КОМПОЗИЦІЙНІ ІОНІТИ ДЛЯ ПЕРЕРОБКИ РІДКИХ ВІДХОДІВ МОЛОЧНОЇ ПРОМИСЛОВОСТІ
The method of directed formation of particles of hydrated zirconium and titanium oxides into anion exchange resins has been developed. The approach based on the Ostwald-Freundlich thermodynamic equation is applied. Such approach, in particular, connects the size of particles with the solubility of t...
Збережено в:
| Дата: | 2020 |
|---|---|
| Автори: | , , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Англійська |
| Опубліковано: |
V.I.Vernadsky Institute of General and Inorganic Chemistry
2020
|
| Онлайн доступ: | https://ucj.org.ua/index.php/journal/article/view/170 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Ukrainian Chemistry Journal |
| Завантажити файл: |  |
Репозитарії
Ukrainian Chemistry Journal| _version_ | 1871465461515812864 |
|---|---|
| author | Dzyazko , Yuliya Zakharov, Vladimir Kolomiiets, Yevhen Kudelko, Kateryna |
| author_facet | Dzyazko , Yuliya Zakharov, Vladimir Kolomiiets, Yevhen Kudelko, Kateryna |
| author_institution_txt_mv | [
{
"author": "Yuliya Dzyazko ",
"institution": "V.I. Vernadsky Institute of General and Inorganic Chemistry of the NAS of Ukraine Palladin avenue 32\/34, 03142, Kyiv, Ukraine"
},
{
"author": "Vladimir Zakharov",
"institution": "National University of Food Technologies 68 Volodymyrska str., 01601 Kyiv, Ukraine"
},
{
"author": "Yevhen Kolomiiets",
"institution": "V.I. Vernadsky Institute of General and Inorganic Chemistry of the NAS of Ukraine Palladin avenue 32\/34, 03142, Kyiv, Ukraine"
},
{
"author": "Kateryna Kudelko",
"institution": "V.I. Vernadsky Institute of General and Inorganic Chemistry of the NAS of Ukraine Palladin avenue 32\/34, 03142, Kyiv, Ukraine"
}
] |
| author_sort | Dzyazko , Yuliya |
| baseUrl_str | https://ucj.org.ua/index.php/journal/oai |
| collection | OJS |
| datestamp_date | 2026-07-22T08:23:43Z |
| description | The method of directed formation of particles of hydrated zirconium and titanium oxides into anion exchange resins has been developed. The approach based on the Ostwald-Freundlich thermodynamic equation is applied. Such approach, in particular, connects the size of particles with the solubility of the compound, volume and concentration of reagents. Less soluble zirconium dioxide is deposited as non-aggregated nanoparticles, the size of which does not exceed 10 nm. The composition of such composites is the most reproducible. In the case of more soluble titanium dioxide, aggregates of nanoparticles (up to 70 nm) are formed. When the concentration of the solution of metal salts in the polymer increases, the particles of micron size are deposited, the composition of this type of material is less reproduced. Non-aggregated nanoparticles increase the exchange capacity of the polymer. This leads to an increase in its electrical conductivity in 1.4-1.8 times. This is due to an increase in the concentration of mobile charge carriers in the polymer matrix that is caused by reducing its swelling. Other reason is a contribution of the counter-ions of the functional groups of inorganic component to ion transport. On the contrary, the aggregates of nanoparticles amplify the polymer swelling, resulting in a reduction of exchange capacity and electrical conductivity. Ion-exchangers were used for the ion exchange processing of nanofiltration permeate of milky whey, and for electromembrane desalination of protein concentrate. |
| doi_str_mv | 10.33609/2708-129X.86.5.2020.38-52 |
| first_indexed | 2025-09-24T17:43:26Z |
| format | Article |
| fulltext |
Фізична хімія
38 ISSN 2708-129X. УКР . ХІМ . ЖУРН ., 2020, т . 86, No 5
УДК 544.726+637.1 doi: 10.33609/2708-129X.86.5.2020.38-52
Ю.C. Дзязько1*, І.В. Федіна2, В.В. Захаров3, Є.О. Коломієць1, К.О. Куделко 1
КОМПОЗИЦІЙНІ ІОНІТИ ДЛЯ ПЕРЕРОБКИ РІДКИХ ВІДХОДІВ МОЛОЧНОЇ
ПРОМИСЛОВОСТІ
1 Інститут загальної та неорганічної хімії ім. В.І. Вернадського НАН України, просп. Акаде-
міка Палладіна, 32/34, Київ,03142, Україна
2 Київський національний університет технологій та дизайну, вул. Немировича-Данченко 2,
01011, м. Київ, Україна
3 Національний університет харчових технологій МОН України, вул. Володимирська 48, Київ,
01601, Україна
*е-mail: dzyazko@gmail.com
Розроблено спосіб спрямованого формування частинок гідратованих оксидів цир-
конію та титану в аніонообмінні смоли. Застосовано підхід, який базується на тер-
модинамічному рівнянні Оствальда-Фрейндліха. Такий підхід пов'язує розмір час-
тинок із розчинністю сполуки, що осаджується, та концентрацією реагентів. Менш
розчинний діоксид цирконію осаджується у вигляді неагрегованих наночастинок
розмір яких не перевищує 10 нм, склад таких композитів є найбільш відтворюва-
ним. У випадку більш розчинного діоксиду титану утворюються агрегати наночас-
тинок (до 70 нм). При підвищенні концентрації розчину солі металу у полімері,
осаджуються частинки мікронних розмірів: склад матеріалів такого типу відтво-
рюється найменше. Неагреговані наночастинки збільшують обмінну ємність полі-
мерного іоніту, що спричинює зростання його електропровідності у 1.4-1.8 разів.
Це обумовлено зростанням концентрації рухливих носіїв заряду у полімерній ос-
нові за рахунок зменшення її набухання, а також збільшенням внеску протиіонів
функціональних груп неорганічної складової у перенос іонів. Навпаки, агрегати
наночастинок посилюють набухання полімеру, результатом чого є зменшення єм-
ності та електропровідності. Іоніти застосовано для іонообмінної переробки нано-
фільтраційного пермеату молочної сироватки та для електромембранного знесо-
лення білкового концентрату.
К л ю ч о в і с л о в а: органо-неорганічний іоніт, оксид цирконію, оксид титану,
електродеіонізація, молочна сироватка.
ВСТУП. Іонообмінні композити,
сформовані в результаті комбінування
компонентів різної хімічної природи, яв-
ляють собою новий клас матеріалів з ха-
рактеристиками, які у багатьох випадках
перевершують аналогічні показники
© Ю.C. Дзязько, І.В. Федіна, В.В. Захаров, Є.О. Коломієць, К.О. Куделко, 2020
mailto:dzyazko@gmail.com
Композиційні іоніти для переробки рідких відходів молочної промисловості
ISSN 2708-129X. УКР . ХІМ . ЖУРН ., 2020, т . 86, No 5 39
окремих складових [1, 2]. Наприклад, пе-
ревагою композиційних іонообмінних
смол перед активованим вугіллям та не-
органічними сорбентами є їх механічна
міцність завдяки полімерній основі. На
відміну від іонообмінних полімерів, орга-
но-неорганічним композитам (як іонітам,
так і мембранам) притаманна стійкість до
забруднень органічними речовинами, що
надає змогу використовувати їх для пере-
робки рідин біогенного походження [3,
4]. Проблемою, яка гальмує широкомас-
штабне практичне використання іонооб-
мінних органо-неорганічних композитів,
є неоднозначний вплив неорганічної
складової на їх функціональні властивос-
ті: інкорпорування неорганічних части-
нок до іонообмінного полімеру може як
покращувати, так і погіршувати обмінну
ємність, швидкість переносу іонів, осмо-
тичну проникність (для мембран) тощо.
