ZEOLITE-BASED NANOCOMPOSITE MODIFIED WITH HYDRATED IRON OXIDE (III) FOR REMOVAL OF HEAVY METALS

The theoretical approach, which allows us to control the formation of aggregates incorporated into porous matrixes has been developed and verified. It was established that the important parameter is the pH of a precipitator: the higher this value, the larger aggregates are formed. Based on the appro...

Ausführliche Beschreibung

Gespeichert in:

Bibliographische Detailangaben
Datum:	2022
Hauptverfasser:	Dzyazko, Yuliya, Rozhdestvenska , Liudmyla, Palchik, Aleksei, Kudelko, Kateryna, Yatsenko , Tetiana, Ponomarova, Liudmyla
Format:	Artikel
Sprache:	Englisch
Veröffentlicht:	V.I.Vernadsky Institute of General and Inorganic Chemistry 2022
Online Zugang:	https://ucj.org.ua/index.php/journal/article/view/424
Tags:	Tag hinzufügen Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
Назва журналу:	Ukrainian Chemistry Journal
Завантажити файл:

Institution

Ukrainian Chemistry Journal

_version_	1871465805898579968
author	Dzyazko, Yuliya Rozhdestvenska , Liudmyla Palchik, Aleksei Kudelko, Kateryna Yatsenko , Tetiana Ponomarova, Liudmyla
author_facet	Dzyazko, Yuliya Rozhdestvenska , Liudmyla Palchik, Aleksei Kudelko, Kateryna Yatsenko , Tetiana Ponomarova, Liudmyla
author_institution_txt_mv	[ { "author": "Yuliya Dzyazko", "institution": "V.I. Vernadsky Institute of General and Inorganic Chemistry NAS of Ukraine" }, { "author": "Liudmyla Rozhdestvenska ", "institution": "V.I. Vernadsky Institute of General and Inorganic Chemistry NAS of Ukraine" }, { "author": "Aleksei Palchik", "institution": "V.I. Vernadsky Institute of General and Inorganic Chemistry NAS of Ukraine" }, { "author": "Kateryna Kudelko", "institution": "V.I. Vernadsky Institute of General and Inorganic Chemistry NAS of Ukraine" }, { "author": "Tetiana Yatsenko ", "institution": "V.I. Vernadsky Institute of General and Inorganic Chemistry NAS of Ukraine" }, { "author": "Liudmyla Ponomarova", "institution": null } ]
author_sort	Dzyazko, Yuliya
baseUrl_str	https://ucj.org.ua/index.php/journal/oai
collection	OJS
datestamp_date	2026-07-22T08:23:49Z
description	The theoretical approach, which allows us to control the formation of aggregates incorporated into porous matrixes has been developed and verified. It was established that the important parameter is the pH of a precipitator: the higher this value, the larger aggregates are formed. Based on the approach, a method of obtaining the composite based on naturalclinoptilolite-based zeolite containing nanoparticles of hydrated iron oxide has been developed. The porous structure of composite sorbents has been studied. The sorbents were investigated using XRD, TEM, SEM methods. Weakly basic precipitator has been recommended in order to obtain the nanosized aggregates of the modifier. During the synthesis, porous structure of the zeolite substrate is transformed. Acid activation promotes the development of the sorbent surface, which leads to the dissolution of the elements present in clinoptilolite. The increase in the surface of the modified sorbents is due to highly ordered pores in the range of 1-2 nm, as the microporosity decreases after acid activation. Impurities block ordered pores, and activation opens them. But after modification, these pores are partially blocked. This is probably caused by the precipitation of oxide dissolution products in alkaline media. Despite this fact, all the obtained samples of composite sorbents are mostly mesoporous. Sorption of di- and trivalent cations from multicomponent solution was studied. It was found that the presence of a nanoscale modifier accelerates ion absorption. The modified zeolite improves sorption of metals, which are not related to d-elements. The removal degree of Pb2+ ions reaches 97%. The isotherms of Pb2+sorption are fitted with Freundlich model. In addition to the lead extraction from aqueous solutions, the sorbent could be also recommended for water softening.
doi_str_mv	10.33609/2708-129X.88.03.2022.28-39
first_indexed	2025-09-24T17:43:44Z
format	Article
fulltext	28 ISSN 2708-129X. Укр. хім. журн., 2022 УДК 544.726+544.35+546.831+66.081.6+543.54+ 544.72 doi: 10.33609/2708-129X.88.03.2022.28-39 НАНОКОМПОЗИТ НА ОСНОВІ ЦЕОЛІТУ, МОДИФІКОВАНИЙ ГІДРАТОВАНИМ ОКСИДОМ ЗАЛІЗА (III) ДЛЯ ВИДАЛЕННЯ ІОНІВ ВАЖКИХ МЕТАЛІВ Ю. С. Дзязько1, Л. М. Рождественська1, О. В. Пальчик1, К. О. Куделко1, Т. В. Яценко1, Л. М. Пономарьова2 1 Інститут загальної та неорганічної хімії ім. В. І. Вернадського НАН України, просп. Акад. Палладіна, 32/34, Київ 03142, Україна 2 Сумcький державний університет, вул. Римського-Корсакова, 2, Суми, Сумська область, 40000, Україна е-mail: ludar777@ukr.net Розроблено та перевірено теоретичний підхід, який дозволяє контролювати утво- рення агрегатів, включених у пористі матриці. Знайдено, що важливим є рН осаджува- ча: з підвищенням параметра утворюються крупніші агрегати. На основі підходу роз- роблено спосіб отримання композиту на основі природного цеоліту (кліноптилоліт), що містить наночастинки гідратованого оксиду заліза. Сорбенти досліджували XRD, TEM, SEM та порометричним методами. Для отримання нанорозмірних агрегатів мо- дифікатора рекомендовано слабкоосновний осаджувач. У результаті синтезу пориста структура цеолітової матриці трансформується: знайдено впорядковані, розблоковані пори, радіус яких становить 1–2 нм. Це пов’язано з розчиненням існуючих домішок глинистих мінералів, які відрізняються від кліноптилоліту, вивчено сорбцію дво- та тривалентних катіонів із багатокомпонентного розчину. Введення модифікатора в цео- літ покращує сорбцію металів, яких не відносять до d-елементів. Як було встановлено, ступінь видалення Pb 2+ досягає 97%. Ізотерму Pb2+ сорбції описано моделлю Фрейнд- ліха. Крім цього, зазначений сорбент можна також рекомендувати для пом'якшення води. Ключові слова: цеоліти, агрегація наночастинок, гідратований оксид заліза, сор- бент, композит. Ю. С. Дзязько, Л. М. Рождественська, О. В. Пальчик, К. О. Куделко, Т. В. Яценко, Л. М. Пономарьова 29https://ucj.org.ua УХЖ № 3 / ТОМ 88 ВСТУП. Синтетичні матеріали, такі як гідратовані оксиди багатовалентних ме- талів та композити на їхній основі, вико- ристовують як сорбційні материали [1–4] (наприклад, для видалення UO2 2+ [1–3] або арсенат-аніонів [4]) та як модифікатори по- лімерних [5, 6] та керамічних [7, 8] мемб- ран для баромембранного [5] та елект родіалізного розділення [6–8]. Сорбенти природного походження є привабливими для практичного