1. На главную
  2. Электронные версии
  3. Журнал неорганической химии
  4. T. 67, № 2, 2022

Журнал неорганической химии, 2022, T. 67, № 2, стр. 230-240

Органо-неорганические композиты на основе фосфорсодержащего вермикулита и резорцинформальдегидного полимера и сорбция ими нерадиоактивного стронция из растворов

Н. П. Шапкин a, М. В. Сурков a, М. В. Тутов a, И. Г. Хальченко a, А. Н. Федорец a, Е. А. Шаршина a, В. И. Разов a, Э. А. Токарь a, Е. К. Папынов a, *

a Дальневосточный федеральный университет
690922 Владивосток, о. Русский, п. Аякс, 10, Россия

* E-mail: papynov@mail.ru

Поступила в редакцию 29.06.2021
После доработки 20.07.2021
Принята к публикации 28.07.2021

Полный текст (PDF)

Аннотация

Представлены способы синтеза композитных материалов на основе резорцинформальдегидного полимера и фосфорсодержащего вермикулита с одновременным внесением в реакционную смесь карбоната кальция. Состав и строение сорбентов определены методами ИК-спектроскопии, рентгенофазового анализа, растровой электронной микроскопии, низкотемпературной адсорбции азота, позитронно-аннигиляционной спектроскопии. Сорбционные характеристики композитов изучены на примере адсорбции метиленового голубого и в статических условиях извлечения стронция из водных растворов. Результаты сорбции стронция вычислены по уравнениям Фрейндлиха, Лэнгмюра и Лэнгмюра–Фрейндлиха. Коэффициенты распределения стронция рассчитаны при рН 6–7, показано, что Kd сорбента с фосфорсодержащим вермикулитом и карбонатом кальция выше, чем Kd известного модельного резорцинформальдегидного сорбента. Определена степень неоднородности поверхности сорбента, а также константы сорбции и величины предельной сорбции. Показана зависимость предельной сорбции от степени неоднородности и количества дефектов при аннигиляции позитрона (Ne+). Методом потенциометрического титрования определены константы ионизации и емкость поверхностных функциональных групп.

Ключевые слова: сорбция, уравнения Лэнгмюра, Фрейндлиха, позитронная спектроскопия, потенциометрическое титрование

ВВЕДЕНИЕ

На сегодняшний день экологическая безопасность при освоении ресурсов, добываемых из недр, не может быть достигнута без решения проблемы нейтрализации вредного воздействия жидких отходов горно-обогатительных, химико-металлургических и ядерных производств на природную среду [1]. Так, повышенную опасность для биосферы представляют жидкие радиоактивные отходы от переработки редкоземельных руд, отработавшего ядерного топлива и прочие, которые содержат природные радионуклиды, такие как 232Th, 238U, и требуют своевременного и эффективного извлечения [2]. Помимо природных радионуклидов необходимо также извлекать техногенные радионуклиды, такие как 90Sr, 137Cs, 226Ra [3]. Необходимость извлечения данных радионуклидов заключается в их опасности для организма человека.

В настоящее время прослеживается активная тенденция к повышению спроса на использование природных сорбентов для очистки водных сред от радионуклидов по сравнению с ионообменными смолами [4]. Это связано с их доступностью и низкой стоимостью, что дает возможность применять их одноразово с последующей утилизацией.

Дополнительное модифицирование природных сорбентов наделяет их новыми усовершенствованными характеристиками и свойствами [5]. Например, активация сорбентов методами кислотной или щелочной обработки или нанесение модифицирующего активного слоя способны улучшить сорбционную емкость за счет изменения состава и структуры материалов и др. [6]. В этом отношении такой материал, как вспученный вермикулит, является наиболее подходящим претендентом для модифицирования. Он обладает хорошими ионообменными свойствами и поэтому широко используется в сельском хозяйстве и промышленности. Благодаря ионообменным тенденциям катионов, расположенных в межслойных пространствах, кислотная обработка (модификация) вермикулита улучшает его сорбционные свойства [4, 5, 7]. Благодаря особой кристаллической структуре вермикулит может быть легко модифицирован различными кислотами, щелочами, ионами металлов и органическими модификаторами, такими как длинноцепочечный четвертичный аммоний, четвертичные соли фосфония, силановые связующие агенты, аминокислоты или другие органические молекулы [8–11]. Например, известен способ модификации вермикулита цирконием с последующим его прокаливанием при температуре 523 K в течение 2 ч. Модифицированный цирконием вермикулит способен извлекать ~99.9% стронция из раствора с начальной концентрацией стронция 1.14 × 10–3 моль/л в нейтральной среде [12].

