОЗРОБКА МЕТОДУ ФОРМАЛІЗАЦІЇ ДИНАМІЧНИХ ТЕПЛОВИХ ПОРТРЕТІВ ДЛЯ НАДІЙНОГО ВИЯВЛЕННЯ ЦІЛЕЙ

Степан Лис, Оксана Оборська

Проблематика. Автоматизовані системи спостереження з БпЛА стикаються з подвійним викликом: виявленням теплоконтрастних об'єктів у реальному часі та їх ідентифікацією в…

#тепловізійні системи #ідентифікація цілей #локалізація зони інтересу #динамічний тепловий портрет
10.20535/kpisn.2026.3.359114

МЕТОДИКА ФОРМУВАННЯ ІНФОРМАТИВНОГО ПРОСТОРУ ОЗНАК ТЕХНІЧНИХ ІНДИКАТОРІВ ФІНАНСОВИХ ПРОЦЕСІВ НА ОСНОВІ НЕЙРОМЕРЕЖЕВИХ МОДЕЛЕЙ

Роман Тертичний, Денис Чупрін, Петро Бідюк

Проблематика. Фінансові часові ряди характеризуються нелінійністю, нестаціонарністю та високим рівнем шуму, що суттєво ускладнює їх моделювання та прогнозування.…

#методика формування інформативного простору ознак #технічні індикатори #волатильність Паркінсона #нейронні мережі
10.20535/kpisn.2026.3.359610

МЕТОДИ ЗАБЕЗПЕЧЕННЯ ЦІЛІСНОСТІ ОБРОБКИ ТА ПЕРЕДАЧІ ДАНИХ У ПРОМИСЛОВИХ СИСТЕМАХ АВТОМАТИЗАЦІЇ

Ярослав Корпань, Євген Федоров, Ольга Нечипоренко

Проблематика. Сучасні промислові системи контролю характеризуються високим рівнем інтеграції інформаційних і фізичних процесів та використанням розподілених…

#промислові системи автоматизації #SCADA-системи #цілісність даних #кібербезпека ICS
10.20535/kpisn.2026.3.361520

Схожі статті

Ви також можете розпочати розширений пошук схожих статей для цієї статті.