Вивчення фізико-хімічних та сорбційних властивостей SnO2, отриманих шляхом механохімічної та мікрохвильової обробок
There are many methods for synthesis of tin dioxide SnO2, namely sol-gel, precipitation. However, these methods do not allow to regulate the physical-chemical properties in wide limits in the synthesis stage. The most commonly obtained samples are predominantly microporous as a rule. On the other ha...
Gespeichert in:
| Datum: | 2018 |
|---|---|
| Hauptverfasser: | , , , , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Englisch |
| Veröffentlicht: |
Chuiko Institute of Surface Chemistry National Academy of Sciences of Ukraine
2018
|
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | https://www.cpts.com.ua/index.php/cpts/article/view/482 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Chemistry, Physics and Technology of Surface |
Institution
Chemistry, Physics and Technology of Surface| _version_ | 1856543903629443072 |
|---|---|
| author | Samsonenko, M. M. Zakutevskyy, O. I. Khalameida, S. V. Skubiszewska-Zięba, J. Kovtun, M. F. |
| author_facet | Samsonenko, M. M. Zakutevskyy, O. I. Khalameida, S. V. Skubiszewska-Zięba, J. Kovtun, M. F. |
| author_sort | Samsonenko, M. M. |
| baseUrl_str | |
| collection | OJS |
| datestamp_date | 2022-06-29T10:03:51Z |
| description | There are many methods for synthesis of tin dioxide SnO2, namely sol-gel, precipitation. However, these methods do not allow to regulate the physical-chemical properties in wide limits in the synthesis stage. The most commonly obtained samples are predominantly microporous as a rule. On the other hand, the meso-macroporous structure is required for the effective use of tin dioxide in sorption processes. The mechanochemical and microwave treatments can be used for eliminating mentioned above disadvantages. Therefore, the purpose of this work was to study the influence of the mechanochemical and microwave treatments on the physical-chemical and sorption properties of SnO2 prepared by heterogeneous precipitation.SnO2 gels and xerogels have been obtained by heterogeneous precipitation. The mechanochemical treatment was carried out in air and water at 300 rpm for 0.5 h in the form of dried xerogel as well as wet gel using a planetary ball mill Pulverisette-7. Initial wet gel was subjected to microwave treatment for 1 h using a high-pressure reactor «NANO 2000». We used XRD and DTA-TG analysis, FTIR spectroscopy, adsorption-desorption of nitrogen for characterization of initial and modified samples.The initial sample corresponds to the composition tin oxohydroxide with gross formula Sn3O4(OH)4. For the modified samples a partial removal of the structural OH groups occurs. The initial sample is characterized by high values of specific surface area and high content of micropores. The specific surface area, total volume of pores, mesoporous size are increased as a result of the mechanochemical and microwave treatments. Formation of the secondary porosity that presented by meso- and macropores is peculiarity of xerogel milling in water.The cation exchange capacity under the most optimal conditions for the sorption of U(VI) ions (pH = 5–6, no background, cationic forms of uranium) for the initial sample was 0.82 mEq/g UO22+. The mechanochemical and microwave treatments result in drastic increase in sorption capacity of tin oxohydroxide in relation to U(VI) ions. The greatest effect was observed for sample milled in the form of wet gel, the sorption capacity А of which increases almost in three times while distribution coefficient Kd increases almost 70 times. In case of sorption on the background of 0.1 M NaHCO3 (pH 8, model of block water of the Chernobyl Nuclear Power Plant), the sorption capacity of sample after mechanochemical treatment of gel increases by 43 % compared to initial sample from 0.31 to 0.43 mEq/g UO22+. Thus, modified samples can remove both cationic and anionic forms of U(VI) ions in the solution. At the same time, for sorption of Cs(I) and Sr(II) ions, it has been found, that in both cases the mechanochemical and microwave treatments negatively affect to their removal in comparison with initial sample. |