Известна модификация вермикулита, полученного с помощью раствора хлорида натрия с концентрацией 1 моль/л при встряхивании в течение 6 ч с последующей обработкой полученного сорбента соляной кислотой и гидроксидом натрия до pH 6.5. Обработанный таким образом вермикулит обладает коэффициентом распределения по стронцию, равным 4832 ммоль/кг [13].

Одна из возможных модификаций вермикулита для извлечения радионуклидов из воды получена при помощи этиламина. Такой модифицированный вермикулит обладает высокой степенью сорбции по отношению к радионуклидам [14].

Для модифицирования слоистых природных силикатов используются такие органические полимеры, как полистирол [15], резорцинформальдегидная смола [16–20] и другие полимеры [21–24].

Перспектива фенольных смол заключается в возможности их регенерации и отдельном сборе радионуклидного концентрата, не содержащего коллоидных сорбционно-активных веществ, образующихся в процессе сорбции. Тем не менее данные сорбенты имеют очевидный недостаток, а именно – при сорбции в щелочных средах свойства смол могут изменяться. Например, при длительной выдержке формальдегидных смол в растворах с высоким значением pH происходит увеличение емкости сорбента, но снижается селективность по отношению к радионуклидам. Это связано с окислением метилольных групп и оксиметиленовых мостиков в составе материала до карбоксильных групп [25].

Известен способ синтеза резорцинформальдегидной смолы с повышенной удельной поверхностью, который заключается во внесении порошка CaCO3 в количестве 10 и 25% от массы в реакционную смесь на первом этапе синтеза резорцинформальдегидной смолы с последующей обработкой смолы раствором HCl или HNO3, за счет чего происходит увеличение удельной поверхности ионита [20].

Несмотря на разнообразие имеющихся на сегодняшний день органо-неорганических природных сорбентов, их применение ограничено рядом недостатков, а именно: невысокой механической прочностью, низкой емкостью, нестабильностью в щелочах. В то же время преимущества этих композитов заключаются в перспективе их дальнейшего использования.

Цель настоящей работы – получение и физико-химическое исследование композитов на основе резорцинформальдегидной смолы и вспученного вермикулита, модифицированного смесью соляной и фосфорной кислот.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

Реактивы: SrCl2 ⋅ 6H2O (ч. д. а.), CaCO3 (х. ч.), CaCl2 (ч. д. а.), вспученный вермикулит Ковдорского месторождения, H3PO4 (80%, х. ч.), HCl (36%), NaOH (х. ч.), резорцин (х. ч.), формальдегид (параформ), HNO3 (65%, х. ч.), метиленовый голубой (МГ, ч. д. а.).

Методики синтеза

Получение фосфорсодержащего сорбента 1. К 150 г вспученного вермикулита (ρ = 0.06 г/см3) приливали смесь 10% НСl и 30% Н3РО4 (1.0 л), дробили на кавитаторе (100 Гц) и нейтрализовали щелочным раствором рисовой шелухи (50 г рисовой шелухи, 1 л 4 М раствора NaOH) до рН 6–7. Образовавшийся гель отфильтровывали, высушивали и прокаливали при температуре 600°С. Выход сорбента 1 составил 120 г.

Синтез сорбента 2. К 22 г резорцина приливали 30.6 мл 6 М раствора КОН до полного растворения резорцина, затем к полученному раствору приливали 58.3 мл 37%-ного формалина с последующим добавлением 2.8 г СаСО3. Образовавшийся гель фильтровали, промывали водой, сушили при температуре 150°С.

Синтез сорбента 3. К навеске сорбента 2 массой 10 г добавляли 200 мл 1 М НNO3 и интенсивно перемешивали до окончательного удаления СО2.

