Сорбційне вилучення катіонів цезію гібридним матеріалом на основі ZIF-8 та фероціаніду міді з водного середовища
Concentration and removal of heavy metal ions and radioactive isotopes from multicomponent aqueous solutions remain an urgent task today due to the danger of anthropogenic pollution of the environment. The aim of the work was to create an effective sorbent based on an organometallic zeolitic imidazo...
Gespeichert in:
| Datum: | 2026 |
|---|---|
| Hauptverfasser: | , , , , , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Ukrainisch |
| Veröffentlicht: |
Chuiko Institute of Surface Chemistry National Academy of Sciences of Ukraine
2026
|
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | https://www.cpts.com.ua/index.php/cpts/article/view/873 |
| 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_ | 1867026082747645952 |
|---|---|
| author | Roik, N.V. Ischenko, M.V. Roik, О.S. Sharanda, L.F. Trofymchuk, І.М. Gorbyk, P.P. |
| author_facet | Roik, N.V. Ischenko, M.V. Roik, О.S. Sharanda, L.F. Trofymchuk, І.М. Gorbyk, P.P. |
| author_sort | Roik, N.V. |
| baseUrl_str | https://www.cpts.com.ua/index.php/cpts/oai |
| collection | OJS |
| datestamp_date | 2026-06-03T13:48:31Z |
| description | Concentration and removal of heavy metal ions and radioactive isotopes from multicomponent aqueous solutions remain an urgent task today due to the danger of anthropogenic pollution of the environment. The aim of the work was to create an effective sorbent based on an organometallic zeolitic imidazolate carrier and copper hexacyanoferrate possessing high kinetic and sorption parameters as well as selectivity towards cesium cations. The synthesis of the Zn-containing zeolitic imidazolate structure ZIF-8, subsequent partial substitution of Zn2+ by Cu2+, and formation of hexacyanoferrate crystal lattice were carried out in an aqueous medium at room temperature. The crystalline and porous structure of synthesized materials was investigated using X-ray diffraction analysis and low-temperature nitrogen adsorption-desorption, respectively. Obtained results confirm formation of ZIF-8 material with typical sodalite topology, high specific surface area, large total pore volume, and homogeneous microporous structure. It was proven that the interaction of the synthesized ZIF-8 with copper nitrate and subsequent modification with potassium hexacyanoferrate(II) leads to the formation of face-centered cubic crystalline structure.
The study of sorption efficiency of synthesized hybrid material towards cesium cations was carried out in static mode depending on the acidity of medium, duration of contact, equilibrium concentration of adsorbate and presence of other cations in aqueous solution. It was found that the value of cesium cations sorption remains constant in the pH range from 6 to 9. The experimentally obtained results of equilibrium sorption studies were analyzed using kinetic (Lagergren and Ho-McKay) and isothermal (Langmuir and Freundlich) models. It was found that cesium cations sorption is described by pseudo-second-order kinetic model, according to which the interaction of adsorbate with surface centers of hybrid sorbent occurs quite quickly and diffusion is the main limiting factor of this process. It was proven that the equilibrium sorption of cesium cations is consistent with the Freundlich model, which describes the interaction of adsorbate with energetically nonequivalent surface sites of adsorbent. It was found that hybrid organometallic-coordinational material is capable of Cs+ selective removal from aqueous solutions containing excess amounts of Na+, K+ or Ca2+. The obtained results may be useful in the creation of new sorption materials for water purification from Cs+. |
| doi_str_mv | 10.15407/hftp17.02.225 |
| first_indexed | 2025-07-22T19:36:25Z |
| format | Article |
| id | oai:ojs.pkp.sfu.ca:article-873 |
| institution | Chemistry, Physics and Technology of Surface |
| keywords_txt_mv | keywords |
| language | Ukrainian |
| last_indexed | 2026-06-04T01:00:23Z |
| publishDate | 2026 |
| publisher | Chuiko Institute of Surface Chemistry National Academy of Sciences of Ukraine |
| record_format | ojs |
