Влияние кислотно-основных свойств аморфных оксигидратов на адсорбцию и подвижность адсорбированных катионов Cu (II), Cd (II), Pb (II)
Изучено влияние введения протонодонорного (MnO(OH)₂) и протоноакцепторного (Al₂O₃×nH₂O) компонентов в состав оксигидратов Zr (IV), Sn (IV) и Ti (IV) на адсорбцию и подвижность катионов Cu (II), Cd (II), Pb (II). Обнаружено, что увеличение ионного потенциала оксид-образующего металла оксигидратных ад...
Gespeichert in:
| Veröffentlicht in: | Украинский химический журнал |
|---|---|
| Datum: | 2009 |
| Hauptverfasser: | , , , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Russian |
| Veröffentlicht: |
Інститут загальної та неорганічної хімії ім. В.І. Вернадського НАН України
2009
|
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/82416 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | Влияние кислотно-основных свойств аморфных оксигидратов на адсорбцию и подвижность адсорбированных катионов Cu (II), Cd (II), Pb (II) / Т.В. Мальцева, Е.O. Куделко, Т.В. Яценко, В.Н. Беляков // Украинский химический журнал. — 2009. — Т. 75, № 3. — С. 28-32. — Бібліогр.: 8 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-82416 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
Мальцева, Т.В. Куделко, Е.O. Яценко, Т.В. Беляков, В.Н. 2015-05-29T12:46:05Z 2015-05-29T12:46:05Z 2009 Влияние кислотно-основных свойств аморфных оксигидратов на адсорбцию и подвижность адсорбированных катионов Cu (II), Cd (II), Pb (II) / Т.В. Мальцева, Е.O. Куделко, Т.В. Яценко, В.Н. Беляков // Украинский химический журнал. — 2009. — Т. 75, № 3. — С. 28-32. — Бібліогр.: 8 назв. — рос. 0041–6045 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/82416 541.183 Изучено влияние введения протонодонорного (MnO(OH)₂) и протоноакцепторного (Al₂O₃×nH₂O) компонентов в состав оксигидратов Zr (IV), Sn (IV) и Ti (IV) на адсорбцию и подвижность катионов Cu (II), Cd (II), Pb (II). Обнаружено, что увеличение ионного потенциала оксид-образующего металла оксигидратных адсорбентов приводит к повышению избирательности поглощения катионов. Найдено, что подвижность адсорбированных катионов изменяется в пределах 0.1—2.0×10⁻⁹ м²×В⁻¹×с⁻¹, а максимальные значения получены для двойных оксигидратов, содержащих Al₂O₃×nH₂O. Вивчено вплив введення протонодонорного (MnO(OH)₂) та протоноакцептерного (Al₂O₃×nH₂O) компонентів у склад оксигідратів Zr (IV), Sn (IV) і Ti (IV) на адсорбцію та рухливість катіонів Cu (II), Cd (II), Pb (II). Виявлено, що збільшення йонного потенціалу оксидутворюючого металу оксигідратних адсорбентів приводить до зростання селективності поглинання катіонів. Знайдено, що рухливість адсорбованих катіонів змінюється у діапазоні 0.1—2.0×10⁻⁹ м²×В⁻¹×с⁻¹, а максимальні значення розраховано для подвійних оксигідратів, що містять компонент Al₂O₃×nH₂O. It was studied the influences of addition of protonodonor (MnO(OH)₂) and protonoacceptor (Al₂O₃×nH₂O) components on adsorption and mobility of ions Cu (II), Cd (II), Pb (II) into composite (hydr)oxides of Zr (IV), Sn (IV) and Ti (IV). It was found that increasing in ionic potential of forming metal of oxides bring to selectivity’s rising. It was found that the mobility of adsorbed ions in (hydr)oxides changes within the limits of 0.1—2.0×10⁻⁹ m²×V⁻¹×s⁻¹. And the highest value of the mobility of adsorbed ions in (hydr)oxides were found in double composites based on Al₂O₃.