Сорбція фосфат- і арсенат-іонів з розчинів мішаними гідроксидами титану та лантану
Binary mixtures of titanium and lanthanum hydroxides of 9:1 and 4:1 molar ratio have been synthesized by precipitation from aqueous solutions. Porous structure of the hydroxides obtained and their capability to absorb phosphate- and arsenate-ions has been characterized.
Збережено в:
| Дата: | 2011 |
|---|---|
| Автори: | , , , , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Російська |
| Опубліковано: |
Chuiko Institute of Surface Chemistry National Academy of Sciences of Ukraine
2011
|
| Онлайн доступ: | https://surfacezbir.com.ua/index.php/surface/article/view/435 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Surface |
| Завантажити файл: |  |
Репозитарії
Surface| _version_ | 1869291565521829888 |
|---|---|
| author | Lesnichaya, T. V. Zykova, O. P. Khodakovskaya, T. A. Aleksandrova, V. S. Visloguzova, N. M. Kirillov, S. A. |
| author_facet | Lesnichaya, T. V. Zykova, O. P. Khodakovskaya, T. A. Aleksandrova, V. S. Visloguzova, N. M. Kirillov, S. A. |
| author_institution_txt_mv | [
{
"author": "T. V. Lesnichaya",
"institution": "Інститут сорбції та проблем ендоекології Національної академії наук України"
},
{
"author": "O. P. Zykova",
"institution": "Інститут сорбції та проблем ендоекології Національної академії наук України"
},
{
"author": "T. A. Khodakovskaya",
"institution": "Інститут сорбції та проблем ендоекології Національної академії наук України"
},
{
"author": "V. S. Aleksandrova",
"institution": "Інститут сорбції та проблем ендоекології Національної академії наук України"
},
{
"author": "N. M. Visloguzova",
"institution": "Інститут сорбції та проблем ендоекології Національної академії наук України"
},
{
"author": "S. A. Kirillov",
"institution": "Інститут сорбції та проблем ендоекології Національної академії наук України \/ Межвідомче відділення електрохімічної енергетики Національної академії наук України"
}
] |
| author_sort | Lesnichaya, T. V. |
| baseUrl_str | |
| collection | OJS |
| datestamp_date | 2018-11-27T09:38:50Z |
| description | Binary mixtures of titanium and lanthanum hydroxides of 9:1 and 4:1 molar ratio have been synthesized by precipitation from aqueous solutions. Porous structure of the hydroxides obtained and their capability to absorb phosphate- and arsenate-ions has been characterized. |
| first_indexed | 2025-09-24T17:45:22Z |
| format | Article |
| fulltext |
Поверхность. 2011. Вып. 3(18). С. 103–106 103
ФИЗИКО-ХИМИЯ ПОВЕРХНОСТНЫХ ЯВЛЕНИЙ
УДК 546.18+54-184
СОРБЦИЯ ФОСФАТ- И АРСЕНАТ-ИОНОВ ИЗ РАСТВОРОВ
СМЕШАННЫМИ ГИДРОКСИДАМИ ТИТАНА И ЛАНТАНА
Т.В. Лесничая1, О.П. Зыкова1, Т.А. Ходаковская1,
В.С. Александрова1, Н.М. Вислогузова1, С.А. Кириллов1,2
1Институт сорбции и проблем эндоэкологии Национальной академии наук Украины
ул. Генерала Наумова, 13, Киев, 03164, Украина, khain@ispe.kiev.uа
2Межведомственное отделение электрохимической энергетики
Национальной академии наук Украины
бул. акад. Вернадского, 38а, Киев, 03142, Украина, kir@i.kiev.ua
Осаждением из водных растворов синтезированы бинарные смеси гидроксидов титана
и лантана в соотношении 9:1 и 4:1. Охарактеризована пористая структура полученных
материалов и их способность поглощать фосфат- и арсенат-ионы.
Введение
В последнее время активно обсуждается возможность использования гидроксида
лантана для сорбционного лечения гиперфосфатемии [1, 2]. В наших предыдущих
работах [3, 4] было показано, что смесь гидроксидов лантана и титана в соотношении 1:1
характеризуется высокими сорбционными показателями при извлечении фосфат-
анионов, не уступающими индивидуальному гидроксиду лантана.
