Cинтез та сорбційні властивості ?-циклодекстринвмісного аеросилогелю
Aromatic organic acids are among the common environmental pollutants that enter the water with washouts from agricultural lands, wastewater from chemical and pharmaceutical industries. Taking into account the high toxicity of aromatic substances, the important task of water purification is the remov...
Збережено в:
| Дата: | 2023 |
|---|---|
| Автори: | , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Українська |
| Опубліковано: |
Chuiko Institute of Surface Chemistry National Academy of Sciences of Ukraine
2023
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://www.cpts.com.ua/index.php/cpts/article/view/656 |
| 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_ | 1856543942313508864 |
|---|---|
| author | Belyakova, L. A. Lyashenko, D. Yu. |
| author_facet | Belyakova, L. A. Lyashenko, D. Yu. |
| author_sort | Belyakova, L. A. |
| baseUrl_str | |
| collection | OJS |
| datestamp_date | 2023-03-05T10:56:19Z |
| description | Aromatic organic acids are among the common environmental pollutants that enter the water with washouts from agricultural lands, wastewater from chemical and pharmaceutical industries. Taking into account the high toxicity of aromatic substances, the important task of water purification is the removal of their trace amounts. This problem can be solved by using chemically modified inorganic materials, such as silicas, which have high mechanical, chemical, hydrolytic, and radiation stability. Therefore, they do not lose their sorption capacity during long-term use and do not pollute water with sorbent degradation products.The purpose of this work is the synthesis of a sorption-active material for removal of toxic aromatic acids by chemical immobilization of ?-cyclodextrin functional groups on an aerosilogel (highly dispersed type of amorphous silica).A ?-cyclodextrin-containing aerosilogel was synthesized by two-stage liquid-phase chemical modification of hydroxylated silica surface. Using the methods of IR spectroscopy, spectrophotometry, thermogravimetry, pH metry, low-temperature adsorption-desorption of nitrogen, chemical and elemental analysis of the surface, the surface structure and its quantitative chemical composition, and also parameters of porous structure of initial and chemically modified aerosilogels were determined.Sorption of benzoic, salicylic and ?-resorcylic acids on aerosilogels from aqueous buffer solutions with pH=1 was studied. The insignificant contribution of silanol and aminopropyl groups and complete participation of chemically fixed ?-cyclodextrin in the sorption of aromatic acids were proved. The results obtained are analyzed using kinetic models for pseudo-first and pseudo-second order processes, as well as Langmuir and Freundlich models for equilibrium adsorption on homogeneous and heterogeneous surfaces. It has been found that the sorption kinetic processes are well described by a pseudo-first order equation (in the presence of one type of functional groups on the surface) and a pseudo-second order equation for bi- and trifunctional aerosilogels. Experimental results on the equilibrium sorption of aromatic acids on ?-cyclodextrin-containing aerosilogel are in good agreement with the Langmuir adsorption equation. This is evidence of decisive contribution of grafted oligosaccharide groups to the sorption of organic acids.The proposed chemical approach to increasing the sorption activity of aerosilogel can be used to obtain specific chromatographic carriers, as well as inorganic sorbents for the effective removal of small amounts of highly toxic organic substances from water and aqueous solutions. |
| first_indexed | 2025-07-22T19:34:46Z |
| format | Article |
| id | oai:ojs.pkp.sfu.ca:article-656 |
| institution | Chemistry, Physics and Technology of Surface |
| language | Ukrainian |
| last_indexed | 2025-12-17T12:08:28Z |
| publishDate | 2023 |
| publisher | Chuiko Institute of Surface Chemistry National Academy of Sciences of Ukraine |
| record_format | ojs |