×nH₂O. Выражаем благодарность кандидату химических наук А.В. Пальчику за помощь в синтезе оксигидратов. ru Інститут загальної та неорганічної хімії ім. В.І. Вернадського НАН України Украинский химический журнал Неорганическая и физическая химия Влияние кислотно-основных свойств аморфных оксигидратов на адсорбцию и подвижность адсорбированных катионов Cu (II), Cd (II), Pb (II) Article published earlier |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| title |
Влияние кислотно-основных свойств аморфных оксигидратов на адсорбцию и подвижность адсорбированных катионов Cu (II), Cd (II), Pb (II) |
| spellingShingle |
Влияние кислотно-основных свойств аморфных оксигидратов на адсорбцию и подвижность адсорбированных катионов Cu (II), Cd (II), Pb (II) Мальцева, Т.В. Куделко, Е.O. Яценко, Т.В. Беляков, В.Н. Неорганическая и физическая химия |
| title_short |
Влияние кислотно-основных свойств аморфных оксигидратов на адсорбцию и подвижность адсорбированных катионов Cu (II), Cd (II), Pb (II) |
| title_full |
Влияние кислотно-основных свойств аморфных оксигидратов на адсорбцию и подвижность адсорбированных катионов Cu (II), Cd (II), Pb (II) |
| title_fullStr |
Влияние кислотно-основных свойств аморфных оксигидратов на адсорбцию и подвижность адсорбированных катионов Cu (II), Cd (II), Pb (II) |
| title_full_unstemmed |
Влияние кислотно-основных свойств аморфных оксигидратов на адсорбцию и подвижность адсорбированных катионов Cu (II), Cd (II), Pb (II) |
| title_sort |
влияние кислотно-основных свойств аморфных оксигидратов на адсорбцию и подвижность адсорбированных катионов cu (ii), cd (ii), pb (ii) |
| author |
Мальцева, Т.В. Куделко, Е.O. Яценко, Т.В. Беляков, В.Н. |
| author_facet |
Мальцева, Т.В. Куделко, Е.O. Яценко, Т.В. Беляков, В.Н. |
| topic |
Неорганическая и физическая химия |
| topic_facet |
Неорганическая и физическая химия |
| publishDate |
2009 |
| language |
Russian |
| container_title |
Украинский химический журнал |
| publisher |
Інститут загальної та неорганічної хімії ім. В.І. Вернадського НАН України |
| format |
Article |
| description |
Изучено влияние введения протонодонорного (MnO(OH)₂) и протоноакцепторного (Al₂O₃×nH₂O) компонентов в состав оксигидратов Zr (IV), Sn (IV) и Ti (IV) на адсорбцию и подвижность катионов Cu (II), Cd (II), Pb (II). Обнаружено, что увеличение ионного потенциала оксид-образующего металла оксигидратных адсорбентов приводит к повышению избирательности поглощения катионов. Найдено, что подвижность адсорбированных катионов изменяется в пределах 0.1—2.0×10⁻⁹ м²×В⁻¹×с⁻¹, а максимальные значения получены для двойных оксигидратов, содержащих Al₂O₃×nH₂O.
Вивчено вплив введення протонодонорного (MnO(OH)₂) та протоноакцептерного (Al₂O₃×nH₂O) компонентів у склад оксигідратів Zr (IV), Sn (IV) і Ti (IV) на адсорбцію та рухливість катіонів Cu (II), Cd (II), Pb (II). Виявлено, що збільшення йонного потенціалу оксидутворюючого металу оксигідратних адсорбентів приводить до зростання селективності поглинання катіонів. Знайдено, що рухливість адсорбованих катіонів змінюється у діапазоні 0.1—2.0×10⁻⁹ м²×В⁻¹×с⁻¹, а максимальні значення розраховано для подвійних оксигідратів, що містять компонент Al₂O₃×nH₂O.