Така проблема є актуальною не тільки
для матеріалів, що застосовуються у про-
цесах іонного обміну та електромембран-
ного розділення, але й для низькотемпе-
ратурних паливних елементів. В остан-
ньому випадку заміна полімерних прото-
нпровідних мембран на органо-
неорганічні дозволяє значно розширити
діапазон робочих температур [2, 5]. Проте
в окремих випадках інкорпоровані неор-
ганічні частинки можуть посилювати
кроссовер метанолу через протонпровід-
ну мембрану. Проблематичним є також
відтворення функціональних властивос-
тей композитів.
На наш погляд, проблеми обумовле-
но складною пористою структурою іоно-
обмінних полімерів. Такі полімери у на-
бряклому стані містять як нанорозмірні
гідрофільні пори, де відбувається концен-
трування та перенос іонів, так і інертні в
цьому відношенні гідрофобні пори, роз-
мір яких становить від декількох десятків
нанометрів до декількох мікрон [6, 7].
Відповідно, при модифікуванні у поліме-
рній основі можуть осаджуватися частин-
ки різних розмірів і морфології [2]. В за-
лежності від цього, частинки осаджують-
ся в тих або інших порах полімеру. Вони
можуть екранувати гідрофільні пори, зда-
влювати або розтягувати їх. Здавлювання
або розтягування обумовлено тим, що не-
органічні частинки являють собою додат-
кові осмотичні центри [2, 7]. Відповідно,
змінюються сорбційна активність та еле-
ктропровідність полімерів. Мета роботи −
встановлення впливу морфологічних осо-
бливостей частинок неорганічного іоніту,
інкорпорованих до іонообмінного полі-
меру, на функціональні властивості ком-
позитів.
Більшість робот, присвячених іоно-
обмінним композитам, стосуються катіо-
нообміних матеріалів, оскільки саме такі
мембрани застосовуються для паливних
елементів [2, 5]. Водночас, у літературі
містяться вкрай обмежені відомості сто-
совно композиційних аніонообмінних ма-
теріалів [4, 8-10]. Області їх застосування
включають видалення токсичних іонних
забруднень з води [8-10] та знесолення
рідин біогенного походження [4] метода-
ми іонного обміну [8, 10], дифузійного
діалізу [9] та електромембранного розді-
лення [4, 8], зокрема із використанням
органо-неорганічного іоніту в якості мі-
жмембранного наповнювача [8]. При
очищенні та переробці біологічних рідин
застосування іонообмінних смол є обме-
Ю.C. Дзязько, І.В. Федіна, В.В. Захаров, Є.О. Коломієць, К.О. Куделко
40 ISSN 2708-129X. УКР . ХІМ . ЖУРН ., 2020, т . 86, No 5
женим внаслідок їх забруднення органіч-
ними речовинами, незважаючи на високу
ефективність іонного обміну. Наприклад,
цей метод дозволяє досягти ступеня зне-
солення молочної сироватки 99% [11].
Значно менший ступень знесолення реа-
лізується у випадку електродіалізу [11]
або діафільтрації [12]. Для досягнення
необхідної глибини знесолення сироватки
можна запропонувати комбінований ме-
тод іонного обміну та електродіалізу
(EDI, електродеіонізацію) [13]. Перева-
гою комбінованого методу перед елект-
родіалізом є безреагентність (функцію
регенеруючого агенту виконує електрич-
ний струм), а перед іонним обміном −
безперервність.
Задачі роботи включали: (i) розроб-
ку способу одержання аніонообмінних
композитів, який передбачає формування
неорганічної складової із певними мор-
фологічними особливостями (в агрегова-
ному або неагрегованому стані), (ii) дос-
лідження функціональних властивостей
композитів, (iii) тестування отриманих
матеріалів у процесах електродеіоніза-
ційного знесолення модельного розчину
молочної сироватки та переробки її на-
нофільтраційного (НФ) пермеату з вико-
ристанням традиційного іонного обміну.
У цій роботі основну увагу зосереджено
головним чином на аніонообмінних мате-
ріалах, проте застовували також і катіо-
нообмінний композит.
ЕКСПЕРИМЕНТ І ОБГОВОРЕННЯ
РЕЗУЛЬТАТІВ. Для модифікування вико-
ристовували гелеві іонообмінні смоли на
основі стирол-дивінілбензолової матриці
(ДП "Смоли", Україна). Сильнокислотна
смола KУ-2-8 містила групи −SO3H, її по-
вна обмінна ємність становила 1,8 ммоль
см-3. Сильноосновна смола AН-17 містила
четвертинні аміногрупи (1,15 ммоль см-3).
Встановлено, що вміст води в набряклих
смолах становить близько 50%.
Для модифікування смол використо-
вували реагенти: ZrOCl2·8H2O, TiCl4,
NH4OH, NaOH, H3PO4 та HCl (Черкаський
Хімпром ЛТД, Україна), сироватковий
білковий концентрат (Promilk, Франція).
Для приготування розчину, що моделює
концентрат молочної сироватки після на-
нофільтрації, були використані NaCl та
KCl. NH4NO3 застосовували для приготу-
вання розчину, який заповнює електродні
камери електродіалізної комірки. НФ пе-
рмеат, отриманий при переробці молоч-
ної сироватки, було надано Пирятинсь-
ким сирним заводом (група підприємств
«Молочний альянс», Україна). Для елект-
родеіонізації використовували мембрани:
катіонообмінну МК-40 та аніонообмінну
МА-40.
Процедура модифікування аніоноо-
бмінної смоли включала такі стадії: (і)
набрякання наважки смоли у воді, (іі) ім-
прегнування смоли 0,1 М водним розчи-
ном TiCl4 або ZrOCl2; (ііі) промивання
0,01 М розчином HCl для видалення нео-
бмінно сорбованого електроліту з макро-
пор, (іv) осадження гідратованого оксиду
1 М розчином NH4OH; (v) промивання
іоніту деіонізованою водою, (vі) сушіння
при 70° С, (vіі) очищення ультразвуком
при 30 кГц за допомогою ультразвукової
ванни Bamdelin (Bandelin, Угорщина).
Вказану процедуру повторювали декілька
разів. Таким чином були отримані компо-
зити, що містять неагреговані наночасти-
нки (гідратований діоксид цирконію,
Композиційні іоніти для переробки рідких відходів молочної промисловості
ISSN 2708-129X. УКР . ХІМ . ЖУРН ., 2020, т . 86, No 5 41
ГДЦ) або агрегати наночастинок (гідра-
тований діоксид титану, ГДТ). Було здій-
снено кілька циклів модифікування. Для
синтезу композиту, що містить великі аг-
ломерати мікронних розмірів, стадію (ііі)
було виключено з процедури синтезу.
Для кожного типу композитів було виро-
блено три серії зразків. Для виготовлення
кожної серії використовували свіжу іоно-
обмінну смолу. Катіонообмінну смолу
модифікували гідрофосфатом цирконію
(ГФЦ) 7 разів за методикою [13]. В усіх
випадках модифікатори осаджували при
293±2 К.
Для визначення кількості інкорпо-
рованої неорганічної складової іоніти
спалювали на повітрі при 1000o C, для
цього використовували піч SNOL 7.2
(SNOL, Литва). Вміст безводного оксиду
оцінювали за масою залишку.
ТЕМ зображення отримано за допо-
могою мікроскопу JEOL JEM 1230 (Jeol,
Японія). Попередньо гранули іоніту под-
рібнювали та очищали ультразвуком.
Електропровідність насипного шару іоні-
тів вимірювали за допомогою імпеданс-
ної системи Autolab (Metrohm Autolab,
Нідерланди) аналогічно [8]. Вимірювання
проводили в інтервалі частот 1-106 Гц.
Попередньо зразки, регенерували елект-
ромембранним методом.