Синтез сорбента 4. Навеску 28 г модифицированного вермикулита (сорбент 1) смешивали с раствором в виде геля (сорбент 2), промывали дистиллированной водой и высушивали до постоянной массы при 210°C на воздухе.

Синтез сорбента 5. К навеске сорбента 4 массой 10 г добавляли 200 мл НNO3, перемешивали до полного выделения СО2, сорбент отфильтровывали и сушили при 150°С.

Сорбция нерадиоактивного стронция. Для определения статической адсорбционной емкости по нерадиоактивному Sr2+ сорбцию проводили при обычных условиях. В шесть колб Эрленмейера емкостью 250 мл вносили по 0.5 г сорбента и различное количество раствора нерадиоактивного стронция. Колбы трясли в шейкере в течение 3 сут до полного установления равновесия. Количество сорбированного иона Sr2+ рассчитывали по формуле:

$G = \frac{{\left( {{{C}_{0}} - {{C}_{{\text{p}}}}} \right)V}}{m},$
где С0 – исходная концентрация Sr2+, Ср – равновесная концентрация Sr2+, V – объем определяемого раствора, m – масса сорбента, г.

По полученным данным рассчитывали коэффициент распределения для каждого сорбента по формуле:

${{K}_{d}} = \frac{{{{V}_{{{\text{р - р}}}}}\left( {{{C}_{{{\text{исх}}}}} - {{C}_{{{\text{равн}}}}}} \right)}}{{{{m}_{{{\text{сорб}}}}}{{C}_{{{\text{исх}}}}}}},$
где Vр-р – объем раствора, мл; Сисх – концентрация Sr2+ в исходном растворе, г/л; Сравн – концентрация Sr2+ в равновесном растворе, г/л; mсорб – масса сорбента, г.

Сорбция метиленового голубого. Приготовление рабочего 0.1%-ного раствора метиленового голубого проводили по схеме: в мерную колбу объемом 2000 см3 вносили 2 г метиленового голубого и доводили объем до метки дистиллированной водой.

Анализ проводили следующим образом: приготовленный раствор метиленового голубого объемом 150, 250, 350, 500 см3 наливали в ряд мерных колб объемом 250, 500, 1000 см3, вносили 0.5 г воздушно-сухого сорбента и перемешивали в течение 2 ч на встряхивающем устройстве, после чего фильтровали и измеряли оптическую плотность полученного раствора с помощью спектрофотометра.

Характеристика методов исследования. Морфологию сорбентов исследовали с помощью растровой электронной микроскопии на приборе Ultra 55 Carl Zeiss (Германия). ИК-спектры записывали на спектрометре Spektrum-1000 Perkin–Elmer (США). Фазовый анализ образцов проводили на дифрактометре D8 Advance Bruker AXS (Германия). Элементный анализ сорбентов проводили на энергодисперсионном флюоресцентном спектрометре EDS-800 MS Shimadzu (Япония). Позитронную диагностику сорбентов осуществляли на спектрометре быстро-быстрых задержанных совпадений, детектор – пластина$~$25 × 15 мм и ФЭУ-87 на базе анализатора Nokia-LP-4840. Временное разрешение составляет для 2τ0 270 пикосекунд. Измерение времен жизни проводили с источником 44Ti с активностью 10–15 μкл. Обработку спектров осуществляли с помощью программы “Palett”.

Сорбция нерадиоактивного стронция. Концентрацию ионов стронция в растворе определяли методом обратного титрования. Исследуемый раствор наливали в мерную колбу объемом 100 см3, разбавляли до метки дистиллированной водой и тщательно перемешивали. В колбу для титрования отбирали пипеткой аликвотную часть раствора и добавляли титрованный раствор трилона Б объемом 20 см3. Смесь нейтрализовали раствором аммиачного буфера объемом 10 см3 по универсальной индикаторной бумажке до рН 10. После этого добавляли индикатор эриохром черный Т на кончике стеклянной лопаточки и оттитровывали остаток трилона Б раствором сульфата магния до перехода синей окраски в красную. Титрование повторяли 2–3 раза, причем для каждого определения приливали одно и то же количество раствора трилона Б. Из полученных результатов брали средний и вычисляли массу стронция во всем объеме анализируемого раствора.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

Взаимодействие резорцинформальдегидной смолы с поверхностью активированного вермикулита протекает по уравнению:

Состав и характеристики сорбентов 1–5 представлены в табл. 1.