| spelling | oai:ojs.pkp.sfu.ca:article-6562023-03-05T10:56:19Z Synthesis and sorption properties of ?-cyclodextrin-containing aerosilogel Cинтез та сорбційні властивості ?-циклодекстринвмісного аеросилогелю Belyakova, L. A. Lyashenko, D. Yu. aerosilogel chemical surface modification β-cyclodextrin sorption aromatic acids IR spectroscopy pH metry derivatography low-temperature nitrogen adsorption-desorption spectrophotometry аеросилогель хімічне модифікування поверхні β-циклодекстрин сорбція ароматичні кислоти ІЧ спектроскопія рН метрія дериватографія низькотемпературна адсорбція-десорбція азоту спектрофотометрія Aromatic organic acids are among the common environmental pollutants that enter the water with washouts from agricultural lands, wastewater from chemical and pharmaceutical industries. Taking into account the high toxicity of aromatic substances, the important task of water purification is the removal of their trace amounts. This problem can be solved by using chemically modified inorganic materials, such as silicas, which have high mechanical, chemical, hydrolytic, and radiation stability. Therefore, they do not lose their sorption capacity during long-term use and do not pollute water with sorbent degradation products.The purpose of this work is the synthesis of a sorption-active material for removal of toxic aromatic acids by chemical immobilization of ?-cyclodextrin functional groups on an aerosilogel (highly dispersed type of amorphous silica).A ?-cyclodextrin-containing aerosilogel was synthesized by two-stage liquid-phase chemical modification of hydroxylated silica surface. Using the methods of IR spectroscopy, spectrophotometry, thermogravimetry, pH metry, low-temperature adsorption-desorption of nitrogen, chemical and elemental analysis of the surface, the surface structure and its quantitative chemical composition, and also parameters of porous structure of initial and chemically modified aerosilogels were determined.Sorption of benzoic, salicylic and ?-resorcylic acids on aerosilogels from aqueous buffer solutions with pH=1 was studied. The insignificant contribution of silanol and aminopropyl groups and complete participation of chemically fixed ?-cyclodextrin in the sorption of aromatic acids were proved. The results obtained are analyzed using kinetic models for pseudo-first and pseudo-second order processes, as well as Langmuir and Freundlich models for equilibrium adsorption on homogeneous and heterogeneous surfaces. It has been found that the sorption kinetic processes are well described by a pseudo-first order equation (in the presence of one type of functional groups on the surface) and a pseudo-second order equation for bi- and trifunctional aerosilogels. Experimental results on the equilibrium sorption of aromatic acids on ?-cyclodextrin-containing aerosilogel are in good agreement with the Langmuir adsorption equation. This is evidence of decisive contribution of grafted oligosaccharide groups to the sorption of organic acids.The proposed chemical approach to increasing the sorption activity of aerosilogel can be used to obtain specific chromatographic carriers, as well as inorganic sorbents for the effective removal of small amounts of highly toxic organic substances from water and aqueous solutions. Ароматичні органічні кислоти належать до поширених забруднювачів навколишнього середовища, які потрапляють у воду зі стічними водами підприємств хімічної та фармацевтичної промисловості, змивами із сільськогосподарських угідь. Через високу токсичність ароматичних речовин, важливим завданням очищення води є вилучення їхніх слідових кількостей. Ця проблема може бути вирішена за допомогою хімічно модифікованих неорганічних матеріалів, наприклад, кремнеземів, що мають високу механічну, хімічну, гідролітичну та радіаційну стійкість. Завдяки цьому вони не втрачають сорбційну здатність при тривалій експлуатації та не забруднюють воду продуктами деструкції сорбентів.Мета роботи – синтез сорбційно-активного матеріалу для поглинання токсичних ароматичних кислот шляхом хімічної іммобілізації функціональних груп ?-циклодекстрину на високодисперсному аморфному різновиді кремнезему – аеросилогелі.Синтезовано ?