Мінеральний склад нанофільтрацій-
ного пермеату становив (ммоль дм-3): K -
34; Na - 17; Cl - 51. Показник хімічного
споживання кисню (ХСК) досягав 510
мг*дм-3. Попередньо рідину озонували
аналогічно [14], значення ХСК знизилося
до 230 мг*дм-3. Пермеат пропускали че-
рез іонообмінну колонку діаметром 0,8
см зі швидкістю 0,3 дм3*год-1. Колонка
була заповнена аніонітом. Вміст іонів Cl
на виході з колонки визначали за допомо-
гою pH-метру I–160 МИ, укомплектова-
ним селективним електродом ELIS-131Cl
(Аналитприбор, Беларусь). Через лужний
розчин, який утворювався після прохо-
дження через колонку, барботували СО2.
Іоніт у колонці регенерували 1 М розчи-
ном NH4OH, елюат нейтралізували HNO3,
розчин залишали в чашці Петрі. Після
випаровування води утворювалася суха
суміш NH4NO3 та NH4Cl. Після цього
осад розчиняли і аналізували.
Розчин, який моделює білковий
концентрат після електродіалізу або діа-
фільтраціїї, містив 1 г*дм-3 білків, 0,15 г*
дм-3 KCl і 0,04 г*дм-3 NaCl. Цей розчин
демінералізували електродеіонізаційним
методом. Використовували трикамерну
комірку аналогічно [8]. Між мембранами
розташовували суміш органо-
неорганічних катіоніту та аніоніту у спів-
відношенні 1:1. Катіоніт був попередньо
модифікований ГФЦ, а аніоніт − неагре-
гованими наночастинками ГДЦ. Через
шар іонітів циркулював модельний роз-
чин (10 дм3) зі швидкістю 20 см3*хв-1, а
через електродні відділення − 0,1 М роз-
чин NH4NO3. Електродеіонізацію прово-
дили при постійній напрузі. Електропро-
відність модельного розчину контролю-
вали за допомогою кондуктометра HI
9932 (Hanna Insruments), реєстрували та-
кож значення pH.
Всі експерименти з біологічними рі-
динами виконували при 284 К.
Розмір інкорпорованих частинок гі-
дратованого оксиду може бути визначе-
ний виходячи з термодинамічного підхо-
ду Оствальда-Фрейндліха [15]:
Ю.C. Дзязько, І.В. Федіна, В.В. Захаров, Є.О. Коломієць, К.О. Куделко
42 ISSN 2708-129X. УКР . ХІМ . ЖУРН ., 2020, т . 86, No 5
cosln mVC
C RTr∞
= −
β σ ϕ
(1)
де C і C∞ − концентрація розчиненої спо-
луки в полімері і у перенасиченому роз-
чині відповідно, β − коефіцієнт форми ча-
стинок (2,8 для сферичних), Vm− моляр-
ний об'єм нерозчинної сполуки, σ − по-
верхневий натяг розчинника, ϕ − кут змо-
чування (cosϕ=1 для гідрофільних речо-
вин), r − радіус частинок, R− універсальна
газова стала, T − температура. Частинки,
радіус яких менший за значення, отрима-
ні з рівняння (1), розчиняються і осідають
на більших частинках.
З рівняння (1) видно, що важливим
фактором, що визначає розміри інкорпо-
рованих частинок, є природа сполуки, що
осаджується. Однак зробити точний роз-
рахунок розміру частинок відповідно до
рівняння (1) досить важко, що обумовле-
но невизначеністю молярного об'єму
аморфного гідратованого оксиду, напри-
клад, ГДЦ. Проте можна використати да-
ні для кристалічного ZrO2 (2,16×10-5 м3
*моль-1). Розглянемо осадження ГДЦ з
водного розчину при 293 К (поверхневий
натяг води становить 0,073 Н м-1 за цих
умов). Зазвичай концентрацію цирконію
у ненасиченому розчині постійної іонної
сили, який знаходиться у контакті з важ-
корозчинною сполукою (наприклад,
ZrSiO4 або кристалічним ZrO2), визнача-
ють аналітично [16]. Такі дані відповіда-
ють числівнику підлогарифмічного дробу
рівняння (1). Концентрація перенасичено-
го розчину (знаменник підлогарифмічно-
го дробу) − вміст Zr у розчині над свіжоо-
садженим або й навіть зістареним
Zr(OH)4. Для лужних середовищ значення
концентрацій у ненасиченому та переси-
ченому розчинах розрізняються на поря-
док (10-8 та 10-7 моль*дм-3 відповідно),
таким чином ln C /C∞.≈2,3. Мінімальний
діаметр частинок ГДЦ, осадження яких
можливо з термодинамічної точки зору,
становить 1,5 нм. У полімері домінують
саме такі частинки, які осаджені при мі-
німальному вмісті необмінно сорбованих
гідроксокомплексів цирконію (рис. 1а). За
найбільшого вмісту у полімері таких іо-
нів, ГДЦ осаджується у вигляді великих
частинок розміром декілька мікрон (рис.
1б). Розподіл неагрегованих наночасти-
нок за діаметром, який побудовано за да-
ними аналізу ТЕМ-зображень, являє со-
бою типову гаусіану, максимум якої від-
повідає 2 нм (рис. 1в). Наночастинки роз-
ташовані близько одна до одної, але не
агреговані, оскільки вони стабілізовані
стінками пор полімеру. Враховуючи роз-
мір наночастинок, вони локалізовані у гі-
дрофільних порах, а великі агрегати − у
гідрофобних.
Молярний об'єм TiO2 трохи менший
порівняно з ZrO2 (≈2×10-5 м3*моль -1). Та-
ким чином, слід очікувати менших розмі-
рів частинок ГДТ згідно рівняння (1). Од-
нак, на відміну від ГДЦ, ГДТ осаджується
у вигляді більших первинних частинок,
які утворюють агрегати (рис. 2).
Отримані результати можна поясни-
ти, приймаючи до уваги рівняння (2). Це
рівняння було одержано нами раніше, ви-
ходячи з формули (1) [10]:
. .
,
cos
( )ln ln ln
4 4
4
m
Catz 0 5 0 5 i
Cat NH OH NH OH
NH OH
vr
V zC ART ДР C z K C
V
+
∞
= −
+
− − −
β σ ϕ
.
(2)
Композиційні іоніти для переробки рідких відходів молочної промисловості
ISSN 2708-129X. УКР . ХІМ . ЖУРН ., 2020, т . 86, No 5 43
Рівняння (2) пов'язує розмір части-
нок, що осаджуються, із добутком роз-
чинності сполуки Cat(OH)z, константою
дисоціації осаджувача (KNH4OH), його кон-
центрацією (СNH4OH) та об'ємом, концент-
рацією катіонів металу ,
z
CatC +
∞ у розчині
(тут z−заряд), концентрацією сорбованих
катіонів в одиниці об'єму аніонообмінно-
го полімеру CatC , повною обмінною ємні-
стю останнього A та об'ємом полімеру Vi.
Аналогічне рівняння отримано для оса-
дження неорганічного катіоніту гідрофо-
сфату цирконію в катіонообмінній смолі
[17]. Експериментальне підтвердження
запропонованих теоретичних підходів на-
ведено у [10, 17, 18].
У випадку осадження гідратованих
оксидів металів IV групи, розрахунок ро-
зміру частинок за рівнянням (2) утрудне-
но. Труднощі пов'язані передусім із роз-
рахунком добутку розчинності внаслідок
великого різноманіття іонних форм, які
існують у розчині над осадом. Наприклад,
при розчиненні ГДЦ утворюються моно-
мерні катіони Zr(OH)3
+, Zr(OH)2
2+,
Zr(OH)3+, недисоційований Zr(OH)4, а та-
кож полімерні катіони Zr4(OH)8
8+ та
Zr2(OH)6
2+ [19]. Тим не менш, рівняння
(2) дозволяє визначати напрямок спрямо-
ваного регулювання розміру частинок
шляхом вибору того чи іншого модифіка-
тору, полімерної основи, розчинника або
осаджувача, варіювання концентрацій
реагентів тощо.