Таблица 1.

Состав и максимальная сорбция по метиленовому голубому (МГ) для сорбентов 1–5

№ сорбента Состав сорбента Содержание элементов, % Максимальная сорбция МГ, мг/г
С Р Si Са
1 Вермикулит + 10% HCl + + 30% H3PO4 + рисовая шелуха 20.5 7.4 29.2 – 175.3
2 Резорцинформальдегидная смола + + CaCO3 50.2 – – 5.0 225.0
3 Резорцинформальдегидная смола + + CaCO3 + 1 М HNO3 50.8 – – 0.1 232.1
4 Резорцинформальдегидная смола + + CaCO3 + сорбент 1 37.6 2.1  5.9 2.1 339.3
5 Сорбент 4 + 1 M HNO3 28.2 2.3  4.9 0.2 140.8

Сорбенты 2 и 3 были получены для сравнения, так как они были описаны ранее [26]. При анализе данных табл. 1 наблюдаются следующие закономерности: введение фосфорсодержащего вермикулита приводит к повышению сорбции МГ сорбентом 4 по сравнению с модельным сорбентом 2, введение кальция с последующим его удалением приводит к уменьшению сорбции МГ. На основании данных сорбции МГ проведен расчет удельной площади поверхности сорбента по формуле:

${{A}_{\infty }} = {{S}_{0}}N{{S}_{{{\text{уд}}}}},$
где ${{A}_{\infty }}$ – предельная адсорбция, отнесенная к 1 г сорбента, мг/г; ${{S}_{0}}$ – площадь молекулы МГ, равная 106 × 10–20 м2; $N$ – постоянная Авогадро, равная 6.023 × 1023; ${{S}_{{{\text{уд}}}}}$ – удельная поверхность, м2/г (табл. 2).

Таблица 2.

Значения удельной поверхности для сорбентов 1–5

Сорбент 1 2 3 4 5
${{S}_{{{\text{уд}}}}}~$(МГ) 0.78 47.60 12.80 0.74 0.29

При обработке кислотой наблюдается уменьшение удельной площади поверхности сорбентов, что, по-видимому, связано с их разрушением.

ИК-спектр сорбента 2 (рис. 1) содержит полосы поглощения при 3700–3800 см–1, которые отвечают колебанию связи H–O гидроксильной группы резорцинового фрагмента. Полоса при 3400 см–1 соответствует ассоциированному гидроксилу, полоса при 2856–2923 см–1 связана с колебаниями С–Н в мостиковых сегментах CH2, полоса при 1602 см–1 характеризует деформационные колебания связей в OH-группах ассоциированной воды. Полоса при 1433 см–1 отвечает колебаниям связи С=О в карбонат-ионе. Полосы поглощения при 1463 и 1377 см–1 соответствуют деформационным колебаниям связей С–Н, полосы поглощения при 1091 и 1006 см–1 соответствуют асимметричный и симметричным колебаниям связи Si–O в циклах.

Рис. 1.

ИК-спектр сорбента 2.

Для сорбентов 4 и 5 проведено сравнение ИК- спектров (рис. 2). ИК-спектр сорбента 4 (рис. 2, кривая 1) имеет полосы поглощения при 3400 и 2925 см–1, отвечающие колебаниям связей O–H в ассоциированной воде, а также полосы поглощения при 1602 см–1, отвечающие колебаниям связей С=О, и полосы поглощения при 1465 и 1433 см–1, соответствующие колебаниям связей углерод–водород в группе –CH2–, C–H в ароматическом кольце. Интенсивная полоса поглощения при 1107 см–1 характеризует валентные колебания связи Si–O в силикатах.

Рис. 2.

ИК-спектры сорбентов 4 (1), 5 (2).

