Адсорбція цинку (ІІ) на кремнеземних та алюмосилікатних поверхнях: результати експерименту і моделювання
Studying interaction of zinc (II) with silica and alumina-silica surfaces is important for several reasons. From a practical point of view, it is carried out in the framework of the creation of a medicinal product, the ingredients of which are, in particular, silica(alumina)containing sorbent and zi...
Gespeichert in:
| Datum: | 2020 |
|---|---|
| Hauptverfasser: | , , , , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Ukrainisch |
| Veröffentlicht: |
Chuiko Institute of Surface Chemistry National Academy of Sciences of Ukraine
2020
|
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | https://www.cpts.com.ua/index.php/cpts/article/view/550 |
| 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_ | 1856543919990374400 |
|---|---|
| author | Stepanyuk, K. O. Kravchenko, A. A. Gerashchenko, I. I. Grebenyuk, A. G. Borysenko, M. V. |
| author_facet | Stepanyuk, K. O. Kravchenko, A. A. Gerashchenko, I. I. Grebenyuk, A. G. Borysenko, M. V. |
| author_sort | Stepanyuk, K. O. |
| baseUrl_str | |
| collection | OJS |
| datestamp_date | 2022-06-29T10:02:21Z |
| description | Studying interaction of zinc (II) with silica and alumina-silica surfaces is important for several reasons. From a practical point of view, it is carried out in the framework of the creation of a medicinal product, the ingredients of which are, in particular, silica(alumina)containing sorbent and zinc compound; from a theoretical point of view, it is a search for the adsorption patterns on the mentioned surfaces in a series of d-elements with a close electronic structure (zinc, copper, nickel, cadmium, etc.). In addition, it is advisable to supplement the experimental adsorption data with the results of quantum chemical simulation of the structure and formation energy of zinc (II) complexes with active surface centers.Adsorption of Zn2+ ions from a neutral aqueous solution on silica and alumina-silica materials was studied by means of the method of adsorption isotherm. The specific surface of the materials was determined by method of thermal desorption of argon. Quantum chemical analysis of the structure and energy of formation of the hydrated zinc sulfate ion pair on silica and alumina-silica surfaces was performed by means of Hartree-Fock-Roothaan method with extended basis set 6?31++G(d,p). According to the magnitude of adsorption (A) of zinc, the test materials are divided into three groups: 1) enterosgel, kaolin, nanosilica A-300 and polymethylsiloxane, for which Аmax is from 0.15 to 0.3 mg/g; 2) Syloid® 244 FP, KG-60 and KG-40, aminopropylaerosil, smectite (Аmax from 1.2 to 12.0 mg/g); 3) zeolites NaA-TK-1173 and NaX (Аmax more than 30 mg/g). It is concluded that the high adsorption activity of zinc(II) is primarily due to the presence of developed porous structure. The most probable places of interaction between hydrated zinc ions and hydroxyl group of silica and alumina-silica surfaces are determined by means of quantum chemical simulation. The pKMe values have been calculated of ion exchange of silica surface when interacting with Zn2+ cations. |
| first_indexed | 2025-07-22T19:34:00Z |
| format | Article |
| id | oai:ojs.pkp.sfu.ca:article-550 |
| institution | Chemistry, Physics and Technology of Surface |
| language | Ukrainian |
| last_indexed | 2025-07-22T19:34:00Z |
| publishDate | 2020 |
| publisher | Chuiko Institute of Surface Chemistry National Academy of Sciences of Ukraine |
| record_format | ojs |
| spelling | oai:ojs.pkp.sfu.ca:article-5502022-06-29T10:02:21Z Аdsorption of zinc (II) on silica and alumina-silica surfaces: results of experiment and simulation Адсорбция цинка (II) на кремнеземных и алюмосиликатных поверхностях: результаты эксперимента и моделирование Адсорбція цинку (ІІ) на кремнеземних та алюмосилікатних поверхнях: результати експерименту і моделювання Stepanyuk, K. O. Kravchenko, A. A. Gerashchenko, I. I. Grebenyuk, A. G. Borysenko, M. V. zinc ions silica aluminosilicates adsorption density functional theory іони цинку кремнезем алюмосилікати адсорбція теорія функціоналу густини ионы цинка кремнезем алюмосиликаты адсорбция теория функционала плотности Studying interaction of zinc (II) with silica and alumina-silica surfaces is important for several reasons. From a practical point of view, it is carried out in the framework of the creation of a medicinal product, the ingredients of which are, in particular, silica(alumina)containing sorbent and zinc compound; from a theoretical point of view, it is a search for the adsorption patterns on the mentioned surfaces in a series of