| first_indexed | 2025-07-22T19:33:27Z |
| format | Article |
| id | oai:ojs.pkp.sfu.ca:article-482 |
| institution | Chemistry, Physics and Technology of Surface |
| language | English |
| last_indexed | 2025-12-17T12:07:57Z |
| publishDate | 2018 |
| publisher | Chuiko Institute of Surface Chemistry National Academy of Sciences of Ukraine |
| record_format | ojs |
| spelling | oai:ojs.pkp.sfu.ca:article-4822022-06-29T10:03:51Z Study of the physical-chemical and sorption properties of SnO2 prepared by mechanochemical and microwave routes Изучение физико-химических и сорбционных свойств SnO2, полученных путем механохимической и микроволновой обработок Вивчення фізико-хімічних та сорбційних властивостей SnO2, отриманих шляхом механохімічної та мікрохвильової обробок Samsonenko, M. M. Zakutevskyy, O. I. Khalameida, S. V. Skubiszewska-Zięba, J. Kovtun, M. F. SnO2 mechanochemical and microwave treatments porous structure sorption uranium cesium strontium SnO2 механохімічна та мікрохвильова обробки порувата структура сорбція уран цезій стронцій SnO2 механохимическая и микроволновая обработки пористая структура сорбция уран цезий стронций There are many methods for synthesis of tin dioxide SnO2, namely sol-gel, precipitation. However, these methods do not allow to regulate the physical-chemical properties in wide limits in the synthesis stage. The most commonly obtained samples are predominantly microporous as a rule. On the other hand, the meso-macroporous structure is required for the effective use of tin dioxide in sorption processes. The mechanochemical and microwave treatments can be used for eliminating mentioned above disadvantages. Therefore, the purpose of this work was to study the influence of the mechanochemical and microwave treatments on the physical-chemical and sorption properties of SnO2 prepared by heterogeneous precipitation.SnO2 gels and xerogels have been obtained by heterogeneous precipitation. The mechanochemical treatment was carried out in air and water at 300 rpm for 0.5 h in the form of dried xerogel as well as wet gel using a planetary ball mill Pulverisette-7. Initial wet gel was subjected to microwave treatment for 1 h using a high-pressure reactor «NANO 2000». We used XRD and DTA-TG analysis, FTIR spectroscopy, adsorption-desorption of nitrogen for characterization of initial and modified samples.The initial sample corresponds to the composition tin oxohydroxide with gross formula Sn3O4(OH)4. For the modified samples a partial removal of the structural OH groups occurs. The initial sample is characterized by high values of specific surface area and high content of micropores. The specific surface area, total volume of pores, mesoporous size are increased as a result of the mechanochemical and microwave treatments. Formation of the secondary porosity that presented by meso- and macropores is peculiarity of xerogel milling in water.The cation exchange capacity under the most optimal conditions for the sorption of U(VI) ions (pH = 5–6, no background, cationic forms of uranium) for the initial sample was 0.82 mEq/g UO22+. The mechanochemical and microwave treatments result in drastic increase in sorption capacity of tin