| spelling | oai:ojs.pkp.sfu.ca:article-8732026-06-03T13:48:31Z Sorptive removal of cesium cations by hybrid material based on ZIF-8 and copper hexacyanoferrate from aquous environment Сорбційне вилучення катіонів цезію гібридним матеріалом на основі ZIF-8 та фероціаніду міді з водного середовища Roik, N.V. Ischenko, M.V. Roik, О.S. Sharanda, L.F. Trofymchuk, І.М. Gorbyk, P.P. caesium cations zeolitic imidazolate frameworks copper hexacyanoferrate selective sorption sorption parameters катіони цезію цеолітна імідазолятна структура фероціанід міді селективна сорбція сорбційні параметри Concentration and removal of heavy metal ions and radioactive isotopes from multicomponent aqueous solutions remain an urgent task today due to the danger of anthropogenic pollution of the environment. The aim of the work was to create an effective sorbent based on an organometallic zeolitic imidazolate carrier and copper hexacyanoferrate possessing high kinetic and sorption parameters as well as selectivity towards cesium cations. The synthesis of the Zn-containing zeolitic imidazolate structure ZIF-8, subsequent partial substitution of Zn2+ by Cu2+, and formation of hexacyanoferrate crystal lattice were carried out in an aqueous medium at room temperature. The crystalline and porous structure of synthesized materials was investigated using X-ray diffraction analysis and low-temperature nitrogen adsorption-desorption, respectively. Obtained results confirm formation of ZIF-8 material with typical sodalite topology, high specific surface area, large total pore volume, and homogeneous microporous structure. It was proven that the interaction of the synthesized ZIF-8 with copper nitrate and subsequent modification with potassium hexacyanoferrate(II) leads to the formation of face-centered cubic crystalline structure. The study of sorption efficiency of synthesized hybrid material towards cesium cations was carried out in static mode depending on the acidity of medium, duration of contact, equilibrium concentration of adsorbate and presence of other cations in aqueous solution. It was found that the value of cesium cations sorption remains constant in the pH range from 6 to 9. The experimentally obtained results of equilibrium sorption studies were analyzed using kinetic (Lagergren and Ho-McKay) and isothermal (Langmuir and Freundlich) models. It was found that cesium cations sorption is described by pseudo-second-order kinetic model, according to which the interaction of adsorbate with surface centers of hybrid sorbent occurs quite quickly and diffusion is the main limiting factor of this process. It was proven that the equilibrium sorption of cesium cations is consistent with the Freundlich model, which describes the interaction of adsorbate with energetically nonequivalent surface sites of adsorbent. It was found that hybrid organometallic-coordinational material is capable of Cs+ selective removal from aqueous solutions containing excess amounts of Na+, K+ or Ca2+. The obtained results may be useful in the creation of new sorption materials for water purification from Cs+. Концентрування та вилучення іонів важких металів та радіоактивних ізотопів із багатокомпонентних водних розчинів залишається актуальною задачею сьогодення внаслідок небезпеки антропогенного забруднення навколишнього середовища. Метою роботи було створення ефективного сорбента на основі металоорганічного цеолітного імідазолятного носія та фероціаніду міді, що характеризується високими кінетичними та сорбційними параметрами, а також селективністю по відношенню до катіонів цезію. Синтез Zn-вмісної цеолітної імідазолятної структури ZIF-8, подальше часткове заміщення Zn2+ на Cu2+ та формування кристалічної ґратки фероціаніду здійснювали у водному середовищі за кімнатної температури. Кристалічну та пористу будову синтезованих матеріалів було досліджено з використанням рентгенодифракційного аналізу та низькотемпературної адсорбції?десорбції азоту відповідно. На основі одержаних результатів підтверджено формування матеріалу типу ZIF-8 з притаманною йому содалітовою топологією, розвинутою питомою поверхнею, великим загальним об’ємом пор та однорідною мікропористою структурою. Доведено, що взаємодія синтезованого ZIF-8 з нітратом міді та подальше модифікування гексаціанофератом(II) калію приводить до формування гранецентрованої кубічної кристалічної структури. Вивчення сорбційної ефективності синтезованого гібридного матеріалу щодо катіонів цезію здійснювали в статичному режимі залежно від кислотності середовища, тривалості контакту, температури, рівноважної концентрації адсорбтиву та присутності інших катіонів у водному розчині. Показано, що величина сорбції Cs+ залишається незмінною в діапазоні рН від 6 до 9. Експериментально одержані результати досліджень рівноважної сорбції було проаналізовано з використанням кінетичних (Лагергрена та