Сорбенти на основі оксидів мангану для селективного видалення іонів літію
Two manganese oxide-based adsorbents were synthesized using a precipitation method followed by hydrothermal treatment of reagents. The templating method was employed to create the sorbents’ selectivity, ensuring efficient extraction of lithium ions from precursors using HCl solution. Physico-chemica...
Gespeichert in:
| Datum: | 2025 |
|---|---|
| Hauptverfasser: | , , , , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Englisch |
| Veröffentlicht: |
Chuiko Institute of Surface Chemistry National Academy of Sciences of Ukraine
2025
|
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | https://www.cpts.com.ua/index.php/cpts/article/view/779 |
| 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_ | 1856543968770129920 |
|---|---|
| author | Kotynska, L. Y. Holdynsky, M. Fedoryshin, O. S. Zakutevsky, O. I. Romanova, I. V. |
| author_facet | Kotynska, L. Y. Holdynsky, M. Fedoryshin, O. S. Zakutevsky, O. I. Romanova, I. V. |
| author_sort | Kotynska, L. Y. |
| baseUrl_str | |
| collection | OJS |
| datestamp_date | 2025-06-19T08:56:44Z |
| description | Two manganese oxide-based adsorbents were synthesized using a precipitation method followed by hydrothermal treatment of reagents. The templating method was employed to create the sorbents’ selectivity, ensuring efficient extraction of lithium ions from precursors using HCl solution. Physico-chemical properties of the synthesized samples were compared using methods of X-ray diffraction (XRD), low-temperature nitrogen adsorption/desorption analysis, and scanning electron microscopy (SEM) coupled with an energy dispersive X-ray system. XRD and EDS analyses revealed that the sample synthesized via single-step precipitation method consisted of a single pyrolusite phase (MnO2), whereas using the prior oxidation step resulted in material with a spinel structure. SEM images shown a nanoscale morphology both of the materials obtained, the first sample comprised nanorods with an average diameter of 35–90 nm, while the second sample consisted of spherical hollow particles ranging from 30 to 60 nm in diameter. Porosity studies fixed mesopores with radii ranging from approximately 1.5 to 10 nm in all materials, sample with the spinel structure had the largest surface area, total pore volume, and a higher quantity of mesopores in the 1.5–3 nm range. It was defined this sample demonstrated a lithium ion uptake of 4.6 mmol/g (31.7 mg/g) from aqueous solutions, with minimal decrease observed in supporting electrolytes. The calculated removal efficiency for this material was reached 100 % at low concentrations of lithium ions (< 0.7 mmol/L) and it was fixed the good selectivity in adsorption from artificial seawater. The best conditions for the precipitation method were found, involving prior oxidation to manganese(III) oxide. |
| first_indexed | 2025-09-24T17:46:02Z |
| format | Article |
| id | oai:ojs.pkp.sfu.ca:article-779 |
| institution | Chemistry, Physics and Technology of Surface |
| language | English |
| last_indexed | 2025-09-24T17:46:02Z |
| publishDate | 2025 |
| publisher | Chuiko Institute of Surface Chemistry National Academy of Sciences of Ukraine |
| record_format | ojs |
| spelling | oai:ojs.pkp.sfu.ca:article-7792025-06-19T08:56:44Z Sorbents based on the manganese oxides designed for selective removal of lithium ions Сорбенти на основі оксидів мангану для селективного видалення іонів літію Kotynska, L. Y. Holdynsky, M. Fedoryshin, O. S. Zakutevsky, O. I. Romanova, I. V. lithium removal manganese oxides nanosized materials impact of synthetic route вилучення іонів літію оксиди мангану ·наноструктуровані матеріали вплив методу синтезу Two manganese oxide-based adsorbents were synthesized using a precipitation method followed by hydrothermal treatment of reagents. The templating method was employed to create the sorbents’ selectivity, ensuring efficient extraction of lithium ions from precursors using HCl solution. Physico-chemical properties of the synthesized samples were compared using methods of X-ray diffraction (XRD), low-temperature nitrogen adsorption/desorption analysis, and scanning electron microscopy (SEM) coupled with an energy dispersive X-ray system. XRD and EDS analyses revealed that the sample synthesized via single-step precipitation method consisted of a single pyrolusite phase (MnO2), whereas using the prior oxidation step resulted in material with a spinel structure. SEM images shown a nanoscale morphology both of the materials obtained, the first sample comprised nanorods with an average diameter of 35–90 nm, while the second sample consisted of spherical hollow particles ranging from 30 to 60 nm in diameter. Porosity studies fixed mesopores with radii ranging from approximately 1.5 to 10 nm in all materials, sample with the spinel structure had the largest surface area, total pore volume, and a higher quantity of mesopores in the 1.5–3 nm range. It was defined this sample demonstrated a lithium ion uptake of 4.6 mmol/g (31.7 mg/g) from aqueous solutions, with minimal decrease