застосування, оскільки їхнє використання не вимагає високих ма- теріальних, трудових та енергетичних ви- трат. Отже, природний глинистий мінерал цеоліт є перспективним для дослідження. Цеоліти – це гідратовані алюмосилікати, для них характерною є відкрита триви- мірна кристалічна структура, що включає взаємопов'язані тетраедри AlO4 і SiO4 [9]. Характерними є впорядковані тетраедри однакового розміру. Лужні (натрій, калій) або лужноземельні (кальцій, магній) мета- ли, а також молекули води розташовані у порожнинах між тетраедрами. Природні цеоліти характеризуються іо- нообмінними властивостями. Перш за все, іони металів, розташовані в порожнинах між тетраедрами, можуть заміщуватися іонами з розчину. Як наслідок, природні цеоліти мають обмінні, сорбційні власти- вості щодо неорганічних катіонів, напри- клад, радіонуклідів 137Cs+, 60Co2+, 90Sr2+ і 110Ag+ [10], нерадіоактивних іонів Pb2+, Zn2 +, Mn2+, Cr3+, Fe3+ і Cu2+ [11], Cs+ [12], катіонів, що містяться в морській воді [13]. У літера- турі є повідомлення про сорбцію цеолітами катіонних або молекулярних органічних сполук, таких як 2-гептанон [14] або катіон- ний барвник [15]. Природні цеоліти вико- ристовували для очищення біогазу від СО2 [16], для очищення повітря від газів [17], каталітичної ізомеризації н-бутану [18] або деструкції поліпропілену [19]. Перспективу застосування цеолітів у сонячній енергети- ці розглянуто у [9, 20]. Інші сфери вико- ристання природних цеолітів – це віднов- лення ґрунту, компостування стічних вод, додавання у їжу для домашніх тварин, як добавка до будівельних матеріалів тощо [21]. Модифікація поверхні цеоліту та вве- дення у пори наночастинок інших сорбен- тів надає їм додаткових функціональних властивостей. Наприклад, цеоліт, модифі- кований гексадецилтриметиламонієм, має аніонообмінну здатність по відношенню до хроматів, фосфатів та арсенатів [21]. Виявлена підвищена сорбційна здатність композитів, які містять магнітні наночас- тинки, а такожсорбційна активність щодо органічних барвників (реактивного пома- ранчевого та конго-червоного) наноком- позиту цеоліт-гідроксиапатит обробленого в НВЧ-пічці [22]. Адсорбцію метиленово- го синього на магнітному композиті цео- літ-хітозан-ЕДТА досліджено в роботі [23]. Інформацію щодо магнітних нанокомпо- зитів на основі цеоліту узагальнено в [24]. Водночас значна магнітоізоляційна влас- тивість пояснюється немагнітним гідрато- ваним оксидом заліза [25]. Можна прогно- зувати тенденцію покращення сорбційних властивостей композитів на основі цеолі- тів, що містять оксид заліза як модифіка- тор. Перевагою використання гідратова- ного оксиду заліза є недорогі реагенти для його синтезу. Нанорозмірні частинки мо- дифікатора повинні забезпечувати високу швидкість сорбції. Метою цих досліджень є розроблення методу синтезу нанокомпози- ту, його дослідження та випробування для НАНОКОМПОЗИТ НА ОСНОВІ ЦЕОЛІТУ, МОДИФІКОВАНИЙ ГІДРАТОВАНИМ ОКСИДОМ ЗАЛІЗА (III) ДЛЯ ВИДАЛЕННЯ ІОНІВ ВАЖКИХ МЕТАЛІВ 30 ISSN 2708-129X. Укр. хім. журн., 2022 ФІЗИЧНА ХІМІЯ видалення іонів важких металів із водних розчинів. Увагу було зосереджено на іонах Pb2+, оскільки вони є високотоксичними (гранично допустима концентрація стано- вить 0,1 мг дм -3 ) [26]. Теорія: агрегація наночастинок оксиду. Насамперед розглядаємо особливості осадження гідратованого оксиду заліза у твердій матриці. У випадку, коли сполука випадає в осад, менші частинки дифунду- ють у рідку фазу або у тверду фазу матриці, утворюючи агрегати. Потік частинок ( 2 [10], нерадіоактивних іонів Pb2+, Zn2 +, Mn2+, Cr3+, Fe3+ і Cu2+ [11], Cs+ [12], катіонів, що містяться в морській воді [13]. У літературі є повідомлення про сорбцію цеолітами катіонних або молекулярних органічних сполук, таких як 2-гептанон [14] або катіонний барвник [15]. Природні цеоліти використовували для очищення біогазу від СО2 [16], для очищення повітря від газів [17], каталітичної ізомеризації н-бутану [18] або деструкції поліпропілену [19]. Перспективу застосування цеолітів у сонячній енергетиці розглянуто у [9, 20]. Інші сфери використання природних цеолітів – це відновлення ґрунту, компостування стічних вод, додавання у їжу для домашніх тварин, як добавка до будівельних матеріалів тощо [21]. Модифікація поверхні цеоліту та введення у пори наночастинок інших сорбентів надає їм додаткових функціональних властивостей. Наприклад, цеоліт, модифікований гексадецилтриметиламонієм, має аніонообмінну здатність по відношенню до хроматів, фосфатів та арсенатів [21]. Виявлена підвищена сорбційна здатність композитів, які містять магнітні наночастинки, а такожсорбційна активність щодо органічних барвників (реактивного помаранчевого та конго-червоного) нанокомпозиту цеоліт-гідроксиапатит обробленого в НВЧ-пічці [22]. Адсорбцію метиленового синього на магнітному композиті цеоліт-хітозан-ЕДТА досліджено в роботі [23]. Інформацію щодо магнітних нанокомпозитів на основі цеоліту узагальнено в [24]. Водночас значна магнітоізоляційна властивість пояснюється немагнітним гідратованим оксидом заліза [25]. Можна прогнозувати тенденцію покращення сорбційних властивостей композитів на основі цеолітів, що містять оксид заліза як модифікатор. Перевагою використання гідратованого оксиду заліза є недорогі реагенти для його синтезу. Нанорозмірні частинки модифікатора повинні забезпечувати високу швидкість сорбції. Метою цих досліджень є розроблення методу синтезу нанокомпозиту, його дослідження та випробування для видалення іонів важких металів із водних розчинів. Увагу було зосереджено на іонах Pb2+, оскільки вони є високотоксичними (гранично допустима концентрація становить 0,1 мг дм -3 ) [26]. Теорія: агрегація наночастинок оксиду. Насамперед розглядаємо особливості осадження гідратованого оксиду заліза у твердій матриці. У випадку, коли сполука випадає в осад, менші частинки дифундують у рідку фазу або у тверду фазу матриці, утворюючи агрегати. Потік частинок ( ) згідно закону Фіка [27]: , (1) де – коефіцієнт дифузії, С – градієнт концентрації частинок. Водночас час коефіцієнт дифузії виражають через радіус частинки за допомогою рівняння Стокса – Ейнштейна: , (2) де – газова постійна, – температура, – число Авогадро, – динамічна в'язкість розчинника. У разі гідроксиду Cat (OH)z: . (3) Дужки відносять до рівноважної концентрації, – розчинність продукту, – заряд. Поєднуючи рівняння (1) – (3), можна отримати: , (4) де l – радіус частинки матриці. Це означає, що радіус введених заповнювачів обернено пропорційний швидкості дифузії первинних частинок. Менші частинки заповнювача утворюються за підвищеної