d-elements with a close electronic structure (zinc, copper, nickel, cadmium, etc.). In addition, it is advisable to supplement the experimental adsorption data with the results of quantum chemical simulation of the structure and formation energy of zinc (II) complexes with active surface centers.Adsorption of Zn2+ ions from a neutral aqueous solution on silica and alumina-silica materials was studied by means of the method of adsorption isotherm. The specific surface of the materials was determined by method of thermal desorption of argon. Quantum chemical analysis of the structure and energy of formation of the hydrated zinc sulfate ion pair on silica and alumina-silica surfaces was performed by means of Hartree-Fock-Roothaan method with extended basis set 6?31++G(d,p). According to the magnitude of adsorption (A) of zinc, the test materials are divided into three groups: 1) enterosgel, kaolin, nanosilica A-300 and polymethylsiloxane, for which Аmax is from 0.15 to 0.3 mg/g; 2) Syloid® 244 FP, KG-60 and KG-40, aminopropylaerosil, smectite (Аmax from 1.2 to 12.0 mg/g); 3) zeolites NaA-TK-1173 and NaX (Аmax more than 30 mg/g). It is concluded that the high adsorption activity of zinc(II) is primarily due to the presence of developed porous structure. The most probable places of interaction between hydrated zinc ions and hydroxyl group of silica and alumina-silica surfaces are determined by means of quantum chemical simulation. The pKMe values have been calculated of ion exchange of silica surface when interacting with Zn2+ cations. Исследование взаимодействия цинка (II) с поверхностями кремнеземной и алюмосиликатной природы важно по нескольким причинам. С практической точки зрения оно проводится в рамках создания лекарственного средства, ингредиентами которого являются, в частности, кремне(алюмо)содержащий сорбент и соединение цинка; с теоретической точки зрения - это поиск закономерностей адсорбции на упомянутых поверхностях в ряду d-элементов с близким электронным строением (цинк, медь, никель, кадмий и т.д.). К тому же, целесообразно дополнить экспериментальные данные по адсорбции результатам квантово-химического моделирования строения и энергии образования комплексов цинка (II) с активными центрами поверхности.Адсорбцию ионов Zn2+ из нейтрального водного раствора на кремнеземных и алюмосиликатных материалах изучали методом построения изотермы адсорбции. Удельную поверхность материалов определяли методом тепловой десорбции аргона. Квантовохимический анализ строения и энергии образования гидратированной ионной пары сульфата цинка на кремнеземной и алюмокремнеземной поверхностях проводили с помощью метода Хартри-Фока-Рутаана с использованием расширенного базисного набора 6?31++G(d,p). По величине адсорбции (А) цинка исследуемые материалы разделены на три группы: 1) энтеросгель, каолин, нанокремнезем А-300 и полиметилсилоксан, для которых Аmax составляет от 0.15 до 0.3 мг/г 2) Syloid® 244 FP, кизельгели KG-60 и KG-40, аминопропилаэросил, смектит (Аmax от 1.2 до 12.0 мг/г); 3) цеолиты NaA-TK-1173 и NaX (Аmax более 30 мг/г). Сделан вывод, что высокую адсорбционную активность цинка(II) обусловливает, прежде всего, наличие у материала развитой пористой структуры. С помощью квантовохимического моделирования определены наиболее вероятные места взаимодействия гидратированных ионов цинка с гидроксильной группой поверхности кремнезема и алюмокремнезема. Рассчитаны значения pKMe ионного обмена поверхности кремнезема при взаимодействии с катионами Zn2+. Дослідження взаємодії цинку (ІІ) з поверхнями кремнеземної та алюмосилікатної природи важливе з кількох причин. З практичного погляду воно проводиться у рамках створення лікарського засобу, інгредієнтами якого є, зокрема, кремне(алюмо)вмісний сорбент і сполука цинку; з теоретичного погляду – це пошук закономірностей адсорбції на згаданих поверхнях в ряду d-елементів з близькою електронною будовою (цинк, мідь, нікель, кадмій тощо). До того ж, доцільно доповнити експериментальні дані з адсорбції результатами квантовохімічного моделювання будови й енергії утворення комплексів цинку (ІІ) з активними центрами поверхні.