It was studied the influences of addition of protonodonor (MnO(OH)₂) and protonoacceptor (Al₂O₃×nH₂O) components on adsorption and mobility of ions Cu (II), Cd (II), Pb (II) into composite (hydr)oxides of Zr (IV), Sn (IV) and Ti (IV). It was found that increasing in ionic potential of forming metal of oxides bring to selectivity’s rising. It was found that the mobility of adsorbed ions in (hydr)oxides changes within the limits of 0.1—2.0×10⁻⁹ m²×V⁻¹×s⁻¹. And the highest value of the mobility of adsorbed ions in (hydr)oxides were found in double composites based on Al₂O₃.×nH₂O.
|
| issn |
0041–6045 |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/82416 |
| citation_txt |
Влияние кислотно-основных свойств аморфных оксигидратов на адсорбцию и подвижность адсорбированных катионов Cu (II), Cd (II), Pb (II) / Т.В. Мальцева, Е.O. Куделко, Т.В. Яценко, В.Н. Беляков // Украинский химический журнал. — 2009. — Т. 75, № 3. — С. 28-32. — Бібліогр.: 8 назв. — рос. |
| work_keys_str_mv |
AT malʹcevatv vliâniekislotnoosnovnyhsvoistvamorfnyhoksigidratovnaadsorbciûipodvižnostʹadsorbirovannyhkationovcuiicdiipbii AT kudelkoeo vliâniekislotnoosnovnyhsvoistvamorfnyhoksigidratovnaadsorbciûipodvižnostʹadsorbirovannyhkationovcuiicdiipbii AT âcenkotv vliâniekislotnoosnovnyhsvoistvamorfnyhoksigidratovnaadsorbciûipodvižnostʹadsorbirovannyhkationovcuiicdiipbii AT belâkovvn vliâniekislotnoosnovnyhsvoistvamorfnyhoksigidratovnaadsorbciûipodvižnostʹadsorbirovannyhkationovcuiicdiipbii |
| first_indexed |
2025-11-25T21:12:26Z |
| last_indexed |
2025-11-25T21:12:26Z |
| _version_ |
1850549391318843392 |
| fulltext |
on of electric properties of semiconductor—metal—semi-
conductor was found in the concentration interval of
0 ≤ х ≤ 0.25. It is a result of different overlap of energy
bands in energy-band structure of the materials under
increase of amount of doped agent.
1. Dyer P.N., R ichards R .E., Russek S.L ., Taylor D.M .
// Solid State Ionics. -2000. -134, № 1–2. -P. 21.
2. Lane J.A ., Benson S .J., W aller D., Kilner J.A . //
Ibid. -1999. -121. -P. 201.
3. Troyanchuk I., Khalyavin D., Solovykh T . // J. Phys.:
Condens. Mater. -2000. -12. -P. 2485.
4. Cherepanov V., Aksenova T., Kiselev E., Gavrilova L .
// Solid State Sciences. -2008. -10, № 4. -P. 438—443.
5. Cherepanov V.A., Gavrilova L .Y a., Petrov A.N. //
Proc. the Electrochem. Soc. Inc. -Pennington, New
Jersey, USA. -1997. -97, № 40. -P. 897—906.
6. Patie S .B., Keer H.V., Chakvalarty D.K. // Phys.
Status Solid. -1979. -2. -P. 681—686.
7. Shao Z ., Y ang W ., Cong Y . et al. // J. Membrane
Science. -2000. -172. -P. 177.
8. Lim K.S., Lee K.S., Han I.S . et al. // J. Korean
Ceramic Society. -2001. -38, № 10. -P. 886.
9. Куличенко В.А ., Неділько С.А ., Дзязько О.Г. // Вісн.
Київ. ун-ту. -1996. -Вип. 33. -С. 130—132.
10. Shannon R .D . // Acta Cryst. -1976. -A32. -Р. 751—767.
Київський національний університет ім. Тараса Шевченка Надійшла 24.09.2008
УДК 541.183
Т.В. Мальцева, Е.O. Куделко, Т.В. Яценко, В.Н. Беляков
ВЛИЯНИЕ КИСЛОТНО-ОСНОВНЫХ СВОЙСТВ АМОРФНЫХ ОКСИГИДРАТОВ
НА АДСОРБЦИЮ И ПОДВИЖНОСТЬ КАТИОНОВ Cu (II), Cd (II), Pb (II)
Изучено влияние введения протонодонорного (MnO(OH)2) и протоноакцепторного (Al2O3⋅nH2O) компонентов
в состав оксигидратов Zr (IV), Sn (IV) и Ti (IV) на адсорбцию и подвижность катионов Cu (II), Cd (II), Pb
(II). Обнаружено, что увеличение ионного потенциала оксид-образующего металла оксигидратных адсорбентов
приводит к повышению избирательности поглощения катионов. Найдено , что подвижность адсорбиро-
ванных катионов изменяется в пределах 0.1—2.0⋅10–9 м2⋅В–1⋅с–1, а максимальные значения получены для
двойных оксигидратов, содержащих Al2O3⋅nH2O.
