Композит, який складається з гідратованого діоксиду цирконію та оксиду графену, для вилучення органічних та неорганічних компонентів з води
The aim of the investigation is to develop multifunctional adsorbent, which is able to remove both inorganic ions and molecular organic substances from aqueous solutions. Oxidized graphene has been obtained by Hammer’s method. The composite, which includes hydrated zirconium dioxide and graphene oxi...
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/486 |
| 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_ | 1856543903962890240 |
|---|---|
| author | Dzyazko, Yu. S. Ogenko, V. M. Volfkovich, Yu. M. Sosenkin, V. E. Maltseva, T. V. Yatsenko, T. V. Kudelko, K. O. |
| author_facet | Dzyazko, Yu. S. Ogenko, V. M. Volfkovich, Yu. M. Sosenkin, V. E. Maltseva, T. V. Yatsenko, T. V. Kudelko, K. O. |
| author_sort | Dzyazko, Yu. S. |
| baseUrl_str | |
| collection | OJS |
| datestamp_date | 2022-06-29T10:03:51Z |
| description | The aim of the investigation is to develop multifunctional adsorbent, which is able to remove both inorganic ions and molecular organic substances from aqueous solutions. Oxidized graphene has been obtained by Hammer’s method. The composite, which includes hydrated zirconium dioxide and graphene oxide (» 2 mass. %), has been synthesized by deposition from sol containing dispersed particles of the carbon material. The adsorbent as well as its constituents were investigated with methods of XRD analysis, FTIR spectroscopy, TEM and standard contact porosimetry involving octane (ideally wetting liquids) and water as working liquids. Strong hydration of graphene oxide in water has been found: the volume of micro- and mesopores in water medium is higher than that in octane. It means that the oxidized graphene behaves similarly to ion exchange polymers. This is evidently due to its hydrophilic functional groups (hydroxyle carboxyl and epoxy groups). High specific surface area of graphene oxide reaches 1200 (in the organic solvent) or 2250 m2g–1 (in aqueous medium). It has been shown that graphene covers the particles of the inorganic matrix loosening its structure within the wide interval of pore size (from 10 nm to 1.5 µm). As found, adsorption isotherms of Pb(II) and HCrO4- ions obeys with Langmuir model. The filler improves adsorption of Pb(II) ions increasing the capacity in 1.7 times due to its expressed cation exchange properties. Contrary, anion exchange function of the composite is depressed, since the sheets of graphene oxide screen adsorption centers of the inorganic matrix. Other reason can be electrostatic repulsion of anions due to the shift of the point of zero charge of the composite to acidic field. By reason of the carbon filler, the oxide material acquires the capability to adsorb both slightly dissociated (phenol) and molecular (lactose) organic substances. When the initial content of phenol is 5 mg dm–3, it is possible to reduce its content in water down to maximal permeable concentration. After adsorption, the content of lactose is much lower than this parameter. It means, that the composite provides practically complete removal of organics from water. |
| first_indexed | 2025-07-22T19:33:30Z |
| format | Article |
| id | oai:ojs.pkp.sfu.ca:article-486 |
| 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-4862022-06-29T10:03:51Z Composite on the basis of hydrated zirconium dioxide and graphene oxide for removal of organic and inorganic components from water Композит, состоящий из гидратированного диоксида циркония и оксида графена, для извлечения органических и неорганических компонентов из воды Композит, який складається з гідратованого діоксиду цирконію та оксиду графену, для вилучення органічних та неорганічних компонентів з води Dzyazko, Yu. S. Ogenko, V. M. Volfkovich, Yu. M. Sosenkin, V. E. Maltseva, T. V. Yatsenko, T. V. Kudelko, K. O. graphene oxide hydrated zirconium dioxide standard contact porosimetry hydrophilic pores hydrophobic pores adsorption lead chromate phenol lactose оксид графена гидратированный диоксид циркония эталонная контактная порометрия гидрофильные поры гидрофобные