Як видно з рівняння (2), розчинність
сполуки, що осаджується, є ключовим
фактором, який визначає розмір части-
нок: чим менш розчинною є сполука, тим
менші частинки утворюються.
a
б
Діаметр, нм
0 2 4 6 8 10
До
ля
ч
ас
ти
но
к,
%
0
10
20
30
40
в
Рис. 1. ТЕМ-зображення неагрегованих на-
ночастинок ГДЦ в аніонообмінному полімері
(а), їх агрегатів (б), розподіл неагрегованих
наночастинок за розмірами (в)
Ю.C. Дзязько, І.В. Федіна, В.В. Захаров, Є.О. Коломієць, К.О. Куделко
44 ISSN 2708-129X. УКР . ХІМ . ЖУРН ., 2020, т . 86, No 5
Рис. 2. ТЕМ зображення агрегованих наноча-
стинок ГДТ у полімерній основі
Так, теоретично розрахована конс-
танта рівноваги реакції [20]:
Zr(OH)4↔Zr4++4OH- (3)
cтановить 10-52 моль*дм-3, а реакції:
TiO(OH)2↔TiO2++2OH- (4)
досягає набагато більшої величини (10-27.3
моль дм-3). Таким чином, ГДТ утворює
більші частинки, ніж ГДЦ (порівняння
рис. 2 та рис. 1а).
При великому вмісті гідроксокомп-
лексів цирконію в полімерній основі (збі-
льшення величини CatC ) збільшується
модуль логарифмічного від'ємника
. . ( )ln
4 4
4
Cat0 5 0 5 i
NH OH NH OH
NH OH
V zC Az K C
V
+
−
, враховую-
чи, що . . ( ) 1
4 4
4
Cat0 5 0 5 i
NH OH NH OH
NH OH
V zC AK C
V
+
− < . Відпові-
дно, зменшується модуль знаменника
дробу (2), адже для слабкорозчинного
ГДЦ різниця ,ln ln z
CatДР C +
∞− є також від'є-
мною величиною, проте збільшується
значення r. Таким чином, збільшення
концентрації солі металу в аніонообмін-
ному полімері призводить до укрупнення
частинок, які осаджуються. Дійсно, у ви-
падку, коли більша частина необмінно
сорбованих гідроксокомплексів цирконію
не видалялася з аніонообмінного поліме-
ру, осаджувалися великі агломерати мік-
ронних розмірів (див. рис. 1б). Такі утво-
рення розташовані у гідрофобних порах, а
саме в дефектах структури полімеру.
Найбільший вміст модифікатору до-
сягається при осадженні агломератів
ГДЦ. Після першого циклу модифікуван-
ня вміст неорганічного іоніту становив
24-33% для різних серій сорбентів. Це
означає погану відтворюваність складу
органо-неорганічних матеріалів такого
типу. У цьому випадку подальше модифі-
кування не проводили.
Як показано на прикладі ГДТ, краща
відтворюваність досягається, при утво-
ренні більш дрібних частинок . Рис. 3а
ілюструє вміст неорганічної складової в
іонообмінній смолі під час постадійного
модифікування. Найменшу кількість на-
повнювача виявлено для композитів, що
містять неагреговані наночастинки ГДЦ.
Ці органо-неорганічні іоніти демонстру-
ють найкращу відтворюваність складу,
про що свідчить найнижче стандартне ві-
дхилення (рис. 3б).
Кількість і морфологія модифікато-
ру впливають на набухання композитів, їх
обмінну ємність, та електропровідність,
яка відображає швидкість переносу про-
тиіонів ОН-. Для визначення обмінної єм-
ності зразки витримували в 0.1 М розчині
NaCl, рН корегували розчином HCl.
Композиційні іоніти для переробки рідких відходів молочної промисловості
ISSN 2708-129X. УКР . ХІМ . ЖУРН ., 2020, т . 86, No 5 45
Об'ємне співвідношення іоніту та
розчину становило 1:500. Утворений лу-
жний розчин відтитровували розчином
HCl і розраховували ємність. Перед вимі-
рюваннями електропровідності зразки
витримували у деіонізовані воді або урів-
новажували з дуже розбавленим розчи-
ном HCl (рН 4).
Результати наведено у таблиці 1.
Зразки, які містять неагреговані наночас-
тинки, демонструють менше набухання у
порівнянні з немодифікованим іонітом
внаслідок екранування наночастинками
гідрофільних пор, які й зумовлюють на-
бухання [7]. Відповідно, збільшується
обмінна ємність на одиницю об'єму та
електропровідність насипного шару, ймо-
вірно, за рахунок концентрації рухливих
носіїв заряду.
При рН 4 електропровідність збіль-
шується, оскільки внесок у перенос іонів
забезпечують не тільки протиіони функ-
ціональних груп, але й проти- та коіони
необмінно сорбованого електроліту.
На відміну від зразків, модифікова-
них неагрегованими наночастинками, іо-
ніти, що містять агрегати, демонструють
більше набухання порівняно з немодифі-
кованою смолою. Оскільки такі агрегати
розташовані у гідрофобних порах, вони
являють собою додаткові осмотичні
центри, які й зумовлюють підвищене на-
бухання. Внаслідок цього, при рН 7 об'є-
мна обмінна ємність є меншою, ніж для
вихідного іоніту. Для іоніту, який містить
19% ГДТ, при рН 4 ємність дещо пере-
вищує аналогічну величину для немоди-
фікованої смоли. Це обумовлено внеском
протиіонів Cl- функціональних груп неор-
ганічної складової, адже у кислому сере-
Цикл модифікування
0 2 4 6
В
м
іс
т
м
од
иф
іу
ат
ор
у,
%
0
20
40
1-3
4
5
6
а
Цикл модифікування
0 2 4 6
С
та
нд
ар
тн
е
ві
дх
ил
ен
ня
, %
0
1
2
3
1
2
б
Рис. 3. Вміст зневодненого оксиду у компо-
зитах (а) та стандартне відхилення (б) для
кожного циклу модифікування трьох серій
зразків, що містять ГДЦ (а, 1-3, б, 1) та ГДТ
(а, 4-6, б, 2).
довищі посилюється протонування груп
−ОН. Зменшення рН також призводить до
збільшення електропровідності, шо обу-
мовлено зростанням концентрації рухли-
вих носіїв заряду.
Ю.C. Дзязько, І.В. Федіна, В.В. Захаров, Є.О. Коломієць, К.О. Куделко
46 ISSN 2708-129X. УКР . ХІМ . ЖУРН ., 2020, т . 86, No 5
Т а б л и ц я 1
Характеристики зразків композиційних іонітів
Модифікатор
Набу-
хання,
%
Обмінна єм-
ність, Cl-,
ммоль *см-3
Електро-
провідність
Ом-1*м-1
Видалення іонів Cl-з
нанофільтраційного пе-
рмеату
тип
вміст,
мас.
%
рН 7 рН 4 рН 7 рН 4
Ємність
до про-
скоку,
ммоль*см-
3
Ступень
знесолення,
%
− 45 1,15 1,15 0,042 0,082 0,75 95
ГДЦ, неагре-
говані нано-
частинки
1,3
39
1,25
1,35
0,059
0,095
2,2 35 1,40 1,57 0,075 0,108 1,00 99
ГДТ, агрега-
ти наночас-
тинок
19 60 1,05 1,25 0,010 0,042 1,30 99
35 83 0,82 1,10 0,008 0,024 − −
ГДЦ,
частинки мі-
кронних роз-
мірів
33
78
0,79
1,12
0,012
0,020
−
−
Обмінна ємність та швидкість пере-
носу іонів є важливими показниками, які
визначають ефективність застосування
того або іншого сорбенту в іонообмінних
колонах. Для видалення аніонів Cl- з на-
нофільтраційного пермеату (рН 4) у ди-
намічних умовах застосовували іоніти,
для яких було знайдено підвищену об-
мінну ємність та електропровідність. Для
модифікованих іонітів знайдено більшу
ємність до проскоку, а також більший
ступень видалення Cl- (див. таблицю 1). У
колонці утворювався лужний розчин. Пі-
сля пропускання через цю рідину CO2
утворювався содовий розчин, який можна
використовувати для першого промиван-
ня обладнання переробки молокопродук-
тів. Іоніти регенерували розчином аміаку,
елюат нейтралізували азотною кислотою.