observed in supporting electrolytes. The calculated removal efficiency for this material was reached 100 % at low concentrations of lithium ions (< 0.7 mmol/L) and it was fixed the good selectivity in adsorption from artificial seawater. The best conditions for the precipitation method were found, involving prior oxidation to manganese(III) oxide. Методом осадження з подальшою гідротермальною обробкою реагентів було синтезовано два адсорбенти на основі оксиду мангану. Метод темплатування використано для формування селективності сорбентів, що реалізовано вилученням іонів літію з прекурсорів розчином HCl. Фізико-хімічні властивості синтезованих зразків досліджували за допомогою методів ренгенофазового аналізу (РФА), низькотемпературної адсорбції/десорбції азоту та скануючої електронної мікроскопії (СЕМ) у поєднанні з енергодисперсійною рентгенівською спектроскопією (ЕДС). РФА та ЕДС аналіз виявили, що зразок, синтезований методом осадження в один етап, є кристалічною сполукою зі структурою манганіту (MnO2), тоді як застосування в синтезі попереднього етапу окиснення мангану, приводить до утворення структури шпінелі. Мікрофотографії, одержані методом СЕМ, підтвердили нанорозмірність обох синтезованих матеріалів, перший зразок складається з нанострижнів із середнім діаметром 35–90 нм, тоді як у складі другого зразку виявлено сферичні агломерати діаметром від 30 до 60 нм. Дослідження поруватої структури виявили наявність мезопор радіусом від 1.5 до 10 нм у всіх отриманих зразків, матеріал зі структурою шпінелі має найбільшу площу питомої поверхні, загальний об’єм пор і найбільшу кількість мезопор у діапазоні 1.5–3 нм. Встановлено, що він має найбільшу сорбційну ємність у процесі вилучення іонів літію 4.6 ммоль/г (31.7 мг/г) з водних розчинів, яка мінімально зменшується при використанні фонових електролітів. Розрахована для цього зразка ефективність видалення досягла 100 % при низьких концентраціях іонів літію (< 0.7 ммоль/л), також він виявив високу селективність щодо іонів літію при їхньому вилученні з розчинів, що моделюють морську воду. Встановлено найкращі умови для використання методу осадження, що включають попереднє окиснення мангану. Chuiko Institute of Surface Chemistry National Academy of Sciences of Ukraine 2025-06-01 Article Article application/pdf https://www.cpts.com.ua/index.php/cpts/article/view/779 10.15407/hftp16.02.288 Chemistry, Physics and Technology of Surface; Vol. 16 No. 2 (2025): Chemistry, Physics and Technology of Surface / Himia, Fizika ta Tehnologia Poverhni; 288-297 Химия, физика и технология поверхности; Том 16 № 2 (2025): Chemistry, Physics and Technology of Surface / Himia, Fizika ta Tehnologia Poverhni; 288-297 Хімія, фізика та технологія поверхні; Том 16 № 2 (2025): Хімія, фізика та технологія поверхні; 288-297 2518-1238 2079-1704 10.15407/hftp16.02 en https://www.cpts.com.ua/index.php/cpts/article/view/779/797 Copyright (c) 2025 L. Y. Kotynska, M. Holdynsky, O. S. Fedoryshin, O. I. Zakutevsky, I. V. Romanova |
| spellingShingle | вилучення іонів літію оксиди мангану ·наноструктуровані матеріали вплив методу синтезу Kotynska, L. Y. Holdynsky, M. Fedoryshin, O. S. Zakutevsky, O. I. Romanova, I. V. Сорбенти на основі оксидів мангану для селективного видалення іонів літію |
| title | Сорбенти на основі оксидів мангану для селективного видалення іонів літію |
| title_alt | Sorbents based on the manganese oxides designed for selective removal of lithium ions |
| title_full | Сорбенти на основі оксидів мангану для селективного видалення іонів літію |
| title_fullStr | Сорбенти на основі оксидів мангану для селективного видалення іонів літію |
| title_full_unstemmed | Сорбенти на основі оксидів мангану для селективного видалення іонів літію |
| title_short | Сорбенти на основі оксидів мангану для селективного видалення іонів літію |
| title_sort | сорбенти на основі оксидів мангану для селективного видалення іонів літію |
| topic | вилучення іонів літію оксиди мангану ·наноструктуровані матеріали вплив методу синтезу |
| topic_facet | lithium removal manganese oxides nanosized materials impact of synthetic route вилучення іонів літію оксиди мангану ·наноструктуровані матеріали вплив методу синтезу |
| url | https://www.cpts.com.ua/index.php/cpts/article/view/779 |
| work_keys_str_mv | AT kotynskaly sorbentsbasedonthemanganeseoxidesdesignedforselectiveremovaloflithiumions AT holdynskym sorbentsbasedonthemanganeseoxidesdesignedforselectiveremovaloflithiumions AT fedoryshinos sorbentsbasedonthemanganeseoxidesdesignedforselectiveremovaloflithiumions AT zakutevskyoi sorbentsbasedonthemanganeseoxidesdesignedforselectiveremovaloflithiumions AT romanovaiv sorbentsbasedonthemanganeseoxidesdesignedforselectiveremovaloflithiumions AT kotynskaly sorbentinaosnovíoksidívmanganudlâselektivnogovidalennâíonívlítíû AT holdynskym sorbentinaosnovíoksidívmanganudlâselektivnogovidalennâíonívlítíû AT fedoryshinos sorbentinaosnovíoksidívmanganudlâselektivnogovidalennâíonívlítíû AT zakutevskyoi sorbentinaosnovíoksidívmanganudlâselektivnogovidalennâíonívlítíû AT romanovaiv sorbentinaosnovíoksidívmanganudlâselektivnogovidalennâíonívlítíû |