Вплив хімічної природи функціональних груп прищеплених ?-циклодекстринів на сорбційну специфічність силікагелів
The aim of this work is to study the influence of the chemical nature of grafted ?-cyclodextrins side functional groups on chemically modified silica gels sorption affinity for cadmium, lead, and copper cations as the most typical water pollutants. Two organo-inorganic sorbents that differ only in t...
Збережено в:
| Дата: | 2020 |
|---|---|
| Автор: | |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Російська |
| Опубліковано: |
Chuiko Institute of Surface Chemistry National Academy of Sciences of Ukraine
2020
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://www.cpts.com.ua/index.php/cpts/article/view/530 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Chemistry, Physics and Technology of Surface |
Репозитарії
Chemistry, Physics and Technology of Surface| _version_ | 1856543914857594880 |
|---|---|
| author | Belyakova, L. A. |
| author_facet | Belyakova, L. A. |
| author_sort | Belyakova, L. A. |
| baseUrl_str | |
| collection | OJS |
| datestamp_date | 2022-06-29T10:02:41Z |
| description | The aim of this work is to study the influence of the chemical nature of grafted ?-cyclodextrins side functional groups on chemically modified silica gels sorption affinity for cadmium, lead, and copper cations as the most typical water pollutants. Two organo-inorganic sorbents that differ only in the chemical nature of side functional groups of grafted ?-cyclodextrin molecules wide edge were synthesized by chemical immobilization of mono-(6-O-(toluenesulfonyl))-?-cyclodextrins on the granular mesoporous silica gel surface. The obtained functionalized silica gels were characterized by IR and UV spectroscopy, chemical, elemental and derivatographic analysis, pH-metry, low-temperature nitrogen adsorption-desorption as well as sorption measurements. The results of studying the sorption of cadmium, lead, and copper cations from nitrate buffer solutions with pH = 2.0 were analyzed using the Lagergren kinetic model for pseudo-first and pseudo-second order processes, and the equilibrium sorption results were analyzed using the Langmuir and Freindlich models for homogeneous and heterogeneous surfaces. It has been found that only ?-cyclodextrin-containing surface centers of chemically modified silica gels participate in the sorption of metal cations. The simultaneous formation of inclusion complexes of grafted ?-cyclodextrin molecules with nitrate anions of the solution and mixed complexes of metal cations with side functional groups of the wide edge of immobilized cyclic oligosaccharides occurs during the interaction of synthesized silica gels with buffer solutions of cadmium, lead and copper nitrates. The sorption affinity of ?-cyclodextrin-containing silica gel with secondary alcohol groups in the structure increases in the order Cd2+ < Pb2+ < Cu2+. The cation sorption sequence is opposite – Cu2+ < Pb2+ < Cd2+ – for ?-cyclodextrin-containing silica gel with side thiosemicarbazidoethyl groups. The change in the sorption specificity of functionalized silica gels to metal cations is interpreted from the standpoint of the theory of “soft” and “hard” acids and bases. The formation of “?-cyclodextrin ? nitrate-anion” inclusion complexes with a composition of 1:1 on the surface of chemically modified silica gels promotes metal cations sorption. The results obtained make it possible to predict the sorption specificity of ?-cyclodextrin-containing silica materials and its directed change using various functional derivatives of ?-cyclodextrin. |
| first_indexed | 2025-07-22T19:33:51Z |
| format | Article |
| id | oai:ojs.pkp.sfu.ca:article-530 |
| institution | Chemistry, Physics and Technology of Surface |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-17T12:08:06Z |
| publishDate | 2020 |
| publisher | Chuiko Institute of Surface Chemistry National Academy of Sciences of Ukraine |
| record_format | ojs |
| spelling | oai:ojs.pkp.sfu.ca:article-5302022-06-29T10:02:41Z Influence of the chemical nature of grafted ?-cyclodextrins functional groups on the silica gels sorption specificity Влияние химической природы функциональных групп привитых ?-циклодекстринов на сорбционную специфичность силикагелей Вплив хімічної природи функціональних груп прищеплених ?-циклодекстринів на сорбційну специфічність силікагелів Belyakova, L. A. silica gel β-cyclodextrin surface chemical modification metal nitrates sorption “host ‒ guest” inclusion complexes силікагель β-циклодекстрин поверхня хімічне модифікування нітрати металів сорбція комплекси включення типу «хазяїн ‒ гість» силикагель β-циклодекстрин поверхность химическое модифицирование нитраты металлов сорбция комплексы включения типа «хозяин – гость» The aim of this work is to study the influence of the chemical nature of grafted ?-cyclodextrins side functional groups on chemically modified silica gels sorption affinity for cadmium, lead, and copper cations as the most typical water pollutants. Two organo-inorganic sorbents that differ only in the chemical nature of side functional groups of grafted ?