Синтез смешанных гидроксидов позволяет не только оптимизировать
сорбционно-селективные свойства ионообменников, но и уменьшить их коммерческую
стоимость за счет сокращения количества дорогостоящего сырья. Поскольку La(OH)3
является активной составляющей бинарной смеси, его количество напрямую влияет на
эффективность извлечения фосфат- и арсенат-ионов. Учитывая, что осаждение
гидратированного оксида титана происходит при рН ~1,5–2,5 [5], а гидроксида лантана
при рН ~8,5–10 [6], можно полагать, что в композитном материале поверхность частицы,
на которой происходят ионообменные процессы, обогащена гидроксидом лантана.
Поэтому одной из задач настоящей работы было сведение к минимуму содержания
La(OH)3 в смеси без потери сорбционной активности материала.
В связи с близостью радиусов фосфат- и арсенат-ионов (2,38 и 2,48 Å), их
способность адсорбироваться на различных поглотителях отличается мало. Поскольку
сродство арсенат-ионов к сорбентам, содержащим гидроксид лантана, неизвестно [7],
еще одной из задач работы было исследование сорбции арсенат-ионов на смешанных
гидроксидах лантана и титана.
Экспериментальная часть
Бинарные смеси гидроксидов лантана и титана в соотношении 1:9 (образец I) и
1:4 (образец II) были получены соосаждением из 1 М растворов нитратов и хлоридов
одноименных металлов 3М раствором аммиака. Полученные материалы промывали
дистиллированной водой до нейтральной реакции и сушили на воздухе при комнатной
температуре. Распределение пор по радиусам и удельные поверхности Sуд определяли
методом БЭТ по изотермам адсорбции-десорбции азота на приборе Quantachrom NOVA
2200e. Распределение пор по радиусам рассчитывали по десорбционным ветвям изотерм
104
по методу BJH. pH-Потенциометрические измерения проводили на приборе И-160М с
использованием растворов NaOH и HNO3 на фоне 0,1 М раствора нитрата натрия.
Сорбцию арсенат- и фосфат-ионов исследовали в статических условиях в растворах
Na2HAsO4·7H2O и Na2HPO4·2H2O на фоне 0,1 М раствора NaNO3 при pH~2,5 и 9, что
соответствует кислотности различных отделов желудочно-кишечного тракта. Растворы
при необходимости подкисляли азотной кислотой. Сорбционный эксперимент
проводили при комнатной температуре по следующей методике: к 200 мг сорбента
добавляли 20 мл раствора и при встряхивании в течение 4 ч приводили систему в
равновесие. После 48 ч отстаивания осадок отфильтровывали, и остаточное количество
фосфат- и арсенат-ионов находили фотоколориметрическим методом на приборе КФК-2
[7, 8]. Величины сорбционной емкости А (ммоль·г-1) рассчитывали по формуле
A=10-3(C0-Ceq)V/m,
где C0 и Сeq – концентрации сорбата в исходном и равновесном растворах после сорбции
(ммоль·л--1), V - объем раствора (мл), m - масса сорбента (г).
Результаты и их обсуждение
На рис. 1 представлены изотермы адсорбции-десорбции азота для образцов I и II,
а также дифференциальные кривые распределения объема пор по радиусам, полученные
исходя из изотерм десорбции. Для обоих образцов наблюдается преобладание пор с
размером ~1 нм, т.е. они являются мезопористыми. Удельные поверхности Sуд
составляют 474 м2·г-1 для образца I и 432 м2·г-1 для образца II.
0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0
0
100
200
300 II
V
, с
м
3 /г
P/P
0
а
I
1 2 3 4
0,00
0,05
0,10
0,15
dV
/d
(lo
gR
)
Радиус пор, нм
б
Рис. 1. Изотермы адсорбции-десорбции азота (а) и дифференциальные кривые
распределения пор по радиусам (б) для смесей гидроксидов лантана и титана
(образцы I и II).
Данные потенциометрического титрования (рис. 2) показывают, что обе
исследованные смеси являются амфолитами (рис. 2, а). Образец II обладает большей по
сравнению с I обменной емкостью, а количество способных к обмену протонов для него
составляет 5,5 ммоль·г-1 в кислой и 5 ммоль·г-1 в щелочной среде. Обменная емкость
образца I в кислой и щелочной среде не превышает 4 и 3 ммоль·г-1 (рис. 2, б). Это
указывает на то, что ионообменные свойства материала зависят от содержания
гидроксида лантана в смеси.