поры адсорбция свинец хромат фенол лактоза оксид графену гідратований діоксид цирконію еталонна контактна порометрія гідрофільні пори гідрофобні пори адсорбція свинець хромат фенол лактоза The aim of the investigation is to develop multifunctional adsorbent, which is able to remove both inorganic ions and molecular organic substances from aqueous solutions. Oxidized graphene has been obtained by Hammer’s method. The composite, which includes hydrated zirconium dioxide and graphene oxide (» 2 mass. %), has been synthesized by deposition from sol containing dispersed particles of the carbon material. The adsorbent as well as its constituents were investigated with methods of XRD analysis, FTIR spectroscopy, TEM and standard contact porosimetry involving octane (ideally wetting liquids) and water as working liquids. Strong hydration of graphene oxide in water has been found: the volume of micro- and mesopores in water medium is higher than that in octane. It means that the oxidized graphene behaves similarly to ion exchange polymers. This is evidently due to its hydrophilic functional groups (hydroxyle carboxyl and epoxy groups). High specific surface area of graphene oxide reaches 1200 (in the organic solvent) or 2250 m2g–1 (in aqueous medium). It has been shown that graphene covers the particles of the inorganic matrix loosening its structure within the wide interval of pore size (from 10 nm to 1.5 µm). As found, adsorption isotherms of Pb(II) and HCrO4- ions obeys with Langmuir model. The filler improves adsorption of Pb(II) ions increasing the capacity in 1.7 times due to its expressed cation exchange properties. Contrary, anion exchange function of the composite is depressed, since the sheets of graphene oxide screen adsorption centers of the inorganic matrix. Other reason can be electrostatic repulsion of anions due to the shift of the point of zero charge of the composite to acidic field. By reason of the carbon filler, the oxide material acquires the capability to adsorb both slightly dissociated (phenol) and molecular (lactose) organic substances. When the initial content of phenol is 5 mg dm–3, it is possible to reduce its content in water down to maximal permeable concentration. After adsorption, the content of lactose is much lower than this parameter. It means, that the composite provides practically complete removal of organics from water. Цель работы заключалась в разработке многофункционального адсорбента, который способен удалять из водных растворов как неорганические ионы, так и молекулярные органические соединения. Окисленный графен получали по методу Хаммера. Композит, включающий гидратированный диоксид циркония и оксид графена (? 2 мас. %) синтезирован осаждением из золя, содержащего дисперсные частицы углеродного материала. Адсорбент и его составляющие исследованы методами рентгенофазового анализа, ИК-Фурье спектроскопии, TЭM и эталонной контактной порометрии при использовании воды и октана в качестве рабочих жидкостей. Обнаружено сильную гидратацию оксида графена в воде: объем микро и мезопор в водной среде намного больше, чем в октане. Это указывает на аналогичное поведение графена и ионообменных полимеров. Данный факт обусловлен гидратацией его функциональных групп (гидроксильных, карбоксильных, эпоксигрупп). Для оксида графена найдены высокие значения площади удельной поверхности, которые достигают 1200 (в органическом растворителе) или 2250 м2г–1 (в воде). Показано, что графен покрывает частицы неорганической матрицы, разрыхляя ее в широком интервале размеров пор (от 10 нм до 1.5 мкм). Как обнаружено, изотермы адсорбции ионов Pb(II) и HCrO4– соответствуют модели Ленгмюра. Благодаря выраженным катионообменным свойствам наполнитель улучшает адсорбцию ионов Pb(II), увеличивая емкость в 1.7 раза. Напротив, анионообменная функция композита подавляется, поскольку слои оксида графена экранируют адсорбционные центры неорганической матрицы. Другой причиной может быть электростатическое отталкивание анионов, поскольку точка нулевого заряда композитов смещается в кислую область. Благодаря углеродному наполнителю, оксидный материал приобретает способность