температури. Малорозчинні сполуки утворюють менші агрегати. Більш крупніші наночастинки утворюються у більш ) згідно закону Фіка [27]: 2 [10], нерадіоактивних іонів Pb2+, Zn2 +, Mn2+, Cr3+, Fe3+ і Cu2+ [11], Cs+ [12], катіонів, що містяться в морській воді [13]. У літературі є повідомлення про сорбцію цеолітами катіонних або молекулярних органічних сполук, таких як 2-гептанон [14] або катіонний барвник [15]. Природні цеоліти використовували для очищення біогазу від СО2 [16], для очищення повітря від газів [17], каталітичної ізомеризації н-бутану [18] або деструкції поліпропілену [19]. Перспективу застосування цеолітів у сонячній енергетиці розглянуто у [9, 20]. Інші сфери використання природних цеолітів – це відновлення ґрунту, компостування стічних вод, додавання у їжу для домашніх тварин, як добавка до будівельних матеріалів тощо [21]. Модифікація поверхні цеоліту та введення у пори наночастинок інших сорбентів надає їм додаткових функціональних властивостей. Наприклад, цеоліт, модифікований гексадецилтриметиламонієм, має аніонообмінну здатність по відношенню до хроматів, фосфатів та арсенатів [21]. Виявлена підвищена сорбційна здатність композитів, які містять магнітні наночастинки, а такожсорбційна активність щодо органічних барвників (реактивного помаранчевого та конго-червоного) нанокомпозиту цеоліт-гідроксиапатит обробленого в НВЧ-пічці [22]. Адсорбцію метиленового синього на магнітному композиті цеоліт-хітозан-ЕДТА досліджено в роботі [23]. Інформацію щодо магнітних нанокомпозитів на основі цеоліту узагальнено в [24]. Водночас значна магнітоізоляційна властивість пояснюється немагнітним гідратованим оксидом заліза [25]. Можна прогнозувати тенденцію покращення сорбційних властивостей композитів на основі цеолітів, що містять оксид заліза як модифікатор. Перевагою використання гідратованого оксиду заліза є недорогі реагенти для його синтезу. Нанорозмірні частинки модифікатора повинні забезпечувати високу швидкість сорбції. Метою цих досліджень є розроблення методу синтезу нанокомпозиту, його дослідження та випробування для видалення іонів важких металів із водних розчинів. Увагу було зосереджено на іонах Pb2+, оскільки вони є високотоксичними (гранично допустима концентрація становить 0,1 мг дм -3 ) [26]. Теорія: агрегація наночастинок оксиду. Насамперед розглядаємо особливості осадження гідратованого оксиду заліза у твердій матриці. У випадку, коли сполука випадає в осад, менші частинки дифундують у рідку фазу або у тверду фазу матриці, утворюючи агрегати. Потік частинок ( ) згідно закону Фіка [27]: , (1) де – коефіцієнт дифузії, С – градієнт концентрації частинок. Водночас час коефіцієнт дифузії виражають через радіус частинки за допомогою рівняння Стокса – Ейнштейна: , (2) де – газова постійна, – температура, – число Авогадро, – динамічна в'язкість розчинника. У разі гідроксиду Cat (OH)z: . (3) Дужки відносять до рівноважної концентрації, – розчинність продукту, – заряд. Поєднуючи рівняння (1) – (3), можна отримати: , (4) де l – радіус частинки матриці. Це означає, що радіус введених заповнювачів обернено пропорційний швидкості дифузії первинних частинок. Менші частинки заповнювача утворюються за підвищеної температури. Малорозчинні сполуки утворюють менші агрегати. Більш крупніші наночастинки утворюються у більш , (1) де D – коефіцієнт дифузії, С – градієнт концентрації частинок. Водночас час ко- ефіцієнт дифузії виражають через радіус частинки за допомогою рівняння Стокса – Ейнштейна: 2 [10], нерадіоактивних іонів Pb2+, Zn2 +, Mn2+, Cr3+, Fe3+ і Cu2+ [11], Cs+ [12], катіонів, що містяться в морській воді [13]. У літературі є повідомлення про сорбцію цеолітами катіонних або молекулярних органічних сполук, таких як 2-гептанон [14] або катіонний барвник [15]. Природні цеоліти використовували для очищення біогазу від СО2 [16], для очищення повітря від газів [17], каталітичної ізомеризації н-бутану [18] або деструкції поліпропілену [19]. Перспективу застосування цеолітів у сонячній енергетиці розглянуто у [9, 20]. Інші сфери використання природних цеолітів – це відновлення ґрунту, компостування стічних вод, додавання у їжу для домашніх тварин, як добавка до будівельних матеріалів тощо [21]. Модифікація поверхні цеоліту та введення у пори наночастинок інших сорбентів надає їм додаткових функціональних властивостей. Наприклад, цеоліт, модифікований гексадецилтриметиламонієм, має аніонообмінну здатність по відношенню до хроматів, фосфатів та арсенатів [21]. Виявлена підвищена сорбційна здатність композитів, які містять магнітні наночастинки, а такожсорбційна активність щодо органічних барвників (реактивного помаранчевого та конго-червоного) нанокомпозиту цеоліт-гідроксиапатит обробленого в НВЧ-пічці [22]. Адсорбцію метиленового синього на магнітному композиті цеоліт-хітозан-ЕДТА досліджено в роботі [23]. Інформацію щодо магнітних нанокомпозитів на основі цеоліту узагальнено в [24]. Водночас значна магнітоізоляційна властивість пояснюється немагнітним гідратованим оксидом заліза [25]. Можна прогнозувати тенденцію покращення сорбційних властивостей композитів на основі цеолітів, що містять оксид заліза як модифікатор. Перевагою використання гідратованого оксиду заліза є недорогі реагенти для його синтезу. Нанорозмірні частинки модифікатора повинні забезпечувати високу швидкість сорбції. Метою цих досліджень є розроблення методу синтезу нанокомпозиту, його дослідження та випробування для видалення іонів важких металів із водних розчинів. Увагу було зосереджено на іонах Pb2+, оскільки вони є високотоксичними (гранично допустима концентрація становить 0,1 мг дм -3 ) [26]. Теорія: агрегація наночастинок оксиду. Насамперед розглядаємо особливості осадження гідратованого оксиду заліза у твердій матриці. У випадку, коли сполука випадає в осад, менші частинки дифундують у рідку фазу або у тверду фазу матриці, утворюючи агрегати. Потік частинок ( ) згідно закону Фіка [27]: , (1) де – коефіцієнт дифузії, С – градієнт концентрації частинок. Водночас час коефіцієнт дифузії виражають через радіус частинки за допомогою рівняння Стокса – Ейнштейна: , (2) де – газова постійна, – температура, – число Авогадро, – динамічна в'язкість розчинника. У разі гідроксиду Cat (OH)z: . (3) Дужки відносять до рівноважної концентрації, – розчинність продукту, – заряд. Поєднуючи рівняння (1) – (3), можна отримати: , (4) де l – радіус частинки матриці. Це означає, що радіус введених заповнювачів обернено пропорційний швидкості дифузії первинних частинок. Менші частинки заповнювача утворюються за підвищеної