Після випарювання сухий залишок аналі-
зували. Як було знайдено, мольне спів-
відношення NH4NO3 та NH4Сl становило
1:1,3 (вихідна смола) та 1:3,7 (композит,
який містить ГДТ). Це означає більш ви-
сокий вміст хлорид-іонів у композиті по-
рівняно з немодифікованим іонітом. Елю-
ат після регенерації іоніту та нейтраліза-
ції, або сухі суміші солей можна викорис-
товувати як добавки до добрив. Вода піс-
ля промивання колонки може бути засто-
сована для приготування свіжого розчину
NH4OH. Перевагою іонообмінної обробки
Композиційні іоніти для переробки рідких відходів молочної промисловості
ISSN 2708-129X. УКР . ХІМ . ЖУРН ., 2020, т . 86, No 5 47
нанофільтраційного пермеату є відсут-
ність у нього неприємного запаху, спри-
чиненого деградацією амінокислот. При
пропусканні пермеату через колонку амі-
нокислоти сорбуються іонітом разом з
аніонами Cl-.
Для електродеіонізаційної перероб-
ки білкового концентрату застосовували
іоніт, який характеризується найбільшою
електропровідністю, тобто зразок, що мі-
стить 2,2% ГДЦ у вигляді неагрегованих
наночастинок. Іоніт змішували із органо-
неорганічним катіонітом у співвідношен-
ні 1:1. Знесолення здійснювали при на-
прузі 5 В. Через 7 год електропровідність
модельного розчину зменшилася на 20%
(рис. 4), при цьому зареєстровано незнач-
ний зсув рН з 7 до 8.2. Це свідчить про
невеликий надлишок катіонів Na+ у роз-
чині. Іншими словами, катіони та аніони
Cl- переносяться до електродних відді-
лень приблизно в еквівалентній кількості.
Оскільки рН реального розчину білкового
концентрату становить 4-5, незначне під-
луження може виявитися корисним. Під-
вищення швидкості знесолення може бу-
ти досягнуто шляхом варіювання геомет-
ричних параметрів електродіалізної комі-
рки та гідродинамічних умов.
Іще одним шляхом інтенсифікації
масопереносу є підвищення напруги.
Проте перебіг електродеіонізації при 10-
40 В ускладнено підкисленням розчину у
відділенні знесолення. Значення рН зме-
ншувалося до 3 (10 В), або й навіть до 2.3
(40 В). В результаті електропровідність
розчину значно підвищувалася. Таке під-
кислення є небажаним, адже воно спри-
чинює денатурацію білків. Навпаки, ро-
зчин в електродних відділеннях підлужу-
t, год
0 2 4 6 8
.
м
О
м
-1
м
-1
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
1
2
3
4
Рис. 4. Застосування композиційних іонітів
(1-3) та суміші композиційний катіоніт-
немодифікований аніоніт (4) для електродеі-
онізаційного знесолення білкового концент-
рату молочної сироватки при 5 (1, 4), 10 (2)
та 40 (3)
вався. Даний факт обумовлено надлиш-
ком аніонів у білковому концентраті, еле-
ктронейтральність якого забезпечується
іонами H+, що генеруються на границі ро-
зділу фаз аніоніт-розчин та аніонообмінна
мембрана-розчин внаслідок розкладання
води. З оглядом на кислотність концент-
рату, генерація іонів H+ відбувається
більш інтенсивно, ніж генерація іонів ОН-
на границі розділу катіоніт-розчин та ка-
тіонообмінна мембрана розчин.
Підкислення спричинює протону-
вання аміногруп білків, що сприяє їх ад-
сорбції на зовнішній поверхні гранул ка-
тіоніту та катіонообмінної мембрани. Та-
ким чином, зовнішня поверхня катіоноо-
бмінних матеріалів блокується, що упові-
льнює генерацію іонів ОН-. Отже, підви-
щення напруги є небажаним способом
Ю.C. Дзязько, І.В. Федіна, В.В. Захаров, Є.О. Коломієць, К.О. Куделко
48 ISSN 2708-129X. УКР . ХІМ . ЖУРН ., 2020, т . 86, No 5
інтенсифікації масопереносу.
Навпаки, підлуження сприяє дисоці-
ації карбоксильних груп амінокислот біл-
ків: при цьому слід очікувати їх адсорб-
цію на поверхні аніоніту, і, як наслідок,
зниження швидкості переносу аніонів.
Проте при напрузі 5 В перенос катіонів та
аніонів відбувається приблизно з однако-
вою швидкістю. Навпаки, при заміні ком-
позиційного аніоніту на немодифікований
спостерігається тенденція до збільшення
електропровідності розчину внаслідок пі-
длуження (рН перевищує 9). Це свідчить
про блокування білками поверхні гранул
аніонообмінної смоли, яка, на відміну від
композиту, не виявляє стійкість до орга-
нічних забруднень.
ВИСНОВКИ. ГДЦ, якому притаман-
на менша розчинність у порівнянні з ГДТ,
утворює неагреговані наночастинки у по-
лімерній аніонообмінній матриці. Такі
іоніти характеризуються відтворюваністю
складу на відміну від сорбентів, що міс-
тять агрегати наночастинок. На відміну
від вихідної смоли, іоніт, модифікований
наночастинками, демонструє підвищену
обмінну ємність та електропровідність.
Матеріал такого типу може бути застосо-
ваний як міжмембранний наповнювач для
глибокого електромембранного знесо-
лення молочної сироватки. Іоніт, що міс-
тить агрегати, може бути використаний
для знесолення біологічних рідин мето-
дом традиційного іонного обміну. Так,
при знесоленні нанофільтраційного сиро-
ваткого пермеату отримано лужний роз-
чин для миття обладнання харчової про-
мисловості. При регенерації іоніту утво-
рюється розчин азотвмісних солей, які
можна використовувати в якості добрива.
Окрім харчової промисловості, до потен-
ційних сфер застосування органо-
неорганічних іонітів відносяться водопід-
готовка, іонообмінна хроматографія, фа-
рмакологічна промисловість тощо.
КОМПОЗИЦИОННЫЕ ИОНИТЫ ДЛЯ
ПЕРЕРАБОТКИ ЖИДКИХ ОТХОДОВ
МОЛОЧНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ
Дзязько Ю.С.1*, И.В. Федина2, В.В. Захаров3,
Е.А. Коломиец1, К.О. Куделко 1
1 Институт общей и неорганической химии
им. В.И. Вернадского НАН Украини, просп.
Академика Палладина, 32/34, Киев,03142,
Украина
2 Киевський национальний университет тех-
нологии и дизайна, ул. Немировича-Данченко
2, 01011, г. Киев, Украина
3 Национальний университет пищевых тех-
нологий МОН Украини, ул. Владимирская 48,
Киев, 01601, Украина
*е-mail: dzyazko@gmail.com
Разработан способ направленного фор-
мирования частиц гидратированных оксидов
циркония и титана в анионообменных смо-
лах. Применен подход, основанный на тер-
модинамическом уравнении Оствальда-
Фрейндлиха. Такой подход, в частности, свя-
зывает размер частиц с растворимостью со-
единения, объемом и концентрацией реаген-
тов. Менее растворимый диоксид циркония
осаждается в виде неагрегированных наноча-
стиц, размер которых не превышает 10 нм,
состав таких композитов является наиболее
воспроизводимым. В случае более раствори-
мого диоксида титана, образуются агрегаты
наночастиц (до 70 нм). При повышении кон-
центрации раствора соли металла в полиме-
ре, осаждаются частицы микронных разме-
ров. Состав материалов такого типа воспро-
Композиційні іоніти для переробки рідких відходів молочної промисловості
ISSN 2708-129X. УКР . ХІМ . ЖУРН ., 2020, т . 86, No 5 49
изводится еще хуже. Неагрегированные на-
ночастицы увеличивают обменную емкость
полимерного ионита, что приводит к увели-
чению его электропроводности в 1.4-1.8 раз.