При сравнении ИК-спектров сорбентов 4 и 5 выделяется полоса при 1384 см–1, отвечающая свободной группе Р=О сорбента 5, обработанного 1 М раствором НNO3. Появление этой полосы связано с удалением части кальция и, соответственно, исчезновением координационной связи во фрагменте =Са ← О=Р≡.

Для исследования структурных особенностей полученных сорбентов был проведен рентгенофазовый анализ. На рис. 3 представлены дифрактограммы сорбентов 4 и 5. Поскольку это композит, дифрактограмма отвечает смеси аморфного полимера, на ней отчетливо наблюдаются отражения для кальцита, фосфата и оксида кремния, органическая часть не может быть расшифрована в связи с ее аморфностью.

Рис. 3.

Дифрактограммы сорбентов 4 (а), 5 (б).

Более детальное изучение характера поверхности было проведено с помощью растровой электронной микроскопии. На рис. 4 представлена морфология поверхности сорбента 2, а также сорбента 4 до и после обработки его азотной кислотой.

Рис. 4.

Морфология поверхности сорбентов 2 (а), 4 (б), 5 (в).

Сорбенты 2 и 4 имеют однородную плотную полимерную структуру, на поверхности наблюдаются кристаллы СаСО3. После обработки сорбента 4 кислотой происходит разрушение структуры поверхности с образованием каверн и пустот вдоль слоев вермикулита.

Проведена сорбция нерадиоактивного стронция в статических условиях. По результатам сорбции Sr2+ сорбентами 1–5 получены изотермы сорбции, которые были описаны с использованием стандартных уравнений Лэнгмюра–Фрейндлиха, Лэнгмюра, Фрейндлиха (рис. 5, табл. 3).

Рис. 5.

Изотермы сорбции ионов стронция для сорбентов 2 (а), 3 (б), 4 (в), 5 (в).

Таблица 3.  

Константы для уравнений Лэнгмюра, Фрейндлиха и Лэнгмюра–Фрейндлиха

Уравнение Параметр № сорбента
2 3 4 5
Фрейндлиха Kf 2.75 ± 0.36 1.96 ± 0.3 0.16 ± 0.07 0.18 ± 0.02
m 0.31 ± 0.03 0.38 ± 0.03 0.65 ± 0.09 0.64 ± 0.02
R2 0.97 0.97 0.93 0.99
Лэнгмюра Gmax, мг/г 12.97 ± 1.18 13.46 ± 1.25 6.3 ± 0.98 7.67 ± 0.14
Kl 0.15 ± 0.07 0.06 ± 0.02 0.01 ± 0.004 0.01 ± 0.0004
R2 0.92 0.94 0.95 0.99
Лэнгмюра–Фрейндлиха Gmax, мг/г 21 ± 9.44 4.51 ± 1.31 4.12 ± 0.2 7.81 ± 0.81
Klf 0.16 ± 0.09 0.0004 ± 0.13 0.0001 ± 0.0003 0.01 ± 0.001
m 0.46 ± 0.12 0.37 ± 0.14 2.86 ± 1.09 0.99 ± 0.07
R2 0.98 0.97 0.98 0.99

На основании данных табл. 3 выявлена зависимость предельной сорбции Gmax от величины неоднородности обменных центров m. При повышении величины неоднородности поверхности сорбента резко падает максимальная сорбция по Лэнгмюру–Фрейндлиху (рис. 6).

Рис. 6.

Зависимость Gmax от величины неоднородности обменных центров m, рассчитанных по уравнению Лэнгмюра–Фрейндлиха.

Одним из основных факторов, влияющих на величину предельной сорбции сорбентов с фосфорсодержащим вермикулитом, является блокирование ионами кальция адсорбционных центров, что подтверждается падением предельной сорбции сорбента 4 в 3 раза (табл. 3). Это связано с взаимодействием СаСО3 с фосфатными группами с образованием труднорастворимых фосфатов. При обработке кислотой происходит повышение предельной сорбции (сорбент 5) почти в 2 раза. Такое поведение нехарактерно для модельных сорбентов 2 и 3, для которых наблюдается обратная зависимость.