Оксигидраты образуют широкий ряд адсорб-
ционных материалов, обладающих как анионо-,
так и катионообменными свойствами. Гелевые
(аморфные) оксидные фазы по сравнению с кри-
сталлическими характеризуются более высокими
значениями равновесных и неравновесных пока-
зателей ионообменного поглощения — таких, как
концентрация поверхностных групп (NS), коэф-
фициент распределения ионов (Kd), время полу-
обмена (t1/2), коэффициент диффузии (D) [1]. Ад-
сорбция ионов оксигидратными материалами изу-
чается в настоящий момент достаточно интен-
сивно [1—3]. Однако полученные данные не сис-
тематизированы, а исследования по влиянию за-
ряда и структурных характеристик поверхности
на энергию связи оксигидратов с различными ио-
нами практически отсутствуют. Поэтому иссле-
дование свойств поверхности оксигидратов и вы-
явление взаимосвязи между зарядом поверхности,
кислотно-основными и сорбционными свойства-
ми является актуaльным. Наиболее интересными
объектами научного исследования в данной об-
ласти могут быть сложные (двойные) оксигидра-
ты. Подтверждением этому может служить тот
факт, что для двойных оксигидратов на основе
оксидов Zr (IV), Sn (IV) и Ti (IV), содержащих в
качестве второго компонента Al2O3⋅nH2O, обнару-
жены высокие значения подвижности адсорби-
рованных катионов Cu (II), Cd (II), Pb (II) (до 0.5⋅
10–9 м2⋅В–1⋅с–1). Такие значения показывают воз-
можность использования оксидных материалов
для очистки водных растворов с применением гра-
диента электрического потенциала [4].
В настоящей работе представлены результаты
исследования влияния заряда поверхности на ад-
сорбцию и подвижность поглощенных ионов Cu
(II), Cd (II), Pb (II) в двойных оксигидратах на ос-
нове оксидов ZrO2, SnO2, TiO2, содержащих про-
тонодонорный (MnO(OH)2) либо протоноакцеп-
торный (Al2O3⋅nH2O) оксидный компонент. Для
Неорганическая и физическая химия
© Т.В. Мальцева, Е.O. Куделко, Т.В. Яценко, В.Н . Беляков , 2009
28 ISSN 0041-6045. УКР. ХИМ . ЖУРН . 2009. Т. 75, № 3
сравнения были изучены свойства индивидуаль-
ных оксигидратов. Предполагалось, что введение
протонодонорного либо протоноакцепторного ком-
понента в оксигидратные адсорбенты приведет к
перераспределению кислотно-основных свойств.
Задача настоящего исследования заключа-
лась в изучении селективных и кинетических сво-
йств индивидуальных и двойных оксигидратов,
обладающих различными электроповерхностны-
ми характеристиками по отношению к катионам
Cu (II), Cd (II), Pb (II).
Оксигидратные аморфные материалы полу-
чали (со)осаждением гидроксидов из растворов со-
ответствующих хлоридов. Метод синтеза вклю-
чал стадию гелеобразования, отмывку от избыт-
ка солей и сушку при 70 оС. Исходные соотноше-
ния вводимых компонентов при синтезе состав-
ляли 1:1 для двойных оксигидратов, содержащих
Al2O3⋅nH2O, и 1:1, 3:1 — для содержащих MnO(OH)2
(первый компонент — гидродиоксид металла).
Точки нулевого заряда (ТНЗ) определяли потен-
циометрическим титрованием в 0.12 М растворе
KNO3, удельную поверхность Sуд — по методу
БЭТ из изотерм адсорбции паров азота при 77 К
(газометр ГХ-1).
Сорбционные свойства оксигидратов изуча-
ли в водных растворах KNO3, CuCl2, CdCl2 и
Pb(NO3)2. Анализ содержания ионов Cd (II), Pb
(II) в растворах проводили методом атомно-аб-
сорбционной спектроскопии, а ионов Cu (II) —
спектрофотометрическим методом (λ=812 нм).