температури. Малорозчинні сполуки утворюють менші агрегати. Більш крупніші наночастинки утворюються у більш , (2) де R – газова постійна, T– температура, Na– число Авогадро, η – динамічна в'язкість розчинника. У разі гідроксиду Cat (OH)z: 2 [10], нерадіоактивних іонів Pb2+, Zn2 +, Mn2+, Cr3+, Fe3+ і Cu2+ [11], Cs+ [12], катіонів, що містяться в морській воді [13]. У літературі є повідомлення про сорбцію цеолітами катіонних або молекулярних органічних сполук, таких як 2-гептанон [14] або катіонний барвник [15]. Природні цеоліти використовували для очищення біогазу від СО2 [16], для очищення повітря від газів [17], каталітичної ізомеризації н-бутану [18] або деструкції поліпропілену [19]. Перспективу застосування цеолітів у сонячній енергетиці розглянуто у [9, 20]. Інші сфери використання природних цеолітів – це відновлення ґрунту, компостування стічних вод, додавання у їжу для домашніх тварин, як добавка до будівельних матеріалів тощо [21]. Модифікація поверхні цеоліту та введення у пори наночастинок інших сорбентів надає їм додаткових функціональних властивостей. Наприклад, цеоліт, модифікований гексадецилтриметиламонієм, має аніонообмінну здатність по відношенню до хроматів, фосфатів та арсенатів [21]. Виявлена підвищена сорбційна здатність композитів, які містять магнітні наночастинки, а такожсорбційна активність щодо органічних барвників (реактивного помаранчевого та конго-червоного) нанокомпозиту цеоліт-гідроксиапатит обробленого в НВЧ-пічці [22]. Адсорбцію метиленового синього на магнітному композиті цеоліт-хітозан-ЕДТА досліджено в роботі [23]. Інформацію щодо магнітних нанокомпозитів на основі цеоліту узагальнено в [24]. Водночас значна магнітоізоляційна властивість пояснюється немагнітним гідратованим оксидом заліза [25]. Можна прогнозувати тенденцію покращення сорбційних властивостей композитів на основі цеолітів, що містять оксид заліза як модифікатор. Перевагою використання гідратованого оксиду заліза є недорогі реагенти для його синтезу. Нанорозмірні частинки модифікатора повинні забезпечувати високу швидкість сорбції. Метою цих досліджень є розроблення методу синтезу нанокомпозиту, його дослідження та випробування для видалення іонів важких металів із водних розчинів. Увагу було зосереджено на іонах Pb2+, оскільки вони є високотоксичними (гранично допустима концентрація становить 0,1 мг дм -3 ) [26]. Теорія: агрегація наночастинок оксиду. Насамперед розглядаємо особливості осадження гідратованого оксиду заліза у твердій матриці. У випадку, коли сполука випадає в осад, менші частинки дифундують у рідку фазу або у тверду фазу матриці, утворюючи агрегати. Потік частинок ( ) згідно закону Фіка [27]: , (1) де – коефіцієнт дифузії, С – градієнт концентрації частинок. Водночас час коефіцієнт дифузії виражають через радіус частинки за допомогою рівняння Стокса – Ейнштейна: , (2) де – газова постійна, – температура, – число Авогадро, – динамічна в'язкість розчинника. У разі гідроксиду Cat (OH)z: . (3) Дужки відносять до рівноважної концентрації, – розчинність продукту, – заряд. Поєднуючи рівняння (1) – (3), можна отримати: , (4) де l – радіус частинки матриці. Це означає, що радіус введених заповнювачів обернено пропорційний швидкості дифузії первинних частинок. Менші частинки заповнювача утворюються за підвищеної температури. Малорозчинні сполуки утворюють менші агрегати. Більш крупніші наночастинки утворюються у більш . (3) Дужки відносять до рівноважної кон- центрації, Ksp – розчинність продукту, z – заряд. Поєднуючи рівняння (1) – (3), можна отримати: 2 [10], нерадіоактивних іонів Pb2+, Zn2 +, Mn2+, Cr3+, Fe3+ і Cu2+ [11], Cs+ [12], катіонів, що містяться в морській воді [13]. У літературі є повідомлення про сорбцію цеолітами катіонних або молекулярних органічних сполук, таких як 2-гептанон [14] або катіонний барвник [15]. Природні цеоліти використовували для очищення біогазу від СО2 [16], для очищення повітря від газів [17], каталітичної ізомеризації н-бутану [18] або деструкції поліпропілену [19]. Перспективу застосування цеолітів у сонячній енергетиці розглянуто у [9, 20]. Інші сфери використання природних цеолітів – це відновлення ґрунту, компостування стічних вод, додавання у їжу для домашніх тварин, як добавка до будівельних матеріалів тощо [21]. Модифікація поверхні цеоліту та введення у пори наночастинок інших сорбентів надає їм додаткових функціональних властивостей. Наприклад, цеоліт, модифікований гексадецилтриметиламонієм, має аніонообмінну здатність по відношенню до хроматів, фосфатів та арсенатів [21]. Виявлена підвищена сорбційна здатність композитів, які містять магнітні наночастинки, а такожсорбційна активність щодо органічних барвників (реактивного помаранчевого та конго-червоного) нанокомпозиту цеоліт-гідроксиапатит обробленого в НВЧ-пічці [22]. Адсорбцію метиленового синього на магнітному композиті цеоліт-хітозан-ЕДТА досліджено в роботі [23]. Інформацію щодо магнітних нанокомпозитів на основі цеоліту узагальнено в [24]. Водночас значна магнітоізоляційна властивість пояснюється немагнітним гідратованим оксидом заліза [25]. Можна прогнозувати тенденцію покращення сорбційних властивостей композитів на основі цеолітів, що містять оксид заліза як модифікатор. Перевагою використання гідратованого оксиду заліза є недорогі реагенти для його синтезу. Нанорозмірні частинки модифікатора повинні забезпечувати високу швидкість сорбції. Метою цих досліджень є розроблення методу синтезу нанокомпозиту, його дослідження та випробування для видалення іонів важких металів із водних розчинів. Увагу було зосереджено на іонах Pb2+, оскільки вони є високотоксичними (гранично допустима концентрація становить 0,1 мг дм -3 ) [26]. Теорія: агрегація наночастинок оксиду. Насамперед розглядаємо особливості осадження гідратованого оксиду заліза у твердій матриці. У випадку, коли сполука випадає в осад, менші частинки дифундують у рідку фазу або у тверду фазу матриці, утворюючи агрегати. Потік частинок ( ) згідно закону Фіка [27]: , (1) де – коефіцієнт дифузії, С – градієнт концентрації частинок. Водночас час коефіцієнт дифузії виражають через радіус частинки за допомогою рівняння Стокса – Ейнштейна: , (2) де – газова постійна, – температура, – число Авогадро, – динамічна в'язкість розчинника. У разі гідроксиду Cat (OH)z: . (3) Дужки відносять до рівноважної концентрації, – розчинність продукту, – заряд. Поєднуючи рівняння (1) – (3), можна отримати: , (4) де l – радіус частинки матриці. Це означає, що радіус введених заповнювачів обернено пропорційний швидкості дифузії первинних