Хо-Маккея) та ізотермічних (Ленгмюра та Фрейндліха) моделей. Встановлено, що сорбція Cs+ описується кінетичною моделлю псевдодругого порядку, згідно з якою взаємодія адсорбата з поверхневими центрами гібридного сорбента відбувається досить швидко, а основним лімітуючим фактором процесу є дифузія. Доведено, що рівноважна сорбція Cs+ узгоджується з моделлю Фрейндліха, яка описує взаємодію адсорбата з енергетично нееквівалентними поверхневими центрами сорбента. Встановлено, що гібридний металоорганічно-координаційний матеріал здатен селективно вилучати Cs+ з водних розчинів, що містять надлишкові кількості Na+, K+ чи Ca2+. Одержані результати можуть бути корисними при розробці нових сорбційних матеріалів для очищення води від Cs+. Chuiko Institute of Surface Chemistry National Academy of Sciences of Ukraine 2026-05-29 Article Article application/pdf https://www.cpts.com.ua/index.php/cpts/article/view/873 10.15407/hftp17.02.225 Chemistry, Physics and Technology of Surface; Vol. 17 No. 2 (2026): Chemistry, Physics and Technology of Surface / Himia, Fizika ta Tehnologia Poverhni; 225-240 Химия, физика и технология поверхности; Том 17 № 2 (2026): Chemistry, Physics and Technology of Surface / Himia, Fizika ta Tehnologia Poverhni; 225-240 Хімія, фізика та технологія поверхні; Том 17 № 2 (2026): Хімія, фізика та технологія поверхні; 225-240 2518-1238 2079-1704 10.15407/hftp17.02 uk https://www.cpts.com.ua/index.php/cpts/article/view/873/847 https://creativecommons.org/licenses/by/4.0 |
| spellingShingle | катіони цезію цеолітна імідазолятна структура фероціанід міді селективна сорбція сорбційні параметри Roik, N.V. Ischenko, M.V. Roik, О.S. Sharanda, L.F. Trofymchuk, І.М. Gorbyk, P.P. Сорбційне вилучення катіонів цезію гібридним матеріалом на основі ZIF-8 та фероціаніду міді з водного середовища |
| title | Сорбційне вилучення катіонів цезію гібридним матеріалом на основі ZIF-8 та фероціаніду міді з водного середовища |
| title_alt | Sorptive removal of cesium cations by hybrid material based on ZIF-8 and copper hexacyanoferrate from aquous environment |
| title_full | Сорбційне вилучення катіонів цезію гібридним матеріалом на основі ZIF-8 та фероціаніду міді з водного середовища |
| title_fullStr | Сорбційне вилучення катіонів цезію гібридним матеріалом на основі ZIF-8 та фероціаніду міді з водного середовища |
| title_full_unstemmed | Сорбційне вилучення катіонів цезію гібридним матеріалом на основі ZIF-8 та фероціаніду міді з водного середовища |
| title_short | Сорбційне вилучення катіонів цезію гібридним матеріалом на основі ZIF-8 та фероціаніду міді з водного середовища |
| title_sort | сорбційне вилучення катіонів цезію гібридним матеріалом на основі zif-8 та фероціаніду міді з водного середовища |
| topic | катіони цезію цеолітна імідазолятна структура фероціанід міді селективна сорбція сорбційні параметри |
| topic_facet | caesium cations zeolitic imidazolate frameworks copper hexacyanoferrate selective sorption sorption parameters катіони цезію цеолітна імідазолятна структура фероціанід міді селективна сорбція сорбційні параметри |
| url | https://www.cpts.com.ua/index.php/cpts/article/view/873 |
| work_keys_str_mv | AT roiknv sorptiveremovalofcesiumcationsbyhybridmaterialbasedonzif8andcopperhexacyanoferratefromaquousenvironment AT ischenkomv sorptiveremovalofcesiumcationsbyhybridmaterialbasedonzif8andcopperhexacyanoferratefromaquousenvironment AT roikos sorptiveremovalofcesiumcationsbyhybridmaterialbasedonzif8andcopperhexacyanoferratefromaquousenvironment AT sharandalf sorptiveremovalofcesiumcationsbyhybridmaterialbasedonzif8andcopperhexacyanoferratefromaquousenvironment AT trofymchukím sorptiveremovalofcesiumcationsbyhybridmaterialbasedonzif8andcopperhexacyanoferratefromaquousenvironment AT gorbykpp sorptiveremovalofcesiumcationsbyhybridmaterialbasedonzif8andcopperhexacyanoferratefromaquousenvironment AT roiknv sorbcíjnevilučennâkatíonívcezíûgíbridnimmateríalomnaosnovízif8taferocíanídumídízvodnogoseredoviŝa AT ischenkomv sorbcíjnevilučennâkatíonívcezíûgíbridnimmateríalomnaosnovízif8taferocíanídumídízvodnogoseredoviŝa AT roikos sorbcíjnevilučennâkatíonívcezíûgíbridnimmateríalomnaosnovízif8taferocíanídumídízvodnogoseredoviŝa AT sharandalf sorbcíjnevilučennâkatíonívcezíûgíbridnimmateríalomnaosnovízif8taferocíanídumídízvodnogoseredoviŝa AT trofymchukím sorbcíjnevilučennâkatíonívcezíûgíbridnimmateríalomnaosnovízif8taferocíanídumídízvodnogoseredoviŝa AT gorbykpp sorbcíjnevilučennâkatíonívcezíûgíbridnimmateríalomnaosnovízif8taferocíanídumídízvodnogoseredoviŝa |