адсорбировать как слабодиссоциированные (фенол), так и молекулярные (лактоза) oрганические соединения. Если начальная концентрация фенола составляет 5 мг дм–3, возможно снизить его содержание в воде до предельно допустимой концентрации. После адсорбции концентрация лактозы в растворе намного меньше этого параметра. Таким образом, композит обеспечивает практически полное удаление органики из воды. Мета роботи полягала у розробці багатофункціонального адсорбента, який здатний видаляти з водних розчинів як неорганічні іони, так і молекулярні органічні сполуки. Окиснений графен отримано методом Хаммера. Композит, який включає гідратований діоксид цирконію та оксид графену (? 2 мас. %), був синтезований осадженням із золю, що містив дисперсні частинки вуглецевого матеріалу. Адсорбент та його складові досліджено методами рентгенофазового аналізу, ІЧ-Фур’є спектроскопії, TEM та еталонної контактої порометрії при застосуванні води та октану як робочих рідин. Виявлено сильну гідратацію оксиду графену у воді: об’єм мікро- та мезопор у водному середовищі є набагато вищим, ніж в октані. Це вказує на аналогічну поведінку графену та іонообмінних полімерів. Це, вочевидь, пов'язано з гідратацією його функціональних груп (гідроксильних, карбоксильних та епоксигруп). Для оксиду графену виявлено великі значення площі питомої поверхні, які досягають 1200 (в органічному розчиннику) або 2250 м2г–1 (у воді). Показано, що графен вкриває частинки неорганічної матриці, розпушуючи її в широкому інтервалі розмірів пор (від 10 нм до 1.5 мкм). Як виявлено, ізотерми адсорбції іонів Pb(II) та HCrO4– відповідають моделі Ленгмюра. Завдяки вираженим катіонообмінним властивостям, наповнювач покращує адсорбцію іонів Pb(II), збільшуючи ємність у 1.7 рази. Навпаки, аніонообмінна функція композиту пригнічується, оскільки шари оксиду графену екранують адсорбційні центри неорганічної матриці. Іншою причиною може бути електростатичне відштовхування аніонів, адже точка нульового заряду композиту зсувається до кислої області. Завдяки вуглецевому наповнювачу оксидний матеріал набуває спроможності адсорбувати як слабкодисоційовані (фенол), так і молекулярні (лактоза) oрганічні сполуки. Якщо початкова концентрація фенолу становить 5 мг дм–3, можливо знизити його вміст у воді до гранично припустимої концентрації. Після адсорбції вміст лактози у розчині є набагато меншим цього параметра. Таким чином, композит забезпечує практично повне видалення органіки з води. 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/486 10.15407/hftp09.04.417 Chemistry, Physics and Technology of Surface; Vol. 9 No. 4 (2018): Chemistry, Physics and Technology of Surface / Himia, Fizika ta Tehnologia Poverhni; 417-431 Химия, физика и технология поверхности; Том 9 № 4 (2018): Химия, физика и технология поверхности; 417-431 Хімія, фізика та технологія поверхні; Том 9 № 4 (2018): Хімія, фізика та технологія поверхні; 417-431 2518-1238 2079-1704 10.15407/hftp09.04 en https://www.cpts.com.ua/index.php/cpts/article/view/486/488 Copyright (c) 2018 Yu. S. Dzyazko, V. M. Ogenko, Yu. M. Volfkovich, V. E. Sosenkin, T. V. Maltseva, T. V. Yatsenko, K. O. Kudelko |
| spellingShingle | оксид графену гідратований діоксид цирконію еталонна контактна порометрія гідрофільні пори гідрофобні пори адсорбція свинець хромат фенол лактоза Dzyazko, Yu. S. Ogenko, V. M. Volfkovich, Yu. M. Sosenkin, V. E. Maltseva, T. V. Yatsenko, T. V. Kudelko, K. O. Композит, який складається з гідратованого діоксиду цирконію та оксиду графену, для вилучення органічних та неорганічних компонентів з води |
| title | Композит, який складається з гідратованого діоксиду цирконію та оксиду графену, для вилучення органічних та неорганічних компонентів з води |
| title_alt | Composite on the basis of hydrated zirconium dioxide and graphene oxide for removal of organic and inorganic components from water Композит, состоящий из гидратированного диоксида циркония и оксида графена, для извлечения органических и неорганических компонентов из воды |
| title_full | Композит, який складається з гідратованого діоксиду цирконію та оксиду графену, для вилучення органічних та неорганічних компонентів з води |