Изотермы сорбции фосфат-ионов для образцов I и II, полученные в кислой
(рН~2,5) и щелочной (рН~9) среде, представлены на рис. 3, а. Образец II с содержанием
La(OH)3 20% мол. обладает лучшими сорбционными характеристиками. Это касается
как кислой (~5 ммоль·г-1), так и щелочной (~2,6 ммоль·г-1) среды. В области низких
105
исходных концентраций (5–10 ммоль·г-1) извлечение фосфат-ионов образцами I и II
происходит нацело.
-20 -10 0 10 20
0
2
4
6
8
10
12
14
I
II
pH
HNO
3 NaOH
a
без сорбента
0 2 4 6 8 10 12 14
0
1
2
3
4
5
6
I
II
А,
м
м
ол
ь/
г
pH
б
Рис. 2. Измерения рН растворов HNO3 и NaOH на фоне 0,1 М раствора NaNO3 в
присутствии сорбентов (а), и зависимость сорбционной емкости А от рН (б) для
смесей гидроксидов лантана и титана (образцы I и II).
0 20 40 60 80 100 120 140 160
0
1
2
3
4
5
pH 9 I, II
I
IIа
А
, м
м
ол
ь/
г
Ср, ммоль/л
pH 2,5
0 20 40 60 80 100 120 140
0
1
2
3
4
5
II
pH 9А
, м
м
ол
ь/
г
Ср, ммоль/л
б
II
pH 2,5
Рис. 3. Изотермы сорбции фосфат- (а) и арсенат-ионов (б) смешанными гидроксидами
лантана и титана (образцы I и II) в кислой и щелочной среде.
Сорбция арсенат-ионов была проведена на образце II в кислой (рН~2,5) и
щелочной (рН~9) среде, (рис.3, б). Максимальные сорбционные емкости, полученные
при извлечении арсенат-ионов, несколько ниже, чем при извлечении фосфат-ионов, и
составляют ~4 ммоль·г-1 в кислой и ~1 ммоль·г-1 в щелочной среде.
Таким образом, сравнивая результаты, полученные при извлечении фосфатов
материалами, содержащими гидроксид лантана, можно отметить практическое
совпадение сорбционных емкостей для смесей, содержащими 50 % мол. (данные работы
[3]) и 20 % мол. (образец II) La(OH)3: 5,30 и 5,15 ммоль·г-1 (при Сравн.=150 ммоль·л-1). Это
указывает на то, что 20% содержания La(OH)3 в бинарной смеси достаточно для
эффективной сорбции фосфат- и арсенат-ионов даже в области высоких концентраций.
Выводы
1. Методом осаждения из растворов синтезированы бинарные системы, содержащие
гидроксиды лантана и титана в соотношении 1:9 и 1:4. Полученные материалы являются
мезопористыми амфолитами с преобладающим размером пор 1 нм.
2. Бинарные смеси гидроксидов лантана и титана имеют максимальные сорбционные емкости по
отношению к фосфат- и арсенат- ионам в кислой среде, равные ~5,3 и ~4 ммоль·г-1,
соответственно, что делает эти материалы перспективными для извлечении токсичных анионов.
106
Литература
1. Persy V.P., Behets G.J., Bervoets A.R., De Broe M.E., D,Haese P.C. Lanthanum: A safe
phosphate binder // Seminars in Dialysis. – 2006. – V. 19, N 3. - P. 195–199.
2. Hyperphosphatemia in domestic animals: Compositions and method of treatment.
Pat.20080069860 US, MKИ А61К 47/00;
3. Лесничая Т.В., Александрова В.С., Зыкова О.П. Сорбция фосфат-ионов
материалами на основе гидроксидов титана и лантана // Журн. прикл. химии. –
2009. – Т. 82, Вып. 6. – С. 897–900.
4. Лесничая Т.В., Зыкова О.П., Ходаковская Т.А. Смешанные гидроксиды алюминия,
лантана и церия для извлечения фосфатов. // Хімія, фізика та технологія поверхні. –
2010. – Т. 1, № 2. – С. 166–169.
5. Гороновский И.Т., Назаренко Ю.П., Некряч Е.Ф. Краткий справочник по химии. –
Киев׃ Наук. думка, 1974. – 352 с.