Из данных сорбции ионов стронция сорбентами 1–5 были рассчитаны коэффициенты распределения Kd. Данные представлены в табл. 4. Наблюдается закономерность, аналогичная для сорбции красителя МГ (табл. 1).

Таблица 4.

Коэффициенты распределения, рассчитанные для сорбентов 1–5

№ сорбента 1 2 3 4 5
Kdmax 72.3 197.0 170.0 197.9 115.2

Данные потенциометрического титрования вносят некоторую определенность и объясняют полученные закономерности (рис. 7).

Рис. 7.

Потенциометрические кривые для сорбентов 2 (1), 4(2).

Анализ результатов потенциометрического титрования для сорбента 4 показывает наличие двухступенчатой ионизации. Первая ступень отвечает началу ионизации фосфорного фрагмента при pH 3 по первой и второй ступени, при этом емкость равна 1.5 мг-экв/г. Вторая ступень отвечает суммарной ионизации силанольного гидроксила (pK 13) и фосфорного фрагмента по третьей ступени (pK 11) [27]. Емкость сорбента по второй ступени равна 5.75 мг-экв/г.

Для сорбента 2, не содержащего модифицированного вермикулита, кривая потенциометрического титрования имеет более размытый вид, что видно на рис. 7, но также наблюдаются два неявных перегиба. Начало кривой титрования при pH 7, первый перегиб титруется при pH 9–10, что отвечает ионизации первой –OH-группы резорцинового фрагмента [27]. Второй перегиб наблюдается при pH 12, титруется вторая гидроксильная группа в резорцинформальдегидном фрагменте [27].

Емкость сорбента по первой ступени равна 2.25 мг-экв/г, емкость по второй ступени – 5 мг-экв/г. Соотношение емкостей по первой ступени для сорбентов 2 и 4 равно 1.5, аналогичное соотношение получается при сравнении максимальной емкости по стронцию, оно равно 1.46 для этих сорбентов. В то же время сравнение максимальной емкости по МГ для сорбентов 2 и 4 дает величину, равную 1.36. Для уточнения характера поверхности были проведены исследования сорбентов 2–5 методом позитронно-аннигиляционной спектроскопии. В табл. 5 приведены данные временной позитронной диагностики сорбентов.

Таблица 5.

Экспериментальные данные позитронно-аннигиляционной спектроскопии для сорбентов 1–5

№ сорбента τ1 τ2 τ3 I1 I2 I3 K2 K3
нс % $\frac{1}{{нс}}$
2 1265 158 8301 79.91 15.446 4.6367 47.63 37.928
3 1616 195 1.01147 83.108 10.74 6.160 11.486 32.0
4 15 893 3083 1.9449 79.584 16.593 3.821 50.58 22.079
5 1639 2914 2.224 80.24 15.442 4.317 41.18 24.39

Примечание. τ1 – первая компонента спектра (нс), время прохождения потока позитронов через вещество; τ2 – вторая компонента, отвечающая взаимодействию позитрона с веществом, время аннигиляций позитрона на отрицательных сайтах поверхности вещества; τ3 – третья компонента, отвечающая аннигиляции позитрония в пустотах; K2 – скорость аннигиляции позитрона в неупорядоченных областях; K3 – скорость аннигиляции позитрония в неупорядоченных областях.

В табл. 6 представлены расчетные данные, полученные по методу определения свободного объема позитрона и позитрония [28].

Таблица 6.

Расчетные данные, полученные по методу определения свободного объема позитрона и позитрония, для сорбентов 1–5

№ сорбента ${{N}_{{p{{s}^{\centerdot }}}}}$ Nе+ Rps Rе+ Vps, Vе+ Vps, Vе+
×1020, 1/см3 Å отн. ед. отн. объем
2 2.42 1.35 4.81 4.5 0.65 0.26 1.13 0.52
3 2.49 0.94 4.77 4.52 0.82 0.18 1.14 0.25
4 1.41 2.77 5.49 4.36 0.51 0.50 0.98 0.96
5 1.54 2.26 5.62 4.38 0.59 0.41 1.15 0.80

Примечание. Nps– число аннигиляций (знаки) позитрония в 1см3 × 1020; Ne+ – число аннигиляций позитрона в 1 см3 × 1020; Rps – радиус “ловушки” позитрония, Å, в которой он аннигилирует; Re+ – радиус “ловушки” позитрона, Å, в которой он аннигилирует; Ve+ – удельный объем упорядоченного пространства в веществе, где аннигилирует позитрон; Vps – удельный объем неупорядоченного пространства в веществе, где аннигилирует позитрон.