частинок. Менші частинки заповнювача утворюються за підвищеної температури. Малорозчинні сполуки утворюють менші агрегати. Більш крупніші наночастинки утворюються у більш , (4) де l – радіус частинки матриці. Це означає, що радіус введених заповнювачів обернено пропорційний швидкості дифузії первин- них частинок. Менші частинки заповнюва- ча утворюються за підвищеної температу- ри. Малорозчинні сполуки утворюють мен- ші агрегати. Більш крупніші наночастинки утворюються у більш концентрованому розчині. Однак розмір нанонастинок обме- жений порами матриці. Цей підхід важливий для вибору осад- жувача: підвищення рН сприяє утворен- ню крупніших агрегатів. Тому в нашому випадку кращим є розчин слабкої основи NH4OH. ЕКСПЕРИМЕНТ І ОБГОВОРЕННЯ РЕ- ЗУЛЬТАТІВ. Досліджено цеоліт Сокирниць- кого родовища (Україна). Розмір гранул цеоліту становив 1-2 мм. Використовували наступні реактиви: FeCl3, H3PO4, NH4OH, а також солі двовалентних металів виробни- цтва ТОВ «Черкасихімпром»). Неочищений цеоліт (далі позначено як Z-In) промивали деоінізованою водою до візуально прозорої води, далі проводи- ли оброблення кип'ятінням в 1 М H3PO4 1 год. Далі зразок цеоліту промивали водою до нейтральної реакції розчину і сушили за кімнатної температури (кислотна акти- вація, зразок Z-Ac). Потім одну частину отриманого зразка обробляли 0,1 М FeCl3 протягом 24 год, обробляли 0,1 М NH4OH, промивали 0,01 M HCl, промивали деіоні- зованою водою до рН 6–7, сушили за кім- натної температури (маркували зразок Z-Fe). Частину зразка Z-Ac обробляли 0,1 М NaOH, промивали соляною 0,1 HCl, де- іонізованою водою та сушили. Рентгеноструктурний аналіз проводи- ли за допомогою дифрактометра ДРОН-3 (“Буревестник”, РФ) із вольфрамовим като- дом, мідним анодом та нікелевим фільтром. Струм : 4 А. Вимірювання проводили з ін- тервалом 2θ=10–70o із кроком 0,01о. Попе- реднє оброблення включало: подрібнення зразка, нанесення порошку на плоску скля- ну підкладку. Ю. С. Дзязько, Л. М. Рождественська, О. В. Пальчик, К. О. Куделко, Т. В. Яценко, Л. М. Пономарьова 31https://ucj.org.ua УХЖ № 3 / ТОМ 88 Поверхневопористі характеристики зразків визначали низькотемпературною десорбцією азоту за допомогою Autosorb NOVA-6 B (Quantochrome І nstruments, США ). Попередньо зразки прокалювали за 150о С. Для встановлення морфології поверх- ні використовували скануючий електро- нний мікроскоп AZtecOne з детектором X-MaxN20 (Oxford Instruments, Великобри- танія). Для дослідження зразок готували, покриваючи надтонким шаром вуглецю при 3 Па. Час вакуумування – 10 хв., при- скорювальна напруга – 20 кВ, робоча від- стань між зондом і зразком – 3–6 мм, струм зонда – 1–20 пА. Фокусування та компен- сацію астигматизму використовували для отримання чітких зображень. За допомогою скануючого мікроскопу JEOL JSM 6700 F, (Jeol, Японія) встанов- лювали морфологію зразків. Попередньо частинки подрібнювали та очищували уль- тразвуком при 30 кГц за допомогою ванни Bandelin (Bandelin, Угорщина). Частинки зразка фіксували на мідній підкладці у ви- гляді тонкої плівки. Прискорювальна на- пруга становила 120 кВ. Експерименти тестування сорбційних властивостей зразків проводили у ста- тичному режимі, при співвідношенні т:ж 1:100. Використовували багатокомпонент- ний розчин, концентрація кожного з іонів Pb2+, Mn2+, Ni2+, Cd2+, Co2+ та Cu2+ становила 0,1 ммоль дм-3. У розчині також були при- сутні іони Са2+ (0,5 ммоль дм-3). Концен- трацію іонів визначали за допомогою атомно-абсорбційного спектрометра Pye Unicam 8800 (Philips, Нідерланди). Вивчали вплив дозування сорбенту у розчин, діапа- зон збільшення дози від 0,5 до 10 г/дм-3. Ізотерми сорбції для розчину нітрату свинцю було отримано за температури 25 oC. На рис. 1 a-е наведено результати СЕМ- дослідженнь вихідних і модифікованих зразків цеолітів. а б в г д е Рис. 1. СЕМ композиту Z-In (a, д), Z-Ac (б) та Z-Fe (в, г, е). На малюнках відображено СEM- зображення (a-в), спектри елементів (г), карту- вання елементів Fe(д, е). Fig.1. SEM microscopyof Z-In (a, e), Z-Ac (b) and Z-Fe (c, d, e) composites (a-c – SEMimage, d – spectra of elements, d, e – mapping of Fe ele- ments. 3 концентрованому розчині. Однак розмір нанонастинок обмежений порами матриці. Цей підхід важливий для вибору осаджувача: підвищення рН сприяє утворенню крупніших агрегатів. Тому в нашому випадку кращим є розчин слабкої основи NH4OH. ЕКСПЕРИМЕНТ І ОБГОВОРЕННЯ РЕЗУЛЬТАТІВ. Досліджено цеоліт Сокирницького родовища (Україна). Розмір гранул цеоліту становив 1-2 мм. Використовували наступні реактиви: FeCl3, H3PO4, NH4OH, а також солі двовалентних металів виробництва ТОВ «Черкасихімпром»). Неочищений цеоліт (далі позначено як Z-In) промивали деоінізованою водою до візуально прозорої води, далі проводили оброблення кип'ятінням в 1 М H3PO4 1 год. Далі зразок цеоліту промивали водою до нейтральної реакції розчину і сушили за кімнатної температури (кислотна активація, зразок Z-Ac). Потім одну частину отриманого зразка обробляли 0,1 М FeCl3 протягом 24 год, обробляли 0,1 М NH4OH, промивали 0,01 M HCl, промивали деіонізованою водою до рН 6–7, сушили за кімнатної температури (маркували зразок Z- Fe). Частину зразка Z-Ac обробляли 0,1 М NaOH, промивали соляною 0,1 HCl, деіонізованою водою та сушили. Рентгеноструктурний аналіз проводили за допомогою дифрактометра ДРОН-3 (“Буревестник”, РФ) із вольфрамовим катодом, мідним анодом та нікелевим фільтром. Струм : 4 А. Вимірювання проводили з інтервалом 2θ=10–70o із кроком 0,01о. Попереднє оброблення включало: подрібнення зразка, нанесення порошку на плоску скляну підкладку. Поверхневопористі характеристики зразків визначали низькотемпературною десорбцією азоту за допомогою Autosorb NOVA-6 B (Quantochrome І nstruments, США ). Попередньо зразки прокалювали за 150о С. Для встановлення морфології поверхні використовували скануючий електронний мікроскоп AZtecOne з детектором X-MaxN20 (Oxford Instruments, Великобританія). Для дослідження зразок готували, покриваючи надтонким шаром вуглецю при 3 Па. Час вакуумування – 10 хв., прискорювальна напруга – 20 кВ, робоча відстань між зондом і зразком – 3–6 мм, струм зонда – 1–20 пА. Фокусування та компенсацію астигматизму використовували для отримання чітких зображень. За допомогою скануючого мікроскопу JEOL JSM 6700 F, (Jeol, Японія) встановлювали морфологію зразків. Попередньо частинки подрібнювали та очищували ультразвуком при 30 кГц за допомогою ванни Bandelin (Bandelin, Угорщина). Частинки зразка фіксували на мідній підкладці у вигляді тонкої плівки. Прискорювальна напруга становила 120 