-cyclodextrin molecules wide edge were synthesized by chemical immobilization of mono-(6-O-(toluenesulfonyl))-?-cyclodextrins on the granular mesoporous silica gel surface. The obtained functionalized silica gels were characterized by IR and UV spectroscopy, chemical, elemental and derivatographic analysis, pH-metry, low-temperature nitrogen adsorption-desorption as well as sorption measurements. The results of studying the sorption of cadmium, lead, and copper cations from nitrate buffer solutions with pH = 2.0 were analyzed using the Lagergren kinetic model for pseudo-first and pseudo-second order processes, and the equilibrium sorption results were analyzed using the Langmuir and Freindlich models for homogeneous and heterogeneous surfaces. It has been found that only ?-cyclodextrin-containing surface centers of chemically modified silica gels participate in the sorption of metal cations. The simultaneous formation of inclusion complexes of grafted ?-cyclodextrin molecules with nitrate anions of the solution and mixed complexes of metal cations with side functional groups of the wide edge of immobilized cyclic oligosaccharides occurs during the interaction of synthesized silica gels with buffer solutions of cadmium, lead and copper nitrates. The sorption affinity of ?-cyclodextrin-containing silica gel with secondary alcohol groups in the structure increases in the order Cd2+ < Pb2+ < Cu2+. The cation sorption sequence is opposite – Cu2+ < Pb2+ < Cd2+ – for ?-cyclodextrin-containing silica gel with side thiosemicarbazidoethyl groups. The change in the sorption specificity of functionalized silica gels to metal cations is interpreted from the standpoint of the theory of “soft” and “hard” acids and bases. The formation of “?-cyclodextrin ? nitrate-anion” inclusion complexes with a composition of 1:1 on the surface of chemically modified silica gels promotes metal cations sorption. The results obtained make it possible to predict the sorption specificity of ?-cyclodextrin-containing silica materials and its directed change using various functional derivatives of ?-cyclodextrin. Цель данной работы – изучение влияния химической природы боковых функциональных групп привитых ?-циклодекстринов на сорбционное сродство химически модифицированных силикагелей к катионам кадмия, свинца и меди как наиболее типичным загрязнителям воды. Путем химической иммобилизации моно-(6-O-(толуолсульфонил))-?-циклодекстринов на поверхности гранулированного мезопористого силикагеля синтезированы два органо-неорганических сорбента, отличающиеся только химической природой боковых функциональных групп широкого края привитых молекул ?-циклодекстринов. Полученные функционализированные силикагели охарактеризованы с помощью ИК и УФ спектроскопии, химического, элементного и дериватографического анализа, рН-метрии, низкотемпературной адсорбции-десорбции азота, а также сорбционных измерений. Результаты изучения сорбции катионов кадмия, свинца и меди из нитратных буферных растворов с рН = 2.0 проанализированы с помощью кинетической модели Лагергрена для процессов псевдопервого и псевдовторого порядка, а результаты равновесной сорбции – в рамках моделей Ленгмюра и Фрейндлиха для однородных и гетерогенных поверхностей. Установлено, что в сорбции катионов металлов принимают участие только ?-циклодекстринсодержащие центры поверхности химически модифицированных силикагелей. При взаимодействии синтезированных силикагелей с буферными растворами нитратов кадмия, свинца и меди наблюдается одновременное образование комплексов включения привитых молекул ?-циклодекстринов с нитрат-анионами раствора и смешанных комплексов катионов металлов с боковыми функциональными группами широкого края иммобилизованных циклических олигосахаридов. Сорбционное сродство ?-циклодекстринсодержащего силикагеля с вторичными спиртовыми группами в структуре увеличивается в ряду Cd2+ < Pb2+ < Cu2+.Для ?-циклодекстринсодержащего силикагеля с боковыми тиосемикарбазидоэтильными группами последовательность сорбции катионов противоположная – Cu2+ < Pb2+ < Cd2+. Изменение сорбционной специфичности функционализированных силикагелей по отношению к катионам металлов интерпретировано с позиций теории «мягких» и «жестких» кислот и оснований. Образование на поверхности химически модифицированных силикагелей комплексов включения «?-циклодекстрин – нитрат-анион» состава 1:1 способствует сорбции катионов металлов. Полученные результаты позволяют прогнозировать сорбционную специфичность ?-циклодекстринсодержащих кремнеземных материалов и направленное ее изменение посредством использования различных функциональных производных ?-циклодекстрина. Мета цієї роботи ? вивчення впливу хімічної природи бічних функціональних груп прищеплених ?-циклодекстринів на сорбційну спорідненість хімічно модифікованих силікагелів до катіонів кадмію, свинцю і міді як найбільш типових забруднювачів води. Шляхом хімічної іммобілізації моно-(6-O-(толуолсульфоніл))-?