Наблюдается практически прямая зависимость между величиной неоднородности поверхности, рассчитанной по уравнению Лэнгмюра–Фрейндлиха (табл. 3) и величиной Ne+ (табл. 6), которая отвечает числу дефектов или отрицательно заряженных центров, т.е. количеству “ловушек” позитрона (рис. 8).

Рис. 8.

Зависимость величины неоднородности поверхности m от Ne+, т.е. от количества “ловушек” аннигиляции позитрона для сорбентов 2–5.

Такая зависимость подтверждает, что при обработке кислотой резко увеличивается неоднородность поверхности и, соответственно, количество дефектов (Ne+), снижается блокировка центров положительно заряженными ионами кальция.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Получены сорбенты на основе фосфорсодержащего вермикулита и резорцинформальдегидного полимера с одновременным внесением в реакционную смесь карбоната кальция. При соотношении полимера и вермикулита 1 : 1 содержание СаСО3 составляет 10% от общей массы сорбента. Получены модульные сорбенты без вермикулита для контроля. Фосфорсодержащий вермикулит был получен обработкой 30%-ной фосфорной кислотой вспученного вермикулита. Сорбенты, содержащие СаСО3, были активированы 1 М азотной кислотой. Состав и свойства были изучены с помощью ИК-, позитронно-аннигиляцинной спектроскопии, дифрактометрии, электронной микроскопии, был проведен элементный анализ.

Адсорбционные характеристики, полученные адсорбцией азота и метиленового голубого, показали некоторые отличия при введении вермикулита в реакцию. Изотермы сорбции ионов стронция были получены в уравнениях Лэнгмюра, Фрейндлиха, Лэнгмюра–Фрейндлиха. Рассчитанные величины максимальной сорбции стронция имеют обратную зависимость от степени неоднородности поверхности сорбента. Коэффициенты распределения несколько выше для композитных, чем для полимерных сорбентов. Данные потенциометрического титрования показывают наличие кислых фосфатных групп. По-видимому, это приводит к образованию нерастворимых производных стронция и увеличению степени неоднородности поверхности.

Данные позитронно-аннигиляционной спектроскопии показали, что наблюдается практически прямая зависимость между величиной неоднородности поверхности (m) и числом отрицательно заряженных центров (Ne+), т.е. число дефектов увеличивается при обработке кислотой, убираются положительно заряженные ионы кальция, увеличивая Kd по ионам стронция.

Список литературы

  1. Ломаев В.Г., Сердюк С.С. // Журн. Сибирского федерального ун-та. Техника и технологии. 2011. Т. 4. С. 132.

  2. Масленицкий И.Н., Чугаев Л.В., Борбат В.Ф. и др. Металлургия благородных металлов. М.: Металлургия, 1978. 426 с.

  3. Gordienko P.S., Shabalin I.A., Yarusova S.B. et al. // Russ. J. Inorg. Chem. 2019. V. 64. № 12. P. 1579. https://doi.org/10.1134/S0036023619120052

  4. Бахирева О.И., Пан Л.С., Вольхин В.В. и др. // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического ун-та. Химическая технология и биотехнология. 2010. С. 150.