oxohydroxide in relation to U(VI) ions. The greatest effect was observed for sample milled in the form of wet gel, the sorption capacity А of which increases almost in three times while distribution coefficient Kd increases almost 70 times. In case of sorption on the background of 0.1 M NaHCO3 (pH 8, model of block water of the Chernobyl Nuclear Power Plant), the sorption capacity of sample after mechanochemical treatment of gel increases by 43 % compared to initial sample from 0.31 to 0.43 mEq/g UO22+. Thus, modified samples can remove both cationic and anionic forms of U(VI) ions in the solution. At the same time, for sorption of Cs(I) and Sr(II) ions, it has been found, that in both cases the mechanochemical and microwave treatments negatively affect to their removal in comparison with initial sample. Существует много методов синтеза диоксида олова SnO2, в частности золь-гель и осаждение. Однако эти методы не позволяют регулировать физико-химические свойства в широких пределах на этапе синтеза. Как правило, полученные образцы являются преимущественно микропористыми. С другой стороны, для эффективного использования диоксида олова в сорбционных процессах нужна мезо-макропористая структура. Механохимическая и микроволновая обработки могут быть использованы для устранения указанных выше недостатков. Поэтому целью настоящей работы было изучение влияния механохимической и микроволновой обработок на физико-химические и сорбционные свойства SnO2, полученного путем гетерогенного осаждения.SnO2 гели и ксерогели были получены путем гетерогенного осаждения с использованием раствора аммиака. Механохимическую обработку сухого ксерогеля, а также влажного геля проводили на воздухе (сухая МХО) и в воде при 300 об/мин в течение 0.5 ч с использованием планетарной шаровой мельницы Pulverisette-7. Исходный влажный гель был подвергнут микроволновой обработке в течение 1 ч с помощью реактора высокого давления «NANO 2000». Для характеристики исходных и модифицированных образцов использовали рентгенофазовый анализ, дифференциально-термический анализ, ИК-спектроскопию с Фурье преобразованием, адсорбцию-десорбцию азота. Сорбционные свойства исследовались в процессе сорбции ионов U(VI), Cs(I) и Sr(II).Исходный образец соответствует составу оксогидроксида олова с брутто формулой Sn3O4(OH)4. При модифицировании происходит частичное удаление структурных -ОН групп. Исходный образец характеризуется высокими значениями удельной поверхности и высоким содержанием микропор. Значение удельной поверхности, общий объем пор и размеры мезопор увеличиваются в результате механохимической и микроволновой обработок. Особенностью механохимической обработки сухого ксерогеля в воде является образование вторичной пористости, которая представлена мезо- и макропорами.Сорбционная емкость в наиболее оптимальных условиях для сорбции ионов U(VI) (рН = 5–6, без фона, катионные формы ионов урана) для исходного образца составляла 0.82 мг-экв/г UO2 2+. Механохимическая и микроволновая обработки приводят к резкому увеличению сорбционной емкости оксогидроксида олова по отношению к ионам U(VI). Наибольший эффект наблюдался при механохимической обработке влажного геля, сорбционная емкость (А) этого образца увеличилась почти в три раза, тогда как коэффициент распределения Kd увеличился почти в 70 раз. В случае сорбции на фоне 0.1М NaHCO3 (рН = 8, модель «блочных» вод Чернобыльской АЭС) сорбционная емкость (А) образца после механохимической обработки влажного геля увеличилась на 43 % по сравнению с исходным образцом, от 0.31 до 0.43 мг-экв/г UO2 2+.