Концентрацию поверхностных OH-групп рассчи-
тывали по максимуму адсорбции катионов с уче-
том стехиометрии обмена ионов гидроксония.
Кинетические свойства сорбционных матери-
алов оценивали по времени полуобмена t0.5 ионов
Cu (II) при сорбции из 0.05 М растворов CuCl2.
Выбор концентрации раствора был обусловлен
тем, что лимитирующей стадией сорбции в этих
условиях является внутридиффузионная кинетика
[5]. Коэффициенты диффузии D рассчитывали по
уравнению:
D = 0.03 d3
4t0.5
, (1)
где t0.5 — время полуобмена, с; d — эффективный
диаметр частиц оксигидрата.
По данным кинетических экспериментов с
использованием уравнения Нернста–Эйнштейна
были рассчитаны значения подвижности u ад-
сорбированных ионов Cu (II).
Результаты исследований
структурно-химических свойств
поверхности оксигидратов пред-
ставлены в таблице — значе-
ния точек нулевого заряда, вели-
чины удельной поверхности, кон-
центрации обменных групп, ко-
эффициенты распределения раз-
личных ионов и значения под-
вижности адсорбированных ио-
нов Cu (II) uCu(II). Анализ дан-
ных таблицы показывает, что
исследованные материалы мож-
но рассматривать как амфоли-
ты (ZrO2⋅nH2O, ZrxAl1–xOy⋅nH2O,
TiO2⋅nH2O, TixAl1–xOy⋅nH2O, Al2O3⋅
nH2O, SnxAl1–xOy⋅nH2O), так и
неорганические катиониты (ос-
тальные оксигидраты), значе-
ние ТНЗ которых ниже 5.5. По
данным термогравиметрии, со-
держание конституционной во-
ды в двойных оксигидратах
составило 15—30 % для содер-
жащих MnO(OH)2 и 30—40 %
Поверхностные характеристики оксигидратов
Оксигидрат (вносимое
соотношение при
синтезе)
рНо
Sуд,
м2⋅г–1
NS ,
нм–2
Kd uCu(II)⋅10–10,
м2⋅В–1⋅с–1
Cu (II) Cd (II) Pb (II)
ZrO2⋅nH2O 6.3 53 11 15 — 114 0.6
ZrхAl1–xOy⋅nH2O (1:1) 6.0 290 4 9 78 25 0.9
ZrxMn1–xOy⋅nH2O (3:1) 4.7 193 8 20 — 31 0.4
ZrxMn1–xOy⋅nH2O (1:1) 5.2 290 3 14 24 24 < 0.1
TiO2⋅nH2O 5.6 198 11 271 5590 18150 1.3
TixAl1–xOy⋅nH2O (1:1) 5.8 227 5 11 — 13 1.6
TixMn1–xOy⋅nH2O (3:1) 4.0 240 7 23 — 35 0.7
TixMn1–xOy⋅nH2O (1:1) 4.2 278 3 35 39 46 0.1
Al2O3⋅nH2O 6.9 98 8 14 — 87 0.8
AlxMn1–xOy⋅nH2O (3:1) 5.1 152 8 43 — 74 0.9
AlxMn1–xOy⋅nH2O (1:1) 5.2 170 12 25 — 82 0.7
SnO2⋅nH2O 3.7 84 6 23 52 78 0.2
SnхAl1–xOy⋅nH2O (1:1) 6.4 224 6 10 — 13 1.9
SnxMn1–xOy⋅nH2O (3:1) 3.6 170 8 19 — 27 0.2
SnxMn1–xOy⋅nH2O (1:1) 3.2 165 3 24 51 47 < 0.1
MnO2⋅nH2O 2.7 78 8 22 92 35 0.2
ISSN 0041-6045. УКР. ХИМ . ЖУРН . 2009. Т. 75, № 3 29
— для содержащих Al2O3⋅nH2O.
При анализе ФТ-ИК-спектров материалов вы-
явлены полоса поглощения валентных колебаний
гидроксильных групп в области 3400 см–1 и поло-
са поглощения деформационных колебаний –ОН-
групп молекул H2O в области 1640 см–1.