-циклодекстринів на поверхні гранульованого мезопористого силікагелю синтезовано два органо-неорганічних сорбенти, які різняться лише хімічною природою бічних функціональних груп широкого краю прищеплених молекул ?-циклодекстринів. Одержані функціоналізовані силікагелі охарактеризовано за допомогою ІЧ і УФ спектроскопії, хімічного, елементного та деріватографічного аналізу, рН-метрії, низькотемпературної адсорбції-десорбції азоту, а також сорбційних вимірювань. Результати вивчення сорбції катіонів кадмію, свинцю і міді з нітратних буферних розчинів з рН = 2.0 проаналізовано за допомогою кінетичної моделі Лагергрена для процесів псевдопершого та псевдодругого порядку, а результати рівноважної сорбції ? в рамках моделей Ленгмюра і Фрейндліха для однорідних та гетерогенних поверхонь. Встановлено, що в сорбції катіонів металів беруть участь тільки ?-циклодекстринвмісні центри поверхні хімічно модифікованих силікагелів. При взаємодії ?-циклодекстринвмісних силікагелів з буферними розчинами нітратів кадмію, свинцю і міді спостерігається одночасне утворення комплексів включення прищеплених молекул ?-циклодекстринів з нітрат-аніонами розчину та змішаних комплексів катіонів металів з бічними функціональними групами широкого краю іммобілізованих циклічних олигосахаридів. Сорбційна спорідненість ?-циклодекстринвмісного силікагелю з вторинними спиртовими групами в структурі збільшується в ряду Cd2+ < Pb2+ < Cu2+. Для ?-циклодекстринвмісного силікагелю з бічними тіосемікарбазідоетильними групами послідовність сорбції катіонів протилежна ? Cu2+ < Pb2+ < Cd2+. Зміну сорбційної специфічності функціоналізованих силікагелів по відношенню до катіонів металів інтерпретовано з позицій теорії «м’яких» та «жорстких» кислот і основ. Формування на поверхні хімічно модифікованих силікагелів комплексів включення «?-циклодекстрин ? нітрат-аніон» складу 1:1 сприяє сорбції катіонів металів. Отримані результати дозволяють прогнозувати сорбційну специфічність ?-циклодекстринвмісних кремнеземних матеріалів і спрямовану її зміну за допомогою використання різних функціональних похідних ?-циклодекстрину. Chuiko Institute of Surface Chemistry National Academy of Sciences of Ukraine 2020-02-24 Article Article application/pdf https://www.cpts.com.ua/index.php/cpts/article/view/530 10.15407/hftp11.01.025 Chemistry, Physics and Technology of Surface; Vol. 11 No. 1 (2020): Chemistry, Physics and Technology of Surface / Himia, Fizika ta Tehnologia Poverhni; 25-37 Химия, физика и технология поверхности; Том 11 № 1 (2020): Химия, физика и технология поверхности; 25-37 Хімія, фізика та технологія поверхні; Том 11 № 1 (2020): Хімія, фізика та технологія поверхні; 25-37 2518-1238 2079-1704 10.15407/hftp11.01 ru https://www.cpts.com.ua/index.php/cpts/article/view/530/533 Copyright (c) 2020 L. A. Belyakova |
| spellingShingle | силікагель β-циклодекстрин поверхня хімічне модифікування нітрати металів сорбція комплекси включення типу «хазяїн ‒ гість» Belyakova, L. A. Вплив хімічної природи функціональних груп прищеплених ?-циклодекстринів на сорбційну специфічність силікагелів |
| title | Вплив хімічної природи функціональних груп прищеплених ?-циклодекстринів на сорбційну специфічність силікагелів |
| title_alt | Influence of the chemical nature of grafted ?-cyclodextrins functional groups on the silica gels sorption specificity Влияние химической природы функциональных групп привитых ?-циклодекстринов на сорбционную специфичность силикагелей |
| title_full | Вплив хімічної природи функціональних груп прищеплених ?-циклодекстринів на сорбційну специфічність силікагелів |
| title_fullStr | Вплив хімічної природи функціональних груп прищеплених ?-циклодекстринів на сорбційну специфічність силікагелів |
| title_full_unstemmed | Вплив хімічної природи функціональних груп прищеплених ?-циклодекстринів на сорбційну специфічність силікагелів |
| title_short | Вплив хімічної природи функціональних груп прищеплених ?-циклодекстринів на сорбційну специфічність силікагелів |
| title_sort | вплив хімічної природи функціональних груп прищеплених ?-циклодекстринів на сорбційну специфічність силікагелів |
| topic | силікагель β-циклодекстрин поверхня хімічне модифікування нітрати металів сорбція комплекси включення типу «хазяїн ‒ гість» |
| topic_facet | silica gel β-cyclodextrin surface chemical modification metal nitrates sorption “host ‒ guest” inclusion complexes силікагель β-циклодекстрин поверхня хімічне модифікування нітрати металів сорбція комплекси включення типу «хазяїн ‒ гість» силикагель β-циклодекстрин поверхность химическое модифицирование нитраты металлов сорбция комплексы включения типа «хозяин – гость» |
| url | https://www.cpts.com.ua/index.php/cpts/article/view/530 |
| work_keys_str_mv | AT belyakovala influenceofthechemicalnatureofgraftedcyclodextrinsfunctionalgroupsonthesilicagelssorptionspecificity AT belyakovala vliâniehimičeskojprirodyfunkcionalʹnyhgruppprivityhciklodekstrinovnasorbcionnuûspecifičnostʹsilikagelej AT belyakovala vplivhímíčnoíprirodifunkcíonalʹnihgruppriŝeplenihciklodekstrinívnasorbcíjnuspecifíčnístʹsilíkagelív |