Таким образом, модифицированные образцы могут выделять из растворов как катионные, так и анионные формы U(VI). В то же время, было обнаружено, что механохимическая и микроволновая обработки негативно влияют на сорбцию ионов Cs(I) и Sr(II), по сравнению с исходным образцом. Існує багато методів синтезу діоксиду олова SnO2, зокрема золь-гель та осадження. Проте ці методи не дозволяють регулювати фізико-хімічні властивості в широких межах на етапі синтезу. Як правило, отримані зразки є переважно мікропористими. З іншого боку, для ефективного використання діоксиду олова в сорбційних процесах потрібна мезо-макропорувата структура. Механохімічна і мікрохвильова обробки можуть бути використані для усунення зазначених вище недоліків. Тому метою цієї роботи було вивчення впливу механохімічної і мікрохвильової обробок на фізико-хімічні та сорбційні властивості SnO2, отриманого шляхом гетерогенного осадження.SnO2 гелі та ксерогелі були отримані шляхом гетерогенного осадження з використанням розчину аміаку. Механохімічну обробку сухого ксерогелю, а також вологого гелю проводили на повітрі (суха МХО) та у воді при 300 об/хв протягом 0.5 год з використанням планетарного кулькового млина Pulverisette-7. Вихідний вологий гель був підданий мікрохвильовій обробці протягом 1 год за допомогою реактора високого тиску «NANO 2000». Для характеристики вихідних та модифікованих зразків використовували рентгенофазовий аналіз, диференційно-термічний аналіз, ІЧ-спектроскопію з Фур’є перетворенням, адсорбцію-десорбцію азоту. Сорбційні властивості досліджувалися в процесі сорбції іонів U(VI), Cs(I) та Sr(II).Вихідний зразок відповідає складу оксогідроксиду олова з брутто формулою Sn3O4(OH)4. При модифікуванні відбувається часткове видалення структурних -ОН груп. Вихідний зразок характеризується високими значеннями питомої поверхні та високим вмістом мікропор. Значення питомої поверхні, загальний об'єм пор та розміри мезопор збільшуються в результаті механохімічної і мікрохвильової обробок. Особливістю механохімічної обробки сухого ксерогелю у воді є утворення вторинної поруватості, що представлена мезо- та макропорами.Сорбційна ємність у найбільш оптимальних умовах для сорбції іонів U(VI) (рН = 5–6, без фону, катіонні форми іонів урану) для вихідного зразка становила 0.82 мг-екв/г UO22+. Механохімічна та мікрохвильова обробки приводять до різкого збільшення сорбційної ємності оксигідроксиду олова по відношенню до іонів U(VI). Найбільший ефект спостерігався при механохімічній оборобці вологого гелю, сорбційна ємність (А) цього зразка збільшилася майже в три рази, тоді як коефіцієнт розподілу Kd збільшився майже в 70 разів. У разі сорбції на фоні 0.1М NaHCO3 (рН = 8, модель «блочних» вод Чорнобильської АЕС) сорбційна ємність (А) зразка після механохімічної обробки вологого гелю збільшилася на 43 %, у порівнянні з вихідним зразком, від 0.31 до 0.43 мг-екв/г UO22+.Таким чином, модифіковані зразки можуть видаляти з розчинів як катіонні, так і аніонні форми U(VI). У той же час, було виявлено, що механохімічна і мікрохвильова обробки негативно впливають на сорбцію іонів Cs(I) та Sr(II), у порівнянні з вихідним зразком. Chuiko Institute of Surface Chemistry National Academy of Sciences of Ukraine 2018-11-27 Article Article application/pdf https://www.cpts.com.ua/index.php/cpts/article/view/482 10.15407/hftp09.04.383 Chemistry, Physics and Technology of Surface; Vol. 9 No. 4 (2018): Chemistry, Physics and Technology of Surface / Himia, Fizika ta Tehnologia Poverhni; 383-392 Химия, физика и технология поверхности; Том 9 № 4 (2018): Химия, физика и технология поверхности; 383-392 Хімія, фізика та технологія поверхні; Том 9 № 4 (2018): Хімія, фізика та технологія поверхні; 383-392 2518-1238 2079-1704 10.15407/hftp09.04 en https://www.cpts.com.ua/index.php/cpts/article/view/482/484 Copyright (c) 2018 M. M. Samsonenko, O. I. Zakutevskyy, S. V. Khalameida, J. Skubiszewska-Zi?ba, M. F. Kovtun |