кВ. Експерименти тестування сорбційних властивостей зразків проводили у статичному режимі, при співвідношенні т:ж 1:100. Використовували багатокомпонентний розчин, концентрація кожного з іонів Pb2+, Mn2+, Ni2+, Cd2+, Co2+ та Cu2+ становила 0,1 ммоль дм-3. У розчині також були присутні іони Са2+ (0,5 ммоль дм-3). Концентрацію іонів визначали за допомогою атомно- абсорбційного спектрометра Pye Unicam 8800 (Philips, Нідерланди). Вивчали вплив дозування сорбенту у розчин, діапазон збільшення дози від 0,5 до 10 г/дм-3. Ізотерми сорбції для розчину нітрату свинцю було отримано за температури 25o C. На рис. 1 a-е наведено результати СЕМ- дослідженнь вихідних і модифікованих зразків цеолітів. а б 4 в г д е Рис. 1. СЕМ композиту Z-In (a, д), Z-Ac (б) та Z- Fe (в, г, е). На малюнках відображено СEM- зображення (a-в), спектри елементів (г), картування елементів Fe(д, е). Fig.1. SEM microscopyof Z-In (a, e), Z-Ac (b) and Z-Fe (c, d, e) composites (a-c – SEMimage, d – spectra of elements, d, e – mapping of Fe elements. Таблиця 1 Table 1 Хімічний склад зразків Chemicalcompositionofsamples Еле мент Атомні % Z-In Z-Ac Z-Fe O 9.28 57.28 56.72 Al 3.83 3.82 3.41 Si 19.16 3.50 22.57 K 1.44 1.65 1.17 Na 0.67 − 0.36 Cu 0.31 0.28 0.21 Ca 0.76 0.33 0.31 Fe 0.31 0.30 0.41 C 34.0 11.92 14.64 Zn 0.13 0.23 0.17 Порівнюючи зразки Z-In та Z-Ac, можна відмітити, що поверхня композиту складається з великої кількісті частинок, розмір яких менший 1 мкм. Виявлено, що зразки складаються з наведених хімічних елементів, даних рис. 1г та таблиці 1. Необхідно зазначити, що ідентифікований вуглець у зразках відносимо до нанесеного шару при підготовленні зразків для мікроскопічного аналізу. Згідно отриманих даних, порівнюючи Z-In та Z-In/Ac, можна зробити висновок, що кислотна активація призводить до вимивання присутніх металів, у результаті співвідношення Al/Si та Fe/Si зменшується від 0,2 до 0,16 та від 0,016 до 0,013 відповідно. Згідно отриманих даних, у зразку Z-Ac натрій видаляється повністю. Крім цього, після оброблення лугом не спостерігаємо суттєвої зміни співвідношення Al/Si в зразку, що є важливим для осадження модифікатора. Також співвідношення Fe/Si збільшується в 1,5 рази. Це відповідає значенню кількох вагових відсотків модифікатора. Незважаючи на більший вміст заліза у композиті, спостерігаємо розподіл іонів Fe у вигляді “сітки” на поверхні композиту та відзначаємо більш “пухку” поверхню порівняно зі зразком Z-In (рис. 1д, а). Ці дані фактично вказують на концентрування іонів заліза переважно в частинках модифікатора. Розмір агрегатів модифікатора залежить від концентрації іонів ОН- під час осадження. Як випливає з рівняння (4), крупніші агрегати утворюються в більш лужних середовищах. Дійсно, осадження гідратованого оксиду заліза слабколужним розчином (NH4OH) спричиняє утворення агрегатів, розмір яких становить до 100 нм (рис. 2а). Діаметр первинних частинок становить 30–50 нм. Більш крупніші частинки утворюються під час осадження сильним лугом (NaOH). У цьому випадку утворюються частинки мікронного розміру (рис. 2, б). Можна припустити, що це агреговані первинні частинки, на що вірогідно вказують нерівні краї частинок. 4 в г д е Рис. 1. СЕМ композиту Z-In (a, д), Z-Ac (б) та Z- Fe (в, г, е). На малюнках відображено СEM- зображення (a-в), спектри елементів (г), картування елементів Fe(д, е). Fig.1. SEM microscopyof Z-In (a, e), Z-Ac (b) and Z-Fe (c, d, e) composites (a-c – SEMimage, d – spectra of elements, d, e – mapping of Fe elements. Таблиця 1 Table 1 Хімічний склад зразків Chemicalcompositionofsamples Еле мент Атомні % Z-In Z-Ac Z-Fe O 9.28 57.28 56.72 Al 3.83 3.82 3.41 Si 19.16 3.50 22.57 K 1.44 1.65 1.17 Na 0.67 − 0.36 Cu 0.31 0.28 0.21 Ca 0.76 0.33 0.31 Fe 0.31 0.30 0.41 C 34.0 11.92 14.64 Zn 0.13 0.23 0.17 Порівнюючи зразки Z-In та Z-Ac, можна відмітити, що поверхня композиту складається з великої кількісті частинок, розмір яких менший 1 мкм. Виявлено, що зразки складаються з наведених хімічних елементів, даних рис. 1г та таблиці 1. Необхідно зазначити, що ідентифікований вуглець у зразках відносимо до нанесеного шару при підготовленні зразків для мікроскопічного аналізу. Згідно отриманих даних, порівнюючи Z-In та Z-In/Ac, можна зробити висновок, що кислотна активація призводить до вимивання присутніх металів, у результаті співвідношення Al/Si та Fe/Si зменшується від 0,2 до 0,16 та від 0,016 до 0,013 відповідно. Згідно отриманих даних, у зразку Z-Ac натрій видаляється повністю. Крім цього, після оброблення лугом не спостерігаємо суттєвої зміни співвідношення Al/Si в зразку, що є важливим для осадження модифікатора. Також співвідношення Fe/Si збільшується в 1,5 рази. Це відповідає значенню кількох вагових відсотків модифікатора. Незважаючи на більший вміст заліза у композиті, спостерігаємо розподіл іонів Fe у вигляді “сітки” на поверхні композиту та відзначаємо більш “пухку” поверхню порівняно зі зразком Z-In (рис. 1д, а). Ці дані фактично вказують на концентрування іонів заліза переважно в частинках модифікатора. Розмір агрегатів модифікатора залежить від концентрації іонів ОН- під час осадження. Як випливає з рівняння (4), крупніші агрегати утворюються в більш лужних середовищах. Дійсно, осадження гідратованого оксиду заліза слабколужним розчином (NH4OH) спричиняє утворення агрегатів, розмір яких становить до 100 нм (рис. 2а). Діаметр первинних частинок становить 30–50 нм. Більш крупніші частинки утворюються під час осадження сильним лугом (NaOH). У цьому випадку утворюються частинки мікронного розміру (рис. 2, б). Можна припустити, що це агреговані первинні частинки, на що вірогідно вказують нерівні краї частинок. НАНОКОМПОЗИТ НА ОСНОВІ ЦЕОЛІТУ, МОДИФІКОВАНИЙ ГІДРАТОВАНИМ ОКСИДОМ ЗАЛІЗА (III) ДЛЯ ВИДАЛЕННЯ ІОНІВ ВАЖКИХ МЕТАЛІВ 32 ISSN 2708-129X. Укр. хім. журн., 2022 ФІЗИЧНА ХІМІЯ Таблиця 1 Table 1 Хімічний склад зразків Chemicalcompositionofsamples Еле мент Атомні % Z-In Z-Ac Z-Fe O 9.28 57.28 56.72 Al 3.83 3.82 3.41 Si 19.16 3.50 22.57 K 1.44 1.65 1.17 Na 0.67 − 0.36 Cu 0.31 0.28 0.21 Ca 0.76 0.33 0.31 Fe 0.31 0.30 0.41 C 34.0 11.92 14.64 Zn 0.13 0.23 0.17 Порівнюючи зразки Z-In та Z-Ac, можна відмітити, що поверхня композиту склада- ється з великої кількісті частинок, розмір яких менший 1 мкм. Виявлено, що зразки складаються з наведених хімічних елемен- тів, даних рис. 1г та таблиці 1. Необхідно зазначити, що ідентифікований вуглець у зразках відносимо до нанесеного шару при підготовленні зразків для мікроскопічного аналізу. Згідно отриманих даних, порівню- ючи Z-In та Z-In/Ac, можна зробити