Это обусловлено возрастанием концентрации
подвижных носителей заряда в полимерной
основе за счет уменьшения ее набухания и
вклада противоионов функциональных групп
неорганической составляющей в перенос ио-
нов. Напротив, агрегаты наночастиц усили-
вают набухание полимера, результатом чего
является уменьшение емкости и электропро-
водности. Иониты применены для ионооб-
менной переработки нанофильтрационного
пермеата молочной сыворотки и для элек-
тромембранного обессоливания белкового
концентрата.
К л ю ч е в ы е с л о в а: органо-
неорганический ионит, оксид циркония, ок-
сид титана, электродеионизация, молочная
сыворотка.
COMPOSITE ION-EXCHANGES FOR THE
RECYCLING OF LIQUID WASTE OF DAIRY
INDUSTRY
Yu. S. Dzyazko1*, I.V. Fedina2, V. V.
Zakharov3, Ye.O. Kolomiets1, K.O. Kudelko1
1V.I. Vernadskii Institute of General &
Inorganic Chemistry of the NAS of Ukraine,
Palladin Ave. 32/34, Kyiv, 03142, Ukraine
2Kyiv National University of Technology and
Design, Nemirovich-Danchenko str. 2, 01011,
Kyiv, Ukraine
3National University of Food Technologies of
the MES of Ukraine, Vladimirskaya str. 48,
Kyiv, 01601, Ukraine
*е-mail: dzyazko@gmail.com
The method of directed formation of parti-
cles of hydrated zirconium and titanium oxides
into anion exchange resins has been developed.
The approach based on the Ostwald-Freundlich
thermodynamic equation is applied. Such ap-
proach, in particular, connects the size of parti-
cles with the solubility of the compound, vol-
ume and concentration of reagents. Less soluble
zirconium dioxide is deposited as non-
aggregated nanoparticles, the size of which does
not exceed 10 nm. The composition of such
composites is the most reproducible. In the case
of more soluble titanium dioxide, aggregates of
nanoparticles (up to 70 nm) are formed. When
the concentration of the solution of metal salts in
the polymer increases, the particles of micron
size are deposited, the composition of this type
of material is less reproduced. Non-aggregated
nanoparticles increase the exchange capacity of
the polymer. This leads to an increase in its elec-
trical conductivity in 1.4-1.8 times. This is due
to an increase in the concentration of mobile
charge carriers in the polymer matrix that is
caused by reducing its swelling. Other reason is
a contribution of the counter- ions of the func-
tional groups of inorganic component to ion
transport. On the contrary, the aggregates of na-
noparticles amplify the polymer swelling, result-
ing in a reduction of exchange capacity and elec-
trical conductivity. Ion-exchangers were used
for the ion exchange processing of nanofiltration
permeate of milky whey, and for
electromembrane desalination of protein concen-
trate.
K e y w o r d s: Organic- inorganic ion-
exchanger, zirconium dioxide, titanium dioxide,
electrodeionization, milky whey.
ЛІТЕРАТУРА
1. Samiey B., Cheng Ch.-H., Wu J. Organic-
inorganic hybrid polymers as adsorbents for
removal of heavy metal ions from solutions:
A review // Materials – 2014, – 7. N 2. – P.
673-726.
2. Dzyazko Yu., Volfkovich Yu., Perlova
Ю.C. Дзязько, І.В. Федіна, В.В. Захаров, Є.О. Коломієць, К.О. Куделко
50 ISSN 2708-129X. УКР . ХІМ . ЖУРН ., 2020, т . 86, No 5
O., Ponomaryova L., Perlova N., Kolomiets
E. Effect of porosity on ion transport
through polymers and polymer-based
composites containing inorganic
nanoparticles (review) // Springer
Proceedings in Physics. – 2019. – 222. –
P.235-253.
3. Mikhaylin S., Bazinet L., Fouling on ion-
exchange membranes: classification,
characterization and strategies of prevention
and control //Adv. Colloid Interface Sci. –
2016. − 229. − P. 34-56.
4. Dzyazko Yu.S., Rozhdestvenska L.M.,
Vasilyuk S.L., Kudelko K.O., Belyakov V.N.
Composite membranes containing
nanoparticles of inorganic ion exchangers
for electrodialytic desalination of glycerol //
Nanoscale Research Letters − 2017. − 12, −
P.1-9. https://doi.org/10.1186/s11671-017-
2208-4
5. Muthumeenal A., Rethinam A.J.,
Nagendran A. Sulfonated polyethersulfone
based composite membranes containing
heteropolyacids laminated with polypyrrole
for electrochemical energy conversion
devices // Solid State Ionics, − 2016. − 296,
− P. 106-113.
6. Hsu W.Y., Gierke T.D. Ion transport and
clustering in nafion perfluorinated
membranes // J. Memr. Sci. − 1983. − 13. −
P. 307-326.
7. Kononenko N., Nikonenko V., Grande D.,
Larchet C., Dammak L., Fomenko M.,
Volfkovich Yu. Porous structure of ion
exchange membranes investigated by
various techniques// Adv. Colloid. Interface
Sci. − 2017. − 246. − P. 196-216.
8. Dzyazko Y., Kolomyets E., Borysenko Y.,
Chmilenko V., Fedina I. Organic-inorganic
sorbents containing hydrated zirconium
dioxide for removal of chromate anions
from diluted solutions // Mater. Today:
Proc. − 2019, − 6. − P. 260-269.
9. Chavan V., Agarwal Ch., Adya V.C.,
Pandey A.K. Hybrid organic inorganic
anion exchange pore filled membranes for
recovery of nitric acid from highly acidic
aqueous solutions// Water Res. − 2018, −
133. − P. 87-98.
10. Maltseva T.V., Kolomiets E.O., Dzyazko
Yu.S., Scherbakov S. Composite anion-
exchangers modified with nanoparticles o f
hydrated oxides of multivalent metals
//Appl. Nanosci. − 2019, − 9, − P. 997-
1004.
11. Greiter M., Novalin S., Wendland M.,
Kulbe K.-D., Fischer J. Desalination o f
whey by electrodialysis and ion exchange
resins: Analysis of both processes with
regard to sustainability by calculating their
cumulative energy demand// J. Membr. Sci.
− 2002, − 210.− P. 91-102.
12. Marx M., Sixt A., Hofsommer J.,
Wörthmann M., Kulozik U. Manufacturing
of demineralized whey concentrates with
extended shelf life: Impact of the degree o f
demineralization on functional and
microbial quality criteria // Food Bioprod.
Proc. − 2019, − 114. − Р. 1-11.
13. Dzyazko Yu.S., Ponomaryova L.N.,
Volfkovich Yu.M., Sosenkin V.E., Belyakov
V.N. Polymer Ion-Exchangers Modified
with Zirconium Hydrophosphate for
Removal of Cd2+ Ions from Diluted
Solutions // Separ. Sci. Technol. − 2013. −
48, N 14. − P. 2140-2149.
14. Zmievskii Y.G., Zakharov V.V., Rudenko
O.S., Biletskaya I.M., Myronchuk V.G. //
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0001868615002262#!
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0001868615002262#!
http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0167273816303629#!
http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0167273816303629#!
http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0167273816303629#!
http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0167273816303629#!
http://www.sciencedirect.com/science/journal/01672738
http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S037673880081563X#!
http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S037673880081563X#!
https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0043135418300277#!
https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0043135418300277#!
https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0043135418300277#!
https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0043135418300277#!
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0376738802003782#!
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0376738802003782#!
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0376738802003782#!
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0376738802003782#!
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0376738802003782#!
https://www.sciencedirect.com/science/journal/03767388
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0960308518305145#!
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0960308518305145#!
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0960308518305145#!
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0960308518305145#!