| title_fullStr | Композит, який складається з гідратованого діоксиду цирконію та оксиду графену, для вилучення органічних та неорганічних компонентів з води |
| title_full_unstemmed | Композит, який складається з гідратованого діоксиду цирконію та оксиду графену, для вилучення органічних та неорганічних компонентів з води |
| title_short | Композит, який складається з гідратованого діоксиду цирконію та оксиду графену, для вилучення органічних та неорганічних компонентів з води |
| title_sort | композит, який складається з гідратованого діоксиду цирконію та оксиду графену, для вилучення органічних та неорганічних компонентів з води |
| topic | оксид графену гідратований діоксид цирконію еталонна контактна порометрія гідрофільні пори гідрофобні пори адсорбція свинець хромат фенол лактоза |
| topic_facet | graphene oxide hydrated zirconium dioxide standard contact porosimetry hydrophilic pores hydrophobic pores adsorption lead chromate phenol lactose оксид графена гидратированный диоксид циркония эталонная контактная порометрия гидрофильные поры гидрофобные поры адсорбция свинец хромат фенол лактоза оксид графену гідратований діоксид цирконію еталонна контактна порометрія гідрофільні пори гідрофобні пори адсорбція свинець хромат фенол лактоза |
| url | https://www.cpts.com.ua/index.php/cpts/article/view/486 |
| work_keys_str_mv | AT dzyazkoyus compositeonthebasisofhydratedzirconiumdioxideandgrapheneoxideforremovaloforganicandinorganiccomponentsfromwater AT ogenkovm compositeonthebasisofhydratedzirconiumdioxideandgrapheneoxideforremovaloforganicandinorganiccomponentsfromwater AT volfkovichyum compositeonthebasisofhydratedzirconiumdioxideandgrapheneoxideforremovaloforganicandinorganiccomponentsfromwater AT sosenkinve compositeonthebasisofhydratedzirconiumdioxideandgrapheneoxideforremovaloforganicandinorganiccomponentsfromwater AT maltsevatv compositeonthebasisofhydratedzirconiumdioxideandgrapheneoxideforremovaloforganicandinorganiccomponentsfromwater AT yatsenkotv compositeonthebasisofhydratedzirconiumdioxideandgrapheneoxideforremovaloforganicandinorganiccomponentsfromwater AT kudelkoko compositeonthebasisofhydratedzirconiumdioxideandgrapheneoxideforremovaloforganicandinorganiccomponentsfromwater AT dzyazkoyus kompozitsostoâŝijizgidratirovannogodioksidacirkoniâioksidagrafenadlâizvlečeniâorganičeskihineorganičeskihkomponentovizvody AT ogenkovm kompozitsostoâŝijizgidratirovannogodioksidacirkoniâioksidagrafenadlâizvlečeniâorganičeskihineorganičeskihkomponentovizvody AT volfkovichyum kompozitsostoâŝijizgidratirovannogodioksidacirkoniâioksidagrafenadlâizvlečeniâorganičeskihineorganičeskihkomponentovizvody AT sosenkinve kompozitsostoâŝijizgidratirovannogodioksidacirkoniâioksidagrafenadlâizvlečeniâorganičeskihineorganičeskihkomponentovizvody AT maltsevatv kompozitsostoâŝijizgidratirovannogodioksidacirkoniâioksidagrafenadlâizvlečeniâorganičeskihineorganičeskihkomponentovizvody AT yatsenkotv kompozitsostoâŝijizgidratirovannogodioksidacirkoniâioksidagrafenadlâizvlečeniâorganičeskihineorganičeskihkomponentovizvody AT kudelkoko kompozitsostoâŝijizgidratirovannogodioksidacirkoniâioksidagrafenadlâizvlečeniâorganičeskihineorganičeskihkomponentovizvody AT dzyazkoyus kompozitâkijskladaêtʹsâzgídratovanogodíoksiducirkoníûtaoksidugrafenudlâvilučennâorganíčnihtaneorganíčnihkomponentívzvodi AT ogenkovm kompozitâkijskladaêtʹsâzgídratovanogodíoksiducirkoníûtaoksidugrafenudlâvilučennâorganíčnihtaneorganíčnihkomponentívzvodi AT volfkovichyum kompozitâkijskladaêtʹsâzgídratovanogodíoksiducirkoníûtaoksidugrafenudlâvilučennâorganíčnihtaneorganíčnihkomponentívzvodi AT sosenkinve kompozitâkijskladaêtʹsâzgídratovanogodíoksiducirkoníûtaoksidugrafenudlâvilučennâorganíčnihtaneorganíčnihkomponentívzvodi AT maltsevatv kompozitâkijskladaêtʹsâzgídratovanogodíoksiducirkoníûtaoksidugrafenudlâvilučennâorganíčnihtaneorganíčnihkomponentívzvodi AT yatsenkotv kompozitâkijskladaêtʹsâzgídratovanogodíoksiducirkoníûtaoksidugrafenudlâvilučennâorganíčnihtaneorganíčnihkomponentívzvodi AT kudelkoko kompozitâkijskladaêtʹsâzgídratovanogodíoksiducirkoníûtaoksidugrafenudlâvilučennâorganíčnihtaneorganíčnihkomponentívzvodi |