| spellingShingle | SnO2 механохімічна та мікрохвильова обробки порувата структура сорбція уран цезій стронцій Samsonenko, M. M. Zakutevskyy, O. I. Khalameida, S. V. Skubiszewska-Zięba, J. Kovtun, M. F. Вивчення фізико-хімічних та сорбційних властивостей SnO2, отриманих шляхом механохімічної та мікрохвильової обробок |
| title | Вивчення фізико-хімічних та сорбційних властивостей SnO2, отриманих шляхом механохімічної та мікрохвильової обробок |
| title_alt | Study of the physical-chemical and sorption properties of SnO2 prepared by mechanochemical and microwave routes Изучение физико-химических и сорбционных свойств SnO2, полученных путем механохимической и микроволновой обработок |
| title_full | Вивчення фізико-хімічних та сорбційних властивостей SnO2, отриманих шляхом механохімічної та мікрохвильової обробок |
| title_fullStr | Вивчення фізико-хімічних та сорбційних властивостей SnO2, отриманих шляхом механохімічної та мікрохвильової обробок |
| title_full_unstemmed | Вивчення фізико-хімічних та сорбційних властивостей SnO2, отриманих шляхом механохімічної та мікрохвильової обробок |
| title_short | Вивчення фізико-хімічних та сорбційних властивостей SnO2, отриманих шляхом механохімічної та мікрохвильової обробок |
| title_sort | вивчення фізико-хімічних та сорбційних властивостей sno2, отриманих шляхом механохімічної та мікрохвильової обробок |
| topic | SnO2 механохімічна та мікрохвильова обробки порувата структура сорбція уран цезій стронцій |
| topic_facet | SnO2 mechanochemical and microwave treatments porous structure sorption uranium cesium strontium SnO2 механохімічна та мікрохвильова обробки порувата структура сорбція уран цезій стронцій SnO2 механохимическая и микроволновая обработки пористая структура сорбция уран цезий стронций |
| url | https://www.cpts.com.ua/index.php/cpts/article/view/482 |
| work_keys_str_mv | AT samsonenkomm studyofthephysicalchemicalandsorptionpropertiesofsno2preparedbymechanochemicalandmicrowaveroutes AT zakutevskyyoi studyofthephysicalchemicalandsorptionpropertiesofsno2preparedbymechanochemicalandmicrowaveroutes AT khalameidasv studyofthephysicalchemicalandsorptionpropertiesofsno2preparedbymechanochemicalandmicrowaveroutes AT skubiszewskaziebaj studyofthephysicalchemicalandsorptionpropertiesofsno2preparedbymechanochemicalandmicrowaveroutes AT kovtunmf studyofthephysicalchemicalandsorptionpropertiesofsno2preparedbymechanochemicalandmicrowaveroutes AT samsonenkomm izučeniefizikohimičeskihisorbcionnyhsvojstvsno2polučennyhputemmehanohimičeskojimikrovolnovojobrabotok AT zakutevskyyoi izučeniefizikohimičeskihisorbcionnyhsvojstvsno2polučennyhputemmehanohimičeskojimikrovolnovojobrabotok AT khalameidasv izučeniefizikohimičeskihisorbcionnyhsvojstvsno2polučennyhputemmehanohimičeskojimikrovolnovojobrabotok AT skubiszewskaziebaj izučeniefizikohimičeskihisorbcionnyhsvojstvsno2polučennyhputemmehanohimičeskojimikrovolnovojobrabotok AT kovtunmf izučeniefizikohimičeskihisorbcionnyhsvojstvsno2polučennyhputemmehanohimičeskojimikrovolnovojobrabotok AT samsonenkomm vivčennâfízikohímíčnihtasorbcíjnihvlastivostejsno2otrimanihšlâhommehanohímíčnoítamíkrohvilʹovoíobrobok AT zakutevskyyoi vivčennâfízikohímíčnihtasorbcíjnihvlastivostejsno2otrimanihšlâhommehanohímíčnoítamíkrohvilʹovoíobrobok AT khalameidasv vivčennâfízikohímíčnihtasorbcíjnihvlastivostejsno2otrimanihšlâhommehanohímíčnoítamíkrohvilʹovoíobrobok AT skubiszewskaziebaj vivčennâfízikohímíčnihtasorbcíjnihvlastivostejsno2otrimanihšlâhommehanohímíčnoítamíkrohvilʹovoíobrobok AT kovtunmf vivčennâfízikohímíčnihtasorbcíjnihvlastivostejsno2otrimanihšlâhommehanohímíčnoítamíkrohvilʹovoíobrobok |