Значения точек нулевого заряда индивидуаль-
ных оксигидратов несколько смещены в область
нейтральных значений рН по сравнению с извес-
тными из литературы значениями для кристалли-
ческих оксидов, что может быть связано с влия-
нием конституционной воды.
По данным химического анализа, содержа-
ние Mn в двойных оксигидратах составляет 10—
20 % для выбранного при синтезе соотношения
1:1 и до 40 % — для соотношения Me : Mn = 3:1.
Содержание Al в двойных оксигидратах изменя-
ется в пределах 30—50 %.
При введении диоксида марганца в качестве
второго компонента наибольшее изменение в зна-
чении ТНЗ наблюдалось для амфолитов (ZrO2,
TiO2), тогда как для катионообменного оксигид-
рата SnO2 значение точки нулевого заряда прак-
тически не изменилось. Увеличение количества
протонодонорного компонента MnO2 в двойных
оксигидратах не приводит, как ожидалось, к сме-
щению ТНЗ в область более низких значений, что
может быть связано с повышением доли микро-
пор в образцах и снижением зарядового механизма
поглощения. Двойные оксигидраты, содержащие
протоноакцепторный компонент Al2O3⋅nH2O, ха-
рактеризуются близкими значениями ТНЗ (6.0—6.2),
только у двойных оксигидратов состава AlхMn1–xOy⋅
nH2O (1:1, 1:3) ТНЗ смещена в область более ни-
зких значений и составляет соответственно 5.2 и
5.1. В целом перераспределение кислотно-основ-
ных свойств в двойных оксигидратах соответст-
вует 0.3—2.7 рН .
Полученные значения удельной поверхности
позволяют сделать вывод о том, что двойные ок-
сигидраты имеют большие значения Sуд по сра-
внению с индивидуальными. Следует заметить, что
при значениях Sуд более 250 м2⋅г–1 наблюдается
снижение концентрации поверхностных гидрок-
сильных групп (3 группы на 1 нм2). Значения ко-
эффициентов распределения катионов в большин-
стве случаев не превышают 102 г-экв⋅см–3. Полу-
ченные высокие значения Kd для TiO2 указывают
на высокую селективность взаимодействия с изу-
чаемыми катионами.
По величине подвижности адсорбированных
ионов изученные материалы можно разделить на
четыре группы. Первая состоит из оксигидратов,
подвижность ионов в которых не превышает
0.1⋅10–10 м2⋅В–1⋅с–1. Это двойные оксигидраты Zr
(IV), Sn (IV) и Ti (IV), содержащие диоксид мар-
ганца и синтезированные в соотношении 1:1. Для
этих материалов характерны высокие величины
удельной поверхности (свыше 250 м2⋅г–1) и низкие
концентрации поверхностных адсорбционных
групп (3). Низкая концентрация поверхностных
групп указывает на наличие пор, радиус которых
не превышает 0.3—0.5 нм [6]. Подтверждением
этому могут быть низкие значения коэффициен-
тов распределения ионов Cu (II), Cd (II), Pb (II).
Вторую группу образуют катионообменные
оксигидраты (значения ТНЗ 2.7—3.6), для кото-
рых наблюдаются высокие коэффициенты сте-
хиометрии обмена катионов: SnO2⋅nH2O – 1.2,
MnO(OH)2 – 1.5, SnхMn1–xOy⋅nH2O (3:1) – 0.6, а их
кинетические характеристики (подвижность) так-
же не очень высоки – до 0.2⋅10–10 м2⋅В–1⋅с–1.
К третьей группе можно отнести индивиду-
альные оксигидраты ZrO2⋅nH2O, Al2O3⋅nH2O и
двойные, содержащие MnO(OH)2, синтезирован-
ные при соотношении Me : Mn = 3:1. Величина по-
движности адсорбированных ионов для этих ма-
териалов находится в диапазоне 0.2—0.9⋅10–10
м2⋅В–1⋅с–1, а коэффициент стехиометрии обмена
близок к 0.