  5. Arjmandi R., Hassan A., Mohamad Haafiz M.K., Zakaria Z. // Int. J. Biological Macromolecules. 2015. V. 81. P. 91. https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2015.07.062

  6. Brown G., Nadeau P. // Philosophic. Transact. Royal Soc. B: Biolog. Sci. 1984. P. 221. https://doi.org/10.1098/rsta.1984.0025

  7. Shapkin N.P., Panasenko A.E., Khal’chenko I.G. et al. // Russ. J. Inorg. Chem. 2020. V. 65. № 10. P. 1614. https://doi.org/10.1134/S0036023620100186

  8. Weiss Z., Valaskova M., Seidrelova J. et al. // J. Nanosci. Nanotechnol. 2006. V. 6. P. 726. https://doi.org/10.1166/jnn.2006.116

  9. Abollino O., Giacomino A., Malandrino M., Mentasti E. // Appl. Clay Sci. 2008. V. 38. P. 227. https://doi.org/10.1016/j.clay.2007.04.002

  10. Ray S.S., Bousmina M. // Progress Materials Sci. 2005. P. 962. https://doi.org/10.1016/j.pmatsci.2005.05.002

  11. Bergaya F., Jaber M., Lambert J. Rubber-claynanocomposites: Science, Technology, and Applications / Ed. Galimberti M. New Jersey, 2011. 571 p. https://doi.org/10.1002/9781118092866

  12. Sivaiah M.V., Kumar S.S., Venkatesan K.A. et al. // J. Nucl. Radiochem. Sci. 2004. V. 5. P. 33. https://doi.org/10.14494/jnrs2000.5.33

  13. Ning Z., Ishiguro M., Koopal L.K. et al. // J. Radioanal. Nucl. Chem. 2018. V. 317. P. 409. https://doi.org/10.1007/s10967-018-5870-9

  14. Long H., Wu P., Yang L. et al. // J. Colloid Interface Sci. 2014. V. 428. P. 295. https://doi.org/10.1016/j.jcis.2014.05.001

  15. Леонтьев Л.Б., Шапкин Н.П., Леонтьев А.Л. и др. // Триботехнические наноматериалы и надежность судовых дизелей. Владивосток, 2020. С. 150.

  16. Nur T., Loganathan P., Kandasamy J., Vigneswaran S. // Desalination. 2017. V. 420. P. 283. https://doi.org/10.1016/j.desal.2017.08.003

  17. Mougel C., Garnier T., Cassagnau P., Sintes-Zydowicz N. // Polymer. 2019. V. 164. P. 86. https://doi.org/10.1016/j.polymer.2018.12.050

  18. Biedermann M., Grob K. // LWT – Food Sci. Technol. 2006. V. 39. P. 633. https://doi.org/10.1016/j.lwt.2005.04.008

  19. Sturiale A., Vazquez A., Cisilino L., Manfredi B. // Int. J. Adhesion and Adhesives. 2007. V. 27. P. 156. https://doi.org/10.1016/j.ijadhadh.2006.01.007

  20. Schwan M., Ratke L. // J. Mater. Chem. A. 2013. V. 1. P. 13462. https://doi.org/10.1039/C3TA13172F

  21. Schultz T.P. // Holzforschung. 2009. V. 44. P. 467. https://doi.org/10.1515/hfsg.1990.44.6.467

  22. Hu X., Zhao Y., Cheng W. et al. // Polymer Composites. 2014. V. 35. P. 2056. https://doi.org/10.1002/pc.22867

  23. Chunhua L., Shuhua Q., Zhang D. // Appl. Polymer. 2010. V. 115. P. 3675. https://doi.org/10.1002/app.31469

  24. Amirou S., Pizzi A., Xi X. // Eur. J. Wood and Wood Products. 2019. V. 77. P. 453. https://doi.org/10.1007/s00107-019-01405-y

  25. Егорин А.М., Тутов М.В., Слободюк А.Б., Авраменко В.А. // Радиохимия. 2014. № 2. С. 156. https://doi.org/10.1134/S1066362214020106

  26. Авраменко В.А., Токарь Э.А., Тутов М.В. и др. // Материалы всерос. науч. конф. с международным участием: “III Байкальский материаловедческий форум”. Иркутск, 2018. С. 6.

  27. Лурье Ю.Ю. Справочник по аналитической химии. М.: Химия, 1971. 454 с.

  28. Razov V.I., Trukhin V.V. // Adv. Mater. Res. 2014. V. 894. P. 177. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/AMR.894.177

Дополнительные материалы отсутствуют.

Инструменты

следующая статья выпуска предыдущая статья выпуска содержание выпуска

Журнал неорганической химии

Архивы выпусков Информация о журнале Отправить рукопись в журнал