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0960308518305145#!
https://www.sciencedirect.com/science/journal/09603085
https://www.sciencedirect.com/science/journal/09603085
Композиційні іоніти для переробки рідких відходів молочної промисловості
ISSN 2708-129X. УКР . ХІМ . ЖУРН ., 2020, т . 86, No 5 51
Acta Periodісa Techologica − 2018, − 48. −
P. 315-323.
15. Myerson A.S. (ed.) Handbook of Industrial
Crystallization. Butterworth-Heinemann,
Woburn, 2002.
16. Kobayashi T., Sasaki T., Takagi I.,
Moriyama H. Solubility of zirconium(IV)
hydrous oxides. // J. Nuclear Sci. Tech. −
2007, − 44. − P. 90-94.
17. Perlova N., Dzyazko Y., Perlova O., Palchik
A.., Sazonova V. Formation of zirconium
hydrophosphate nanoparticles and their
effect on sorption of uranyl cations //
Nanoscale research letters. − 2017. − 12. −
209. https://doi.org/10.1186/s11671-017-
1987-y
18. Perlova O., Dzyazko Yu., Halutska I.,
Perlova N., Palchik A. Anion exchange
resin modified with nanoparticles o f
hydrated zirconium dioxide for sorption o f
soluble U(VI) compounds // Springer Proc.
Phys. − 2018. − 210. − Р. 3-15.
19. Ekberg C., Kallvenius G., Albinsson Y.,
Brown P.L. Studies on the Hydrolytic
Behavior of Zirconium(IV) // J. Solut.
Chem. −2004. − 33. − P. 47-49.
20. Choy J.-H.,Yang-Su Han Y,-S., Kim J,-T.
Hydroxide Coprecipitation Route to the
Piezoelectric Oxide Pb(Zr,Ti)O, (PZT)// J.
Mater. Chem. − 1995. − 5, N l. − P. 65-69.
REFERENCES
1. Samiey B., Cheng Ch.-H., Wu J. Organic-
inorganic hybrid polymers as adsorbents for
removal of heavy metal ions from solutions :
A review. Materials. 2014. 7: 673.
2. Dzyazko Yu., Volfkovich Yu., Perlova O.,
Ponomaryova L., Perlova N., Kolomiets E.,
Effect of porosity on Ion Transport Through
Polymers and Polymer-Based Composites
Containing Inorganic Nanoparticles
(Review). Springer Proceedings in Physics.
2019. 222:235.
3. Mikhaylin S., Bazinet L., Fouling on ion-
exchange membranes: classification,
characterization and strategies of prevention
and control. Adv. Colloid Interface Sci.
2016. 229: 34.
4. Dzyazko Yu.S., Rozhdestvenska L.M.,
Vasilyuk S.L., Kudelko K.O., Belyakov
V.N. Composite membranes containing
nanoparticles of inorganic ion exchangers
for electrodialytic desalination of glycerol.
Nanoscale Research Letters. 2017. 12: 1.
5. Muthumeenal A., Rethinam A.J.,
Nagendran A. Sulfonated polyethersulfone
based composite membranes containing
heteropolyacids laminated with polypyrrole
for electrochemical energy conversion
devices. Solid State Ionics. 2016. 296: 106.
6. Hsu W.Y., Gierke T.D., Ion transport and
clustering in nafion perfluorinated
membranes. J. Memr. Sci. 1983. 13: 307.
7. Kononenko N.A., Berezina N.P.,
Vol’fkovich Yu.M., Shkol’nikov E.I.,
Blinov I.A., Investigation of ion-exchange
materials structure by standart porosimetry
method. J. Applied Chemistry of the USSR.
1985. 58: 2029
8. Dzyazko Y., Kolomyets E., Borysenko Y.,
Chmilenko V., Fedina I. Organic-inorganic
sorbents containing hydrated zirconium
dioxide for removal of chromate anions
from diluted solutions. Mater. Today: Proc.
2019. 6: 260.
9. Chavan V., Agarwal Ch., Adya V.C.,
Pandey A.K. Hybrid organic inorganic
anion exchange pore filled membranes for
recovery of nitric acid from highly acidic
aqueous solutions. Water Res.2018. 133: 87.
https://scholar.google.com.ua/citations?view_op=view_citation&hl=ru&user=7E8lt4QAAAAJ&sortby=pubdate&citation_for_view=7E8lt4QAAAAJ:BrmTIyaxlBUC
https://scholar.google.com.ua/citations?view_op=view_citation&hl=ru&user=7E8lt4QAAAAJ&sortby=pubdate&citation_for_view=7E8lt4QAAAAJ:BrmTIyaxlBUC
https://scholar.google.com.ua/citations?view_op=view_citation&hl=ru&user=7E8lt4QAAAAJ&sortby=pubdate&citation_for_view=7E8lt4QAAAAJ:BrmTIyaxlBUC
Ю.C. Дзязько, І.В. Федіна, В.В. Захаров, Є.О. Коломієць, К.О. Куделко
52 ISSN 2708-129X. УКР . ХІМ . ЖУРН ., 2020, т . 86, No 5
10. Maltseva T.V., Kolomiets E.O., Dzyazko
Yu.S., Scherbakov S. Composite anion-
exchangers modified with nanoparticles o f
hydrated oxides of multivalent metals. Appl.
Nanosci. 2019. 9: 997.
11. Greiter M., Novalin S., Wendland M.,
Kulbe K.-D., Fischer J. Desalination o f
whey by electrodialysis and ion exchange
resins: Analysis of both processes with
regard to sustainability by calculating their
cumulative energy demand. J. Membr. Sci.
2002. 210: 91.
12. Marx M., Sixt A., Hofsommer J.,
Wörthmann M., Kulozik U. Manufacturing
of demineralized whey concentrates with
extended shelf life: Impact of the degree o f
demineralization on functional and
microbial quality criteria. Food Bioprod.
Proc. 2019. 114: 1.
13. Dzyazko Yu.S., Ponomaryova L.N.,
Volfkovich Yu.M., Sosenkin V.E.,
Belyakov V.N. Polymer Ion-Exchangers
Modified with Zirconium Hydrophosphate
for Removal of Cd2+ Ions from Diluted
Solutions. Separ. Sci. Technol. 2013. 48 :
2140.
14. Zmievskii Y.G., Zakharov V.V., Rudenko
O.S., Biletskaya I.M., Myronchuk V.G.
Acta Periodісa Techologica. 2018. 48 : 315.
15. Myerson A.S. (ed) Handbook of Industrial
Crystallization. Butterworth-Heinemann,
Woburn, 2002. ISBN 978-0-7506-7012-8.
16. Kobayashi T., Sasaki T., Takagi I.,
Moriyama H., Solubility of zirconium(IV)
hydrous oxides. J. Nuclear Sci. Tech. 2007.
44: 90.
17. Perlova N., Dzyazko Y., Perlova O., Palchik
A.., Sazonova V. Formation of zirconium
hydrophosphate nanoparticles and their
effect on sorption of uranyl cations.
Nanoscale research letters. 2017. 12: 209.
https://doi.org/10.1186/s11671-017-1987-y
18. Perlova O., Dzyazko Yu., Halutska I.,
Perlova N., Palchik A. Anion exchange
resin modified with nanoparticles o f
hydrated zirconium dioxide for sorption o f
soluble U(VI) compounds. Springer Proc.
Phys. 2018. 210: 3.
19. Ekberg C., Kallvenius G., Albinsson Y.,
Brown P.L. Studies on the Hydrolytic
Behavior of Zirconium(IV). J. Solut. Chem.
2004. 33: 47.
20. Сhoy J.-H., Yang-Su Han Y,-S., Kim J,-T.
Hydroxide Coprecipitation Route to the
Piezoelectric Oxide Pb(Zr,Ti)O, (PZT). J.
Mater. Chem. 1995. 5: 65.
Надійшла 22.05.2020
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0960308518305145#!
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0960308518305145#!
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0960308518305145#!
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0960308518305145#!