6. Аксельруд Н.В. Основные хлориды и гидроокиси элементов подгруппы скандия и
лантаноидов // Успехи химии. – 1963. – Т. 32, Вып. 6. – С. 800–822.
7. Mohan D., Pittman Jr. C.U. Arsenic removal from water/wastewater using adsorbents. A
critical review // J. Hazard. Mat. – 2007. – V. 142, N 1. – P. 1–53.
8. ГОСТ 18309-72. Вода питьевая. Метод определения содержания полифосфатов.
9. ГОСТ 4152-89. Вода питьевая. Метод определения массовой концентрации
мышьяка.
СОРБЦІЯ ФОСФАТ- І АРСЕНАТ-ІОНІВ З РОЗЧИНІВ
МІШАНИМИ ГІДРОКСИДАМИ ТИТАНУ ТА ЛАНТАНУ
Т.В. Ліснича1, О.П. Зикова1, Т.А. Ходаковська1, В.С. Александрова1,
Н.М. Вислогузова1, С.О. Кириллов1,2
1Інститут сорбції та проблем ендоекології Національної академії наук України
вул. Генерала Наумова, 13, Київ, 03164, Україна, khain@ispe.kiev.ua
2Міжвідомче відділення електрохімічної енергетики Національної академії наук України
бул. акад. Вернадського, 38-а, Київ, 03142, Україна, kir@i.kiev.ua
Осадженням з водних розчинів синтезовано бінарні суміші гідроксидів титану та
лантану в співвідношенні 9:1 та 4:1. Охарактеризовано порувату структуру одержаних
гідроксидів та їхню здатність поглинати фосфат- та арсенат-іони.
SORPTION OF PHOSPHATE- AND ARSENATE-IONS FROM SOLUTIONS
BY MIXED TITANIUM AND LANTHANUM HYDROXIDES
T.V. Lesnichaya1, O.P. Zykova1, T.A. Khodakovskaya1, V.S. Aleksandrova1,
N.M. Visloguzova1, S.A. Kirillov1,2
1Institute for Sorption and Problem of Endoecology of National Academy of Sciences of Ukraine
13 General Naumov Str., Kyiv, 03164, Ukraine, khain@ispe.kiev.ua
2Joint Department of Electrochemical Energy Systems of National Academy of Sciences of Ukraine
38-a Vernadsky Ave., Kyiv, 03142, Ukraine, kir@i.kiev.ua
Binary mixtures of titanium and lanthanum hydroxides of 9:1 and 4:1 molar ratio have been
synthesized by precipitation from aqueous solutions. Porous structure of the hydroxides obtained and
their capability to absorb phosphate- and arsenate-ions has been characterized.
|
| id | oai:ojs.pkp.sfu.ca:article-435 |
| institution | Surface |
| keywords_txt_mv | keywords |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-02T15:19:21Z |
| publishDate | 2011 |
| publisher | Chuiko Institute of Surface Chemistry National Academy of Sciences of Ukraine |
| record_format | ojs |
| resource_txt_mv | surfacezbircomua/c8/f769752cfab116fdd3c5644371d0acc8.pdf |
| spelling | oai:ojs.pkp.sfu.ca:article-4352018-11-27T09:38:50Z Sorption of phosphate- and arsenate-ions from solutions by mixed titanium and lanthanum hydroxides Сорбция фосфат- и арсенат-ионов из растворов смешанными гидроксидами титана и лантана Сорбція фосфат- і арсенат-іонів з розчинів мішаними гідроксидами титану та лантану Lesnichaya, T. V. Zykova, O. P. Khodakovskaya, T. A. Aleksandrova, V. S. Visloguzova, N. M. Kirillov, S. A. Binary mixtures of titanium and lanthanum hydroxides of 9:1 and 4:1 molar ratio have been synthesized by precipitation from aqueous solutions. Porous structure of the hydroxides obtained and their capability to absorb phosphate- and arsenate-ions has been characterized. Осаждением из водных растворов синтезированы бинарные смеси гидроксидов титана и лантана в соотношении 9:1 и 4:1. Охарактеризована пористая структура полученных материалов и их способность поглощать фосфат- и арсенат-ионы. Осадженням з водних розчинів синтезовано бінарні суміші гідроксидів титану та лантану в співвідношенні 9:1 та 4:1. Охарактеризовано