Иваново, Ивановская область, Россия
В работе выполнено модифицирование хлопковой целлюлозы антраниловой кислотой для получения нового сорбента, способного эффективно извлекать ионы тяжелых металлов из водных растворов. Модифицирование проводили в две стадии: на первой стадии получали диальдегидцеллюлозу за счет окисления целлюлозы метапериодатом натрия; на второй стадии диальдегидцеллюлозу обрабатывали антраниловой кислотой с получением готового сорбента. Определены оптимальные условия модифицирования хлопковой целлюлозы для достижения максимальной сорбции ионов железа(II) и меди(II). Исследованы равновесно-кинетические характеристики исходной и модифицированной хлопковой целлюлозы. Проведена обработка результатов кинетического эксперимента в рамках моделей кинетики псевдо-первого и псевдо-второго порядков. Сняты изотермы сорбции, проведена их обработка в рамках модели Ленгмюра и определены величины предельной сорбционной емкости (А∞). Показано, что модифицирование хлопковой целлюлозы позволяет заметно повысить ее сорбционную емкость. Установлено, что А∞ модифицированного сорбента примерно в 4-5 раз превосходит предельную сорбционную емкость нативной хлопковой целлюлозы по отношению к ионам Cu(II) и Fe(II). Получены и сопоставлены ИК-спектры целлюлозы, модифицированной антраниловой кислотой, и нативной целлюлозы. Получены СЭМ-изображения структуры поверхности исходной хлопковой целлюлозы и модифицированного сорбента.
хлопковая целлюлоза, модифицирование, антраниловая кислота, сорбция, ионы Cu(II) и Fe(II)
1. Humelnicu D., Lazar M.M., Ignat M., Dinu I.A., Dragan E.S., Dinu M.V. Removal of heavy metal ions from multi-component aqueous solutions by eco-friendly and low-cost composite sorbents with anisotropic pores // J. Haz. Mat. 2019. Vol. 381. 120980. URL: https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2019.120980
2. Yadav S., Yadav A., Bagotia N., Sharma A.K., Kumar S. Adsorptive potential of modified plant-based adsorbents for sequestration of dyes and heavy metals from wastewater // A review Journal of Water Process Engi-neering. 2021. Vol. 42. 102148. URL: https://doi.org/10.1016/j.jwpe.2021.102148
3. Agarwal A., Upadhyay U., Sreedhar I., Singh S.A., Patel C.M. A review on valorization of biomass in heavy metal removal from wastewater // J. Water Proc. Eng. 2020. Vol. 38. 101602. URL: https://doi.org/10.1016/j.jwpe.2020.101602
4. Meseldzija S., Petrovic J., Onjia A., Volkov-Husovic T., Nesic A., Vukelic N. Utilization of agro-industrial waste for removal of copper ions from aqueous solutions and mining-wastewater // Journal of Industrial and Engineering Chemistry. 2019. Vol. 75. Р. 246–252. URL: https://doi.org/10.1016/j.jiec.2019.03.031
5. Прокофьев В.Ю., Гордина Н.Е. Исследование стадий термической обработки и гидротермальной кристаллизации при получении гранулированного цеолита NAА из механоактивированного метакаолина // Журнал прикладной химии. 2013. Т. 86, № 3. С. 360-366.
6. Прокофьев В.Ю., Гордина Н.Е., Жидкова А.Б. Синтез гранулированных цеолитов со структурой NAА из каолина // Изв. вузов. Химия и химическая технология. 2011. Т. 54, № 12. С. 77-80.
7. Gordina N.E., Prokof’ev V.Y., Hmylova O.E., Kul’pina Y.N. Еffect of ultrasound on the thermal behavior of the mixtures for the LTA zeolite synthesis based on metakaolin // Journal of Thermal Analysis and Calorimetry. 2017. Vol. 129, no. 3. Р. 1415-1427.