Для четвертой группы характерны высокие
(1.0—2.0⋅10–10 м2⋅В–1⋅с–1) значения подвижности ио-
нов. Она состоит из двойных оксидов, содержащих
Al2O3⋅nH2O. К ней также можно отнести и индиви-
дуальный TiO2. Таким образом, можно сделать вы-
вод о том, что при введении MnO(OH)2 в коли-
честве до 25 % синтезированные материалы ха-
рактеризуются максимальными значениями под-
вижности адсорбированных катионов, обладая при
этом достаточно высокой селективностью. Увели-
чение количества вводимого MnO(OH)2 до 50 %
ухудшает кинетические свойства двойных окси-
гидратов. Двойные оксигидраты, содержащие
Al2O3⋅nH2O, характеризуются высокими значе-
ниями подвижности адсорбированных катионов.
При этом можно полагать, что при адсорбции ани-
онов высокие значения подвижности анионов
также сохранятся, поскольку они обусловлены вне-
шнесферным характером образующихся на поверх-
ности комплексов.
Значения подвижности катионов Cd (II), Pb
(II), адсорбированных оксигидратными адсор-
Неорганическая и физическая химия
30 ISSN 0041-6045. УКР. ХИМ . ЖУРН . 2009. Т. 75, № 3
бентами, были также рассчитаны. Оказалось, что
они несколько ниже, чем катионов Cu (II) (не бо-
лее чем на 40 %).
При адсорбции катионов Cu (II), Cd (II), Pb
(II) амфолитами высока вероятность их гидроли-
за в сорбированном виде на поверхности [1]. По-
верхностные гидролизные формы благодаря внеш-
несферному характеру образующихся комплексов
могут обладать сравнительно высокой подвижно-
стью. Очевидно, что для ионов Cu (II), для кото-
рых рН гидролиза ниже, чем для Cd (II) и Pb (II),
содержание гидролизных форм в одних и тех же
экспериментальных условиях будет выше.
Наиболее высокая подвижность адсорбиро-
ванных катионов наблюдается в индивидуальных
амфолитах и в амфолитах, содержащих Al2O3⋅
nH2O. Это можно объяснить наличием достаточ-
но большого количества протоноакцепторных по-
верхностных групп и высоким содержанием кон-
ституционной воды (до 40 %).
Теоретическим показателем электростатичес-
кой селективности поглощения можно считать от-
ношение коэффициента распределения ионов к
максимальной величине адсорбции, как степень
реализации величины полного заряда поверхнос-
ти при одной и той же равновесной концентра-
Рис. 2. Зависимости удельного количества выделившихся в раствор ионов H3O+ от количества
адсорбированных ионов Cu (II) оксигидратами MexOy⋅nH2O (а), MeхMn1–xOy⋅nH2O (1:1) (б), где
Me: 1 — ZrO2⋅nH2O; 2 — Al2O3⋅nH2O; 3 — SnO2⋅nH2O; 4 — TiO2⋅nH2O; 5 — MnO2⋅nH2O.
Рис. 1. Зависимости отношения коэффициента распределения ионов к максимальному поглощению
от ионного потенциала оксид-образующего металла для оксигидратов MeхAl1–xOy⋅nH2O (а) и
MeхMn1–xOy⋅nH2O (1:1) (б): 1 — ионы Cu (II); 2 — ионы Pb (II).
ISSN 0041-6045. УКР. ХИМ . ЖУРН . 2009. Т. 75, № 3 31
ции в растворе. На рис. 1 представлены зависи-
мости этого отношения от ионного потенциала [7],
рассчитанного для двойных оксигидратов, содер-
жащих как протоноакцепторные, так и протоно-
донорные компоненты. Видно, что в обоих случа-
ях увеличение ионного потенциала приводит к
росту избирательности поглощения катионов.
На рис. 2 показаны зависимости удельного
количества выделившихся в раствор ионов гидрок-
сония от количества адсорбированных ионов Cu
(II) как индивидуальными оксигидратами (а),
так и двойными (б), в состав которых при синтезе
был введен протонодонорный оксид MnO(OH)2
в соотношении 1:1. Следует заметить, что среди ин-
дивидуальных оксигидратов только SnO⋅nH2O2
обладает катионообменными свойствами (коэф-
фициент стехиометрии обмена близок к 1). Для
двойных оксигидратов, содержащих MnO(OH)2,
катионообменные свойства также являются пре-
обладающими. Для оксигидратов, содержащих
MnO(OH)2 в небольшом количестве, и для окси-
гидратов, содержащих Al2O3⋅nH2O, коэффици-
ент обмена иона гидроксония близок к нулю, мак-
симальное значение — 0.3 у Snх⋅Mn1–xOy⋅nH2O
(3:1). Таким образом, у всех групп изучаемых ок-
сигидратных адсорбентов доля анионообменных
центров достаточно высока.