порувату структуру одержаних гідроксидів та їхню здатність поглинати фосфат- та арсенат-іони. Chuiko Institute of Surface Chemistry National Academy of Sciences of Ukraine 2011-08-29 Article Article application/pdf https://surfacezbir.com.ua/index.php/surface/article/view/435 Surface; No. 3(18) (2011): Surface; 103-106 Поверхность; № 3(18) (2011): Поверхность; 103-106 Поверхня; № 3(18) (2011): Поверхня; 103-106 3154-8091 3154-8083 ru https://surfacezbir.com.ua/index.php/surface/article/view/435/433 Авторське право (c) 2011 T.V. Lesnichaya, O.P. Zykova, T.A. Khodakovskaya, V.S. Aleksandrova, N.M. Visloguzova, S.A. Kirillov |
| spellingShingle | Lesnichaya, T. V. Zykova, O. P. Khodakovskaya, T. A. Aleksandrova, V. S. Visloguzova, N. M. Kirillov, S. A. Сорбція фосфат- і арсенат-іонів з розчинів мішаними гідроксидами титану та лантану |
| title | Сорбція фосфат- і арсенат-іонів з розчинів мішаними гідроксидами титану та лантану |
| title_alt | Sorption of phosphate- and arsenate-ions from solutions by mixed titanium and lanthanum hydroxides Сорбция фосфат- и арсенат-ионов из растворов смешанными гидроксидами титана и лантана |
| title_full | Сорбція фосфат- і арсенат-іонів з розчинів мішаними гідроксидами титану та лантану |
| title_fullStr | Сорбція фосфат- і арсенат-іонів з розчинів мішаними гідроксидами титану та лантану |
| title_full_unstemmed | Сорбція фосфат- і арсенат-іонів з розчинів мішаними гідроксидами титану та лантану |
| title_short | Сорбція фосфат- і арсенат-іонів з розчинів мішаними гідроксидами титану та лантану |
| title_sort | сорбція фосфат- і арсенат-іонів з розчинів мішаними гідроксидами титану та лантану |
| url | https://surfacezbir.com.ua/index.php/surface/article/view/435 |
| work_keys_str_mv | AT lesnichayatv sorptionofphosphateandarsenateionsfromsolutionsbymixedtitaniumandlanthanumhydroxides AT zykovaop sorptionofphosphateandarsenateionsfromsolutionsbymixedtitaniumandlanthanumhydroxides AT khodakovskayata sorptionofphosphateandarsenateionsfromsolutionsbymixedtitaniumandlanthanumhydroxides AT aleksandrovavs sorptionofphosphateandarsenateionsfromsolutionsbymixedtitaniumandlanthanumhydroxides AT visloguzovanm sorptionofphosphateandarsenateionsfromsolutionsbymixedtitaniumandlanthanumhydroxides AT kirillovsa sorptionofphosphateandarsenateionsfromsolutionsbymixedtitaniumandlanthanumhydroxides AT lesnichayatv sorbciâfosfatiarsenationovizrastvorovsmešannymigidroksidamititanailantana AT zykovaop sorbciâfosfatiarsenationovizrastvorovsmešannymigidroksidamititanailantana AT khodakovskayata sorbciâfosfatiarsenationovizrastvorovsmešannymigidroksidamititanailantana AT aleksandrovavs sorbciâfosfatiarsenationovizrastvorovsmešannymigidroksidamititanailantana AT visloguzovanm sorbciâfosfatiarsenationovizrastvorovsmešannymigidroksidamititanailantana AT kirillovsa sorbciâfosfatiarsenationovizrastvorovsmešannymigidroksidamititanailantana AT lesnichayatv sorbcíâfosfatíarsenatíonívzrozčinívmíšanimigídroksidamititanutalantanu AT zykovaop sorbcíâfosfatíarsenatíonívzrozčinívmíšanimigídroksidamititanutalantanu AT khodakovskayata sorbcíâfosfatíarsenatíonívzrozčinívmíšanimigídroksidamititanutalantanu AT aleksandrovavs sorbcíâfosfatíarsenatíonívzrozčinívmíšanimigídroksidamititanutalantanu AT visloguzovanm sorbcíâfosfatíarsenatíonívzrozčinívmíšanimigídroksidamititanutalantanu AT kirillovsa sorbcíâfosfatíarsenatíonívzrozčinívmíšanimigídroksidamititanutalantanu |