-циклодекстринвмісний аеросилогель шляхом двостадійного рідкофазного хімічного модифікування поверхні гідроксильованого кремнезему. За допомогою методів ІЧ спектроскопії, спектрофотометрії, термогравіметрії, рН метрії, низькотемпературної адсорбції-десорбції азоту, хімічного та елементного аналізу поверхні встановлено будову та кількісний хімічний склад поверхні, визначено параметри пористої структури вихідного та хімічно модифікованих аеросилогелів.Вивчено сорбцію на аеросилогелях бензойної, саліцилової та ?-резорцилової кислот з водних буферних розчинів з рН = 1. Доведено незначний внесок силанольних та амінопропільних груп та повну участь хімічно закріпленого ?-циклодекстрину в сорбції ароматичних кислот. Одержані результати проаналізовано за допомогою кінетичних моделей для процесів псевдопершого та псевдодругого порядку, а також моделей Ленгмюра та Фрейндліха для рівноважної адсорбції на однорідній та гетерогенній поверхні. Встановлено, що сорбційні кінетичні процеси добре описуються рівнянням псевдопершого порядку (за наявності на поверхні одного типу функціональних груп) та рівнянням псевдодругого порядку для бі- та трифункціональних аеросилогелів. Експериментальні результати щодо рівноважної сорбції ароматичних кислот на ?-циклодекстринвмісному аеросилогелі добре узгоджуються з рівнянням адсорбції Ленгмюра, що доводить визначальний внесок прищеплених олігосахаридних груп у сорбцію органічних кислот.Запропонований хімічний підхід підвищення сорбційної активності аеросилогелю може використовуватися для одержання специфічних хроматографічних носіїв, а також для ефективного вилучення малих кількостей високотоксичних органічних речовин з води та водних розчинів. Chuiko Institute of Surface Chemistry National Academy of Sciences of Ukraine 2023-02-25 Article Article application/pdf https://www.cpts.com.ua/index.php/cpts/article/view/656 10.15407/hftp14.01.019 Chemistry, Physics and Technology of Surface; Vol. 14 No. 1 (2023): Chemistry, Physics and Technology of Surface / Himia, Fizika ta Tehnologia Poverhni; 19-33 Химия, физика и технология поверхности; Том 14 № 1 (2023): Chemistry, Physics and Technology of Surface / Himia, Fizika ta Tehnologia Poverhni; 19-33 Хімія, фізика та технологія поверхні; Том 14 № 1 (2023): Хімія, фізика та технологія поверхні; 19-33 2518-1238 2079-1704 10.15407/hftp14.01 uk https://www.cpts.com.ua/index.php/cpts/article/view/656/670 Copyright (c) 2023 L. A. Belyakova, D. Yu. Lyashenko |
| spellingShingle | аеросилогель хімічне модифікування поверхні β-циклодекстрин сорбція ароматичні кислоти ІЧ спектроскопія рН метрія дериватографія низькотемпературна адсорбція-десорбція азоту спектрофотометрія Belyakova, L. A. Lyashenko, D. Yu. Cинтез та сорбційні властивості ?-циклодекстринвмісного аеросилогелю |
| title | Cинтез та сорбційні властивості ?-циклодекстринвмісного аеросилогелю |
| title_alt | Synthesis and sorption properties of ?-cyclodextrin-containing aerosilogel |
| title_full | Cинтез та сорбційні властивості ?-циклодекстринвмісного аеросилогелю |
| title_fullStr | Cинтез та сорбційні властивості ?-циклодекстринвмісного аеросилогелю |
| title_full_unstemmed | Cинтез та сорбційні властивості ?-циклодекстринвмісного аеросилогелю |
| title_short | Cинтез та сорбційні властивості ?-циклодекстринвмісного аеросилогелю |
| title_sort | cинтез та сорбційні властивості ?-циклодекстринвмісного аеросилогелю |
| topic | аеросилогель хімічне модифікування поверхні β-циклодекстрин сорбція ароматичні кислоти ІЧ спектроскопія рН метрія дериватографія низькотемпературна адсорбція-десорбція азоту спектрофотометрія |
| topic_facet | aerosilogel chemical surface modification β-cyclodextrin sorption aromatic acids IR spectroscopy pH metry derivatography low-temperature nitrogen adsorption-desorption spectrophotometry аеросилогель хімічне модифікування поверхні β-циклодекстрин сорбція ароматичні кислоти ІЧ спектроскопія рН метрія дериватографія низькотемпературна адсорбція-десорбція азоту спектрофотометрія |
| url | https://www.cpts.com.ua/index.php/cpts/article/view/656 |
| work_keys_str_mv | AT belyakovala synthesisandsorptionpropertiesofcyclodextrincontainingaerosilogel AT lyashenkodyu synthesisandsorptionpropertiesofcyclodextrincontainingaerosilogel AT belyakovala cinteztasorbcíjnívlastivostíciklodekstrinvmísnogoaerosilogelû AT lyashenkodyu cinteztasorbcíjnívlastivostíciklodekstrinvmísnogoaerosilogelû |