В результате проведенного исследования мо-
жно сделать вывод о том, что, сочетая в себе разли-
чные кислотно-основные свойства, двойные окси-
гидратные сорбенты на основе металлов III—IV
групп являются перспективными для решения
задач, связанных с очисткой воды. Изученные ок-
сигидратные материалы, обладая развитой уде-
льной поверхностью, могут применяться в каче-
стве селективных адсорбентов с целью извлече-
ния примесей из водных растворов. Высокосе-
лективный индивидуальный оксигидрат титана
может быть использован для извлечения тяжелых
металлов из разбавленных растворов. Обладая сво-
йством проводимости и высокими значениями по-
движности ионов, при наложении электричеc-
кого поля двойные оксигидраты на основе Al2O3⋅
nH2O и оксигидратов металлов Zr, Sn, Ti могут
быть эффективны в электродеионизационных схе-
мах очистки воды.
Выражаем благодарность кандидату химиче-
ских наук А.В. Пальчику за помощь в синтезе ок-
сигидратов.
РЕЗЮМЕ. Вивчено вплив введення протонодонор-
ного (MnO(OH)2) та протоноакцептерного (Al2O3⋅nH2O)
компонентів у склад оксигідратів Zr (IV), Sn (IV) і Ti (IV)
на адсорбцію та рухливість катіонів Cu (II), Cd (II), Pb (II).
Виявлено, що збільшення йонного потенціалу оксид-
утворюючого металу оксигідратних адсорбентів приво-
дить до зростання селективності поглинання катіонів.
Знайдено, що рухливість адсорбованих катіонів зміню-
ється у діапазоні 0.1—2.0⋅10–9 м2⋅В–1⋅с–1, а максимальні
значення розраховано для подвійних оксигідратів, що
містять компонент Al2O3⋅nH2O.
SUMMARY. It was studied the influences of addition
of protonodonor (MnO(OH)2) and protonoacceptor (Al2O3⋅
nH2O) components on adsorption and mobility of ions
Cu (II), Cd (II), Pb (II) into composite (hydr)oxides of Zr
(IV), Sn (IV) and Ti (IV). It was found that increasing
in ionic potential of forming metal of oxides bring to
selectivity’s rising. It was found that the mobility of adsor-
bed ions in (hydr)oxides changes within the limits of
0.1—2.0⋅10–9 м2⋅V–1⋅s–1. And the highest value of the mobi-
lity of adsorbed ions in (hydr)oxides were found in double
composites based on Al2O3.⋅nH2O.
1. Hingston F.J. // Ann Arbor Science. -1981. -P. 51—90.
2. Печенюк С.И . // Усп. химии. -1992. -61, вып. 4.
-С. 711— 733.
3. Criscenti L .J., Sverjensky D.A. // Amer. J. Sci. -1999.
-299. -P. 828—899.
4. Куделко Е. O., Пальчик А .В., Мальцева Т .В. // Укр.
хим. журн. -2006. -72, № 1. -С. 67—69.
5. Гельферих Ф. Иониты и ионный обмен. -М .: Изд
-во иностр. лит., 1962. -С. 490.
6. Janusz W . Problemy wyznaczania stalych rownowag
termodynamicznych. -Lublin: Uniwersytet Marii
Curie-Sklodowskiej, 2000. -Р. 257.
7. Koivula R . Acad. Diss. -Helsinki, 2003.
8. Grahame D.C., Parsons R . // J. Amer. Chem. Soc.
-1961. -83, № 6. -P. 1291—1296.
Институт общей и неорганической химии Поступила 10.11.2008
им. В.И . Вернадского НАН Украины, Киев
Неорганическая и физическая химия
32 ISSN 0041-6045. УКР. ХИМ . ЖУРН . 2009. Т. 75, № 3
|