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0960308518305145#!
https://www.sciencedirect.com/science/journal/09603085
https://www.sciencedirect.com/science/journal/09603085
https://scholar.google.com.ua/citations?view_op=view_citation&hl=ru&user=7E8lt4QAAAAJ&sortby=pubdate&citation_for_view=7E8lt4QAAAAJ:BrmTIyaxlBUC
https://scholar.google.com.ua/citations?view_op=view_citation&hl=ru&user=7E8lt4QAAAAJ&sortby=pubdate&citation_for_view=7E8lt4QAAAAJ:BrmTIyaxlBUC
https://scholar.google.com.ua/citations?view_op=view_citation&hl=ru&user=7E8lt4QAAAAJ&sortby=pubdate&citation_for_view=7E8lt4QAAAAJ:BrmTIyaxlBUC
12. Marx M., Sixt A., Hofsommer J., Wörthmann M., Kulozik U. Manufacturing of demineralized whey concentrates with extended shelf life: Impact of the degree of demineralization on functional and microbial quality criteria // Food Bioprod. Proc. ( 2019...
|
| id | oai:ojs2.1444248.nisspano.web.hosting-test.net:article-170 |
| institution | Ukrainian Chemistry Journal |
| keywords_txt_mv | keywords |
| language | English |
| last_indexed | 2026-07-23T01:02:24Z |
| publishDate | 2020 |
| publisher | V.I.Vernadsky Institute of General and Inorganic Chemistry |
| record_format | ojs |
| resource_txt_mv | ucjorgua/3f/ffe2b0d2a0bb281582a455d0b4f6fa3f.pdf |
| spelling | oai:ojs2.1444248.nisspano.web.hosting-test.net:article-1702026-07-22T08:23:43Z COMPOSITE ION-EXCHANGES FOR THE RECYCLING OF LIQUID WASTE OF DAIRY INDUSTRY КОМПОЗИЦИОННЫЕ ИОНИТЫ ДЛЯ ПЕРЕРАБОТКИ ЖИДКИХ ОТХОДОВ МОЛОЧНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ КОМПОЗИЦІЙНІ ІОНІТИ ДЛЯ ПЕРЕРОБКИ РІДКИХ ВІДХОДІВ МОЛОЧНОЇ ПРОМИСЛОВОСТІ Dzyazko , Yuliya Zakharov, Vladimir Kolomiiets, Yevhen Kudelko, Kateryna Organic-inorganic ion-exchanger, zirconium dioxide, titanium dioxide, electrodeionization, milky whey. The method of directed formation of particles of hydrated zirconium and titanium oxides into anion exchange resins has been developed. The approach based on the Ostwald-Freundlich thermodynamic equation is applied. Such approach, in particular, connects the size of particles with the solubility of the compound, volume and concentration of reagents. Less soluble zirconium dioxide is deposited as non-aggregated nanoparticles, the size of which does not exceed 10 nm. The composition of such composites is the most reproducible. In the case of more soluble titanium dioxide, aggregates of nanoparticles (up to 70 nm) are formed. When the concentration of the solution of metal salts in the polymer increases, the particles of micron size are deposited, the composition of this type of material is less reproduced. Non-aggregated nanoparticles increase the exchange capacity of the polymer. This leads to an increase in its electrical conductivity in 1.4-1.8 times. This is due to an increase in the concentration of mobile charge carriers in the polymer matrix that is caused by reducing its swelling. Other reason is a contribution of the counter-ions of the functional groups of inorganic component to ion transport. On the contrary, the aggregates of nanoparticles amplify the polymer swelling, resulting in a reduction of exchange capacity and electrical conductivity. Ion-exchangers were used for the ion exchange processing of nanofiltration permeate of milky whey, and for electromembrane desalination of protein concentrate. V.I.Vernadsky Institute of General and Inorganic Chemistry 2020-07-15 Article Article Physical chemistry Физическая xимия Фізична xімія application/pdf https://ucj.org.ua/index.php/journal/article/view/170 10.33609/2708-129X.86.5.2020.38-52 Ukrainian Chemistry Journal; Vol. 86 No. 5 (2020): Ukrainian Chemistry Journal; 38-52 Украинский химический журнал; ##issue.vol## 86 ##issue.no## 5 (2020): Украинский химический журнал; 38-52 Український хімічний журнал; Том 86 № 5 (2020): Український хімічний журнал; 38-52 2708-129X 2708-1281 en https://ucj.org.ua/index.php/journal/article/view/170/99 Copyright (c) 2020 Yuliya Dzyazko , Vladimir Zakharov, Yevhen Kolomiiets, Kateryna Kudelko https://creativecommons.org/licenses/by-nc/4.0 |
| spellingShingle | Dzyazko , Yuliya Zakharov, Vladimir Kolomiiets, Yevhen Kudelko, Kateryna КОМПОЗИЦІЙНІ ІОНІТИ ДЛЯ ПЕРЕРОБКИ РІДКИХ ВІДХОДІВ МОЛОЧНОЇ ПРОМИСЛОВОСТІ |
| title | КОМПОЗИЦІЙНІ ІОНІТИ ДЛЯ ПЕРЕРОБКИ РІДКИХ ВІДХОДІВ МОЛОЧНОЇ ПРОМИСЛОВОСТІ |
| title_alt | COMPOSITE ION-EXCHANGES FOR THE RECYCLING OF LIQUID WASTE OF DAIRY INDUSTRY КОМПОЗИЦИОННЫЕ ИОНИТЫ ДЛЯ ПЕРЕРАБОТКИ ЖИДКИХ ОТХОДОВ МОЛОЧНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ |
| title_full | КОМПОЗИЦІЙНІ ІОНІТИ ДЛЯ ПЕРЕРОБКИ РІДКИХ ВІДХОДІВ МОЛОЧНОЇ ПРОМИСЛОВОСТІ |
| title_fullStr | КОМПОЗИЦІЙНІ ІОНІТИ ДЛЯ ПЕРЕРОБКИ РІДКИХ ВІДХОДІВ МОЛОЧНОЇ ПРОМИСЛОВОСТІ |
| title_full_unstemmed | КОМПОЗИЦІЙНІ ІОНІТИ ДЛЯ ПЕРЕРОБКИ РІДКИХ ВІДХОДІВ МОЛОЧНОЇ ПРОМИСЛОВОСТІ |
| title_short | КОМПОЗИЦІЙНІ ІОНІТИ ДЛЯ ПЕРЕРОБКИ РІДКИХ ВІДХОДІВ МОЛОЧНОЇ ПРОМИСЛОВОСТІ |
| title_sort | композиційні іоніти для переробки рідких відходів молочної промисловості |
| topic_facet | Organic-inorganic ion-exchanger zirconium dioxide titanium dioxide electrodeionization milky whey. |
| url | https://ucj.org.ua/index.php/journal/article/view/170 |
| work_keys_str_mv | AT dzyazkoyuliya compositeionexchangesfortherecyclingofliquidwasteofdairyindustry AT zakharovvladimir compositeionexchangesfortherecyclingofliquidwasteofdairyindustry AT kolomiietsyevhen compositeionexchangesfortherecyclingofliquidwasteofdairyindustry AT kudelkokateryna compositeionexchangesfortherecyclingofliquidwasteofdairyindustry AT dzyazkoyuliya kompozicionnyeionitydlâpererabotkižidkihothodovmoločnojpromyšlennosti AT zakharovvladimir kompozicionnyeionitydlâpererabotkižidkihothodovmoločnojpromyšlennosti AT kolomiietsyevhen kompozicionnyeionitydlâpererabotkižidkihothodovmoločnojpromyšlennosti AT kudelkokateryna kompozicionnyeionitydlâpererabotkižidkihothodovmoločnojpromyšlennosti AT dzyazkoyuliya kompozicíjnííonítidlâpererobkirídkihvídhodívmoločnoípromislovostí AT zakharovvladimir kompozicíjnííonítidlâpererobkirídkihvídhodívmoločnoípromislovostí AT kolomiietsyevhen kompozicíjnííonítidlâpererobkirídkihvídhodívmoločnoípromislovostí AT kudelkokateryna kompozicíjnííonítidlâpererobkirídkihvídhodívmoločnoípromislovostí |