висно- вок, що кислотна активація призводить до вимивання присутніх металів, у результаті співвідношення Al/Si та Fe/Si зменшуєть- ся від 0,2 до 0,16 та від 0,016 до 0,013 від- повідно. Згідно отриманих даних, у зразку Z-Ac натрій видаляється повністю. Крім цього, після оброблення лугом не спосте- рігаємо суттєвої зміни співвідношення Al/ Si в зразку, що є важливим для осадження модифікатора. Також співвідношення Fe/Si збільшується в 1,5 рази. Це відповідає зна- ченню кількох вагових відсотків модифіка- тора. Незважаючи на більший вміст заліза у композиті, спостерігаємо розподіл іонів Fe у вигляді “сітки” на поверхні композиту та відзначаємо більш “пухку” поверхню по- рівняно зі зразком Z-In (рис. 1д, а). Ці дані фактично вказують на концентрування іонів заліза переважно в частинках модифі- катора. Розмір агрегатів модифікатора за- лежить від концентрації іонів ОН- під час осадження. Як випливає з рівняння (4), крупніші агрегати утворюються в більш лужних се- редовищах. Дійсно, осадження гідратова- ного оксиду заліза слабколужним розчином (NH4OH) спричиняє утворення агрегатів, розмір яких становить до 100 нм (рис. 2а). Діаметр первинних частинок становить 30–50 нм. Більш крупніші частинки утво- рюються під час осадження сильним лугом (NaOH). У цьому випадку утворюються частинки мікронного розміру (рис. 2, б). Можна припустити, що це агреговані пер- винні частинки, на що вірогідно вказують нерівні краї частинок. а б Рис. 2. СЕМ-зображення частинок компози- тів, отриманих осадженням модифікаторів при використанні слабкого (а) та сильного лугу (б). Fig. 2. SEM images of composite particles ob- tained by deposition of modifiers using weak (a) and strong alkali (b). 5 а б Рис. 2. СЕМ-зображення частинок композитів, отриманих осадженням модифікаторів при використанні слабкого (а) та сильного лугу (б). Fig. 2. SEM images of composite particles obtained by deposition of modifiers using weak (a) and strong alkali (b). Згідно з результатами рентгеноструктурного аналізу (рис. 3), виявлено, що зразок складається в основному з кліноптілоліту, вміст якого становить 82%. Рис. 3. Рентгенограми вихідного цеоліту та його композиту з гідратованим оксидом заліза. Fig.3. XRD patterns for the initial zeolite and its composite with hydrated iron oxide. Ізотерми адсорбції – десорбції азоту наведено на рис. 4. Згідно з результатами, ізотерма вихідного зразка належить ймовірно до V-го типу [28] (довга рівна область, що супроводжується швидким зростанням під високим тиском). Це означає мезопористість зразка Z-In і досить слабку взаємодію адсорбат – адсорбент. У випадку активованих і модифікованих цеолітів ізотерми відповідають IV типу (сильна взаємодія). Петлю гістерезису віднесено до типу А згідно класифікації де Бура, що вказує на циліндричні пори між тетраедрами AlO4 та SiO4. Після активації зразка кислотою спостерігаємо, що петля гістерезису стає ширшою порівняно з вихідним зразком. Крім цього, значення адсорбції нижче для композитного зразка. Згідно даних диференціального розподілу пор за розміром, спостерігаємо дуже вузькі інтенсивні піки при r = 1–2 нм (Z-Ac, Z-Fe). Варто відмітити, що ці піки не характерні для вихідного цеоліту. Припускаємо, що вони відповідають плечу більш широкого максимуму на рівні 3 нм. Дані порометричних показників зведено в таблицю 2. Як видно, кислотна активація сприяє розвитку поверхні сорбенту, вочевидь завдяки розчиненню елементів присутніх у клиноптилоліті. Збільшення поверхні модифікованих сорбентів зумовлено високовпорядкованими порами в діапазоні розмірів 1–2 нм, оскільки мікропористість зменшується після кислотної активації. Домішки блокують впорядковані пори, активація розблоковує їх. Однак після модифікації ці пори частково блокуються. а Ю. С. Дзязько, Л. М. Рождественська, О. В. Пальчик, К. О. Куделко, Т. В. Яценко, Л. М. Пономарьова 33https://ucj.org.ua УХЖ № 3 / ТОМ 88 Згідно з результатами рентгенострук- турного аналізу (рис. 3), виявлено, що зра- зок складається в основному з кліноптіло- літу, вміст якого становить 82%. Рис. 3. Рентгенограми вихідного цеоліту та його композиту з гідратованим оксидом заліза. Fig.3. XRD patterns for the initial zeolite and its composite with hydrated iron oxide. Ізотерми адсорбції – десорбції азоту на- ведено на рис. 4. Згідно з результатами, ізо- терма вихідного зразка належить ймовірно до V-го типу [28] (довга рівна область, що супроводжується швидким зростанням під високим тиском). Це означає мезопо- ристість зразка Z-In і досить слабку взаємо- дію адсорбат – адсорбент. У випадку акти- вованих і модифікованих цеолітів ізотерми відповідають IV типу (сильна взаємодія). Петлю гістерезису віднесено до типу А згідно класифікації де Бура, що вказує на циліндричні пори між тетраедрами AlO4 та SiO4. Після активації зразка кислотою спо- стерігаємо, що петля гістерезису стає ши- ршою порівняно з вихідним зразком. Крім цього, значення адсорбції нижче для ком- позитного зразка. а б Рис. 4. Ізотерми адсорбції-десорбції азоту (а) та диференціального розподілу пор за роз- міром (б). Вставка на рис. (б): розподіл пор за розмірами у більшому масштабі. Fig. 4. Adsorption-desorption isotherms of ni- trogen (a) and differential poresize distribution (b). Insert in fig. (b): size distribution of pores on a larg- er scale. НАНОКОМПОЗИТ НА ОСНОВІ ЦЕОЛІТУ, МОДИФІКОВАНИЙ ГІДРАТОВАНИМ ОКСИДОМ ЗАЛІЗА (III) ДЛЯ ВИДАЛЕННЯ ІОНІВ ВАЖКИХ МЕТАЛІВ 34 ISSN 2708-129X. Укр. хім. журн., 2022 ФІЗИЧНА ХІМІЯ Згідно даних диференціального розпо- ділу пор за розміром, спостерігаємо дуже вузькі інтенсивні піки при r = 1–2 нм (Z-Ac, Z-Fe). Варто відмітити, що ці піки не харак- терні для вихідного цеоліту. Припускаємо, що вони відповідають плечу більш широ- кого максимуму на рівні 3 нм. Дані пороме- тричних показників зведено в таблицю 2. Як видно, кислотна активація сприяє розвитку поверхні сорбенту, вочевидь зав- дяки розчиненню елементів присутніх у клиноптилоліті. Збільшення поверхні мо- дифікованих сорбентів зумовлено високов- порядкованими порами в діапазоні розмі- рів 1–2 нм, оскільки мікропористість змен- шується після кислотної активації. Доміш- ки блокують впорядковані пори, активація розблоковує їх. Однак після модифікації ці пори частково блокуються. Ймовірно, це пов'язано з осадженням продуктів розчинення оксидів у лужних середовищах. Дійсно, було виявлено неве- лике зменшення відношення Al/Si після мо- дифікації (0,16 для Z-Ac та 0,15 для Z- Fe), що підтверджує це припущення. Порівняльні характеристики показника мезорористості для Z-Ac та Z- Fe наведено у