8. Saavedra M.I., Miñarro M.D., Angosto J.M., Fernández-López J.A. Reuse potential of residues of artichoke (Cynara scolymus L.) from industrial canning processing as sorbent of heavy metals in multimetallic effluents // Industrial Crops & Products. 2019. Vol. 141. 111751. URL: https://doi.org/10.1016/j.indcrop.2019.111751
9. Shrestha R., Ban S., Devkota S., Sharma S., Joshi R., Tiwari A.P., Kim H.Y., Joshi M.K. Technological trends in heavy metals removal from industrial wastewater: A review // Journal of Environmental Chemical Engineering. 2021. Vol. 9, iss. 4. 105688. URL: https://doi.org/10.1016/j.jece.2021.105688
10. Никифорова Т.Е., Козлов В.А., Родионова М.В., Модина Е.А. Сорбция ионов цинка продуктами, содержащими целлюлозную и белковую составляющие // Изв. вузов. Химия и хим. технология. 2009. Т. 52. Вып. 3. С. 27-31.
11. Nazaripour M., Reshadi M.A.M., Mirbagheri S.A., Nazaripour M., Bazargan A. Research trends of heavy metal removal from aqueous environments // Journal of Environmental Management. 2021. Vol. 287. 112322. URL: https://doi.org/10.1016/j.jenvman.2021.112322
12. Kozlov V.A., Nikiforova T.E., Loginova V.А., Коifman О.I. Mechanism of protodesorption – exchange of heavy metal cations for protons in a heterophase system of H2O-H2SO4-MSO4 – cellulose sorbent // Journal of Hazardous Materials. 2015. Vol. 299, P. 725-732. DOI:https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2015.08.004.
13. Singha B., Das S.K. Adsorptive removal of Cu(II) from aqueous solution and industrial effluent using natural/agricultural wastes // Colloids and Surfaces B: Biointerfaces, 2013. Vol. 107. P. 97–106. URL: http://dx.doi.org/10.1016/j.colsurfb.2013.01.060
14. Никифорова Т.Е., Козлов В.А. Сопоставление моделей сорбции катионов меди (II) и никеля (II) из вод-ных растворов хлопковой целлюлозой // Журнал физической химии. 2012. Т. 86, № 10. С. 1724-1729.
15. Никифорова Т.Е., Козлов В.А., Исляйкин М.К. Кислотно-основные взаимодействия и комплексообразование при извлечении катионов меди (II) из водных растворов целлюлозным сорбентом с участием поливинилпирролидона // Журнал физической химии. 2012. Т. 86, № 12. С. 1974-1984.
16. Nikiforova T.E., Kozlov V.A., Islyaikin M.K. Аcid-base interactions and complex formation while recovering copper(ii) ions from aqueous solutions using cellulose adsorbent in the presence of polyvinylpyrrolidone // Russian Journal of Physical Chemistry A. 2012. Vol. 86, № 12. Р. 1836-1846.
17. Beaugeard V., Muller J., Graillot A., Ding X., Robin J.-J., Monge S. Acidic polymeric sorbents for the removal of metallic pollution in water: A review // Reactive and Functional Polymers. 2020. Vol. 152 (3). 104599. URL: https://doi.org/10.1016/j.reactfunctpolym.2020.104599
18. Никифорова Т.Е., Козлов В.А., Софронов А.Р. Влияние химического модифицирования хлопковой целлюлозы аминоуксусной кислотой на сорбцию ионов Cu(II) и Fe(II) // От химии к технологии шаг за шагом. 2023. Т. 4, вып. 1. С. 32-42. URL: http://chemintech.ru/index.php/tor/2023-4-1
19. Klemm D., Philipp B., Heinze D., Heinze U. and Wagenknecht W. Comprehensive cellulose chemistry. Vol. 1: Fundamentals and Analytical Methods. Wiley-WCH, Weinheim, Germany, 1998. 282 p.
20. Кокотов Ю.А., Пасечник В.А. Равновесие и кинетика ионного обмена. Л.: Химия, 1970. 336 с.
21. Ахназарова С.Л., Кафаров В.В. Методы оптимизации эксперимента в химической технологии. М.: Высшая школа, 1985. 327 с.