Адсорбцію іонів Zn2+з нейтрального водного розчину на кремнеземних та алюмосилікатних матеріалах вивчали методом побудови ізотерми адсорбції. Питому поверхню матеріалів визначали методом теплової десорбції аргону. Квантовохімічний аналіз будови та енергії утворення гідратованої іонної пари сульфату цинку на кремнеземній і алюмокремнеземній поверхнях проводили за допомогою методу Хартрі-Фока-Рутаана з використанням розширеного базисного набору 6?31++G(d,p). За величиною адсорбції (А) цинку досліджувані матеріали поділено на три групи: 1) ентеросгель, каолін, нанокремнезем А-300 та поліметилсилоксан, для яких Аmax становить від 0.15 до 0.3 мг/г; 2) Syloid® 244 FP, кізельгелі KG-60 і KG-40, амінопропілаеросил, смектит (Аmax від 1.2 до 12.0 мг/г); 3) цеоліти NaA-TK-1173 та NaX (Аmax понад 30 мг/г). Зроблено висновок, що високу адсорбційну активність щодо цинку(ІІ) зумовлює насамперед наявність розвиненої поруватої структури. За допомогою квантовохімічного моделювання визначено найбільш імовірні місця взаємодії гідратованих іонів цинку з гідроксильною групою поверхні кремнезему та алюмокремнезему. Розрахованo значення pKMe іонного обміну поверхні кремнезему при взаємодії з катіонами Zn2+. Chuiko Institute of Surface Chemistry National Academy of Sciences of Ukraine 2020-09-01 Article Article application/pdf https://www.cpts.com.ua/index.php/cpts/article/view/550 10.15407/hftp11.03.304 Chemistry, Physics and Technology of Surface; Vol. 11 No. 3 (2020): Chemistry, Physics and Technology of Surface / Himia, Fizika ta Tehnologia Poverhni; 304-318 Химия, физика и технология поверхности; Том 11 № 3 (2020): Химия, физика и технология поверхности; 304-318 Хімія, фізика та технологія поверхні; Том 11 № 3 (2020): Хімія, фізика та технологія поверхні; 304-318 2518-1238 2079-1704 10.15407/hftp11.03 uk https://www.cpts.com.ua/index.php/cpts/article/view/550/553 Copyright (c) 2020 K. O. Stepanyuk, A. A. Kravchenko, I. I. Gerashchenko, A. G. Grebenyuk, M. V. Borysenko |
| spellingShingle | іони цинку кремнезем алюмосилікати адсорбція теорія функціоналу густини Stepanyuk, K. O. Kravchenko, A. A. Gerashchenko, I. I. Grebenyuk, A. G. Borysenko, M. V. Адсорбція цинку (ІІ) на кремнеземних та алюмосилікатних поверхнях: результати експерименту і моделювання |
| title | Адсорбція цинку (ІІ) на кремнеземних та алюмосилікатних поверхнях: результати експерименту і моделювання |
| title_alt | Аdsorption of zinc (II) on silica and alumina-silica surfaces: results of experiment and simulation Адсорбция цинка (II) на кремнеземных и алюмосиликатных поверхностях: результаты эксперимента и моделирование |
| title_full | Адсорбція цинку (ІІ) на кремнеземних та алюмосилікатних поверхнях: результати експерименту і моделювання |
| title_fullStr | Адсорбція цинку (ІІ) на кремнеземних та алюмосилікатних поверхнях: результати експерименту і моделювання |
| title_full_unstemmed | Адсорбція цинку (ІІ) на кремнеземних та алюмосилікатних поверхнях: результати експерименту і моделювання |
| title_short | Адсорбція цинку (ІІ) на кремнеземних та алюмосилікатних поверхнях: результати експерименту і моделювання |
| title_sort | адсорбція цинку (іі) на кремнеземних та алюмосилікатних поверхнях: результати експерименту і моделювання |
| topic | іони цинку кремнезем алюмосилікати адсорбція теорія функціоналу густини |
| topic_facet | zinc ions silica aluminosilicates adsorption density functional theory іони цинку кремнезем алюмосилікати адсорбція теорія функціоналу густини ионы цинка кремнезем алюмосиликаты адсорбция теория функционала плотности |
| url | https://www.cpts.com.ua/index.php/cpts/article/view/550 |
| work_keys_str_mv | AT stepanyukko adsorptionofzinciionsilicaandaluminasilicasurfacesresultsofexperimentandsimulation AT kravchenkoaa adsorptionofzinciionsilicaandaluminasilicasurfacesresultsofexperimentandsimulation AT gerashchenkoii adsorptionofzinciionsilicaandaluminasilicasurfacesresultsofexperimentandsimulation AT grebenyukag adsorptionofzinciionsilicaandaluminasilicasurfacesresultsofexperimentandsimulation AT borysenkomv adsorptionofzinciionsilicaandaluminasilicasurfacesresultsofexperimentandsimulation AT stepanyukko adsorbciâcinkaiinakremnezemnyhialûmosilikatnyhpoverhnostâhrezulʹtatyéksperimentaimodelirovanie AT kravchenkoaa adsorbciâcinkaiinakremnezemnyhialûmosilikatnyhpoverhnostâhrezulʹtatyéksperimentaimodelirovanie AT gerashchenkoii adsorbciâcinkaiinakremnezemnyhialûmosilikatnyhpoverhnostâhrezulʹtatyéksperimentaimodelirovanie AT grebenyukag adsorbciâcinkaiinakremnezemnyhialûmosilikatnyhpoverhnostâhrezulʹtatyéksperimentaimodelirovanie AT borysenkomv adsorbciâcinkaiinakremnezemnyhialûmosilikatnyhpoverhnostâhrezulʹtatyéksperimentaimodelirovanie AT stepanyukko adsorbcíâcinkuíínakremnezemnihtaalûmosilíkatnihpoverhnâhrezulʹtatieksperimentuímodelûvannâ AT kravchenkoaa adsorbcíâcinkuíínakremnezemnihtaalûmosilíkatnihpoverhnâhrezulʹtatieksperimentuímodelûvannâ AT gerashchenkoii adsorbcíâcinkuíínakremnezemnihtaalûmosilíkatnihpoverhnâhrezulʹtatieksperimentuímodelûvannâ AT grebenyukag adsorbcíâcinkuíínakremnezemnihtaalûmosilíkatnihpoverhnâhrezulʹtatieksperimentuímodelûvannâ AT borysenkomv adsorbcíâcinkuíínakremnezemnihtaalûmosilíkatnihpoverhnâhrezulʹtatieksperimentuímodelûvannâ |