табл. 2. Таблиця 2 Table 2 Характеристики пористої структури сорбентів The porous structure of sorbents Зразок Питома поверхня, м2г-1 Об’єм пор, см3 г-1 мікропори мезопори Z-In 16.0 1.4610-3 8.410-2 Z-Ac 114.0 0.3810-3 9.210-2 Z-Fe 88.6 0.3010-3 10.210-2 Видалення іонів Ca2+ та Pb2+ з багато- компонентних розчинів зразками Z-Ac та Z-Fe порівняно з вихідним Z-In наведено на рис. 5. Рис. 5. Ступінь вилучення іонів Ca2+ та Pb2+. Fig.5. Removal degree of Ca2+ and Pb2+ ions. Обидва зразки Z-Ac і Z-Fe демонструють знижене значення сорбції відносно інших іонів, присутніх у багатокомпонентному розчині, крім іонів Ca2+ та Fe2+. Вочевидь це пов'язано зі зменшенням мікропористості сорбентів, яка впливає на селективність. Ймовірно, частину мікропор забезпечу- ють добавки іншого гідратованого оксиду. Збільшення дозування сорбенту Z-Fe з 0,5 до 10 гдм-3 призводить до зростання сту- пеня видалення іонів Pb2+ з 49 до 97 %. Для іонів Ca2+ значення видалення змінюється від 25 до 76 % відповідно. Процес сорбції іонів Pb2+ з однокомпо- нентних розчинів описано за допомогою моделі Фрейндліха (рис. 6): 6 б Рис. 4. Ізотерми адсорбції-десорбції азоту (а) та диференціального розподілу пор за розміром (б). Вставка на рис. (б): розподіл пор за розмірами у більшому масштабі. Fig. 4. Adsorption-desorption isotherms of nitrogen (a) and differential poresize distribution (b). Insert in fig. (b): size distribution of pores on a larger scale. Ймовірно, це пов'язано з осадженням продуктів розчинення оксидів у лужних середовищах. Дійсно, було виявлено невелике зменшення відношення Al/Si після модифікації (0,16 для Z-Ac та 0,15 для Z- Fe), що підтверджує це припущення. Порівняльні характеристики показника мезорористості для Z-Ac та Z- Fe наведено у табл. 2. Таблиця 2 Table 2 Характеристики пористої структури сорбентів The porous structure of sorbents Зразок Питома поверхня, м2г-1 Об’єм пор, см3 г-1 мікропори мезопори Z-In 16.0 1.4610-3 8.410-2 Z-Ac 114.0 0.3810-3 9.210-2 Z-Fe 88.6 0.3010-3 10.210-2 Видалення іонів Ca2+ та Pb2+ з багатокомпонентних розчинів зразками Z-Ac та Z-Fe порівняно з вихідним Z-In наведено на рис. 5. Рис. 5. Ступінь вилучення іонів Ca2+ та Pb2+. Fig.5. Removal degree of Ca2+ and Pb2+ ions. Обидва зразки Z-Ac і Z-Fe демонструють знижене значення сорбції відносно інших іонів, присутніх у багатокомпонентному розчині, крім іонів Ca2+ та Fe2+. Вочевидь це пов'язано зі зменшенням мікропористості сорбентів, яка впливає на селективність. Ймовірно, частину мікропор забезпечують добавки іншого гідратованого оксиду. Збільшення дозування сорбенту Z-Fe з 0,5 до 10 гдм-3 призводить до зростання ступеня видалення іонів Pb2+ з 49 до 97 %. Для іонів Ca2+ значення видалення змінюється від 25 до 76 % відповідно. Процес сорбції іонів Pb2+ з однокомпонентних розчинів описано за допомогою моделі Фрейндліха (рис. 6): , (5) де k і n – константи (n<1, параметр відображає енергетичну неоднорідність поверхні), C – рівноважна концентрація розчину. , (5) де k і n – константи (n<1, параметр відобра- жає енергетичну неоднорідність поверхні), C – рівноважна концентрація розчину. Ю. С. Дзязько, Л. М. Рождественська, О. В. Пальчик, К. О. Куделко, Т. В. Яценко, Л. М. Пономарьова 35https://ucj.org.ua УХЖ № 3 / ТОМ 88 Рис. 6. Застосування моделі Фрейндліха для ізотерм поглинання Pb2+. Fig.6. Application of the Freundlich model to isotherms of Pb2+sorption. На відміну від вихідного та активованих зразків (n становить 0,94 та 0,84 відповід- но), для композиту Z-Fe n становить 0,99. Це означає енергетичну однорідність по- верхні зразка, де знаходяться нанорозмірні частинки гідратованого оксиду заліза. ВИСНОВКИ. Отримано композит на основі природного цеоліту, що містить гід- ратований оксид заліза. Його осадження в слабколужних середовищах дозволяє от- римати нанорозмірні частинки модифіка- тора. Як було прогнозовано, присутність нанорозмірного модифікатора прискорить сорбцію іонів. Слід підкреслити, що моди- фікація покращує сорбцію металів. Компо- зит можна рекомендувати для пом’якшен- ня води, а також для видалення іонів Pb2+ із водних розчинів. Роботу виконано в межах держ- бюджетної теми НАН України № 0118U003903. ZEOLITE-BASED NANOCOMPOSITE MODIFIED WITH HYDRATED IRON OXIDE (III) FOR REMOVAL OF HEAVY METALS Yu.S. Dzyazko, L.M. Rozhdestvenka, O.V. Palchik K.O. Kudelko, T.V. Yatsenko, L.M. Ponomareva 1V.I.Vernadsky Institute of General and Inor- ganic Chemistry of National Academy of Scienc- es of Ukraine, 32/34 Aсademiс Palladin Avenue, Kyiv, 03142, Ukraine 2Sumy State University Sumy, Rimskogo-Kor- sakovastr., 2, 40000, Ukraine е-mail: ludar777@ukr.net The theoretical approach, which allows us to control the formation of aggregates incor- porated into porous matrixes has been deve loped and verified. It was established that the important parameter is the pH of a precipita- tor: the higher this value, the larger aggregates are formed. Based on the approach, a method of obtaining the composite based on natural clinoptilolite-based zeolite containing nano- particles of hydrated iron oxide has been de- veloped. The porous structure of composite sorbents has been studied. The sorbents were investigated using XRD, TEM, SEM methods. Weakly basic precipitator has been recom- mended in order to obtain the nanosized ag- gregates of the modifier. During the synthe- sis, porous structure of the zeolite substrate is transformed. Acid activation promotes the development of the sorbent surface, which leads to the dissolution of the elements pres- ent in clinoptilolite. The increase in the sur- face of the modified sorbents is due to high- ly ordered pores in the range of 1-2 nm, as НАНОКОМПОЗИТ НА ОСНОВІ ЦЕОЛІТУ, МОДИФІКОВАНИЙ ГІДРАТОВАНИМ ОКСИДОМ ЗАЛІЗА (III) ДЛЯ ВИДАЛЕННЯ ІОНІВ ВАЖКИХ МЕТАЛІВ 36 ISSN 2708-129X. Укр. хім. журн., 2022 ФІЗИЧНА ХІМІЯ the microporosity decreases after acid activa- tion. Impurities block ordered pores, and ac- tivation opens them. But after modification, these pores are partially blocked. This is prob- ably caused by the precipitation of oxide dis- solution products in alkaline media. Despite this fact, all the obtained samples of composite sorbents are mostly mesoporous. Sorption of di- and trivalent cations from multicomponent solution was studied. It was found that the presence of a nanoscale modifier accelerates ion absorption. The modified zeolite improves sorption of metals, which are not related to d-elements. The removal degree of Pb2+ ions reaches 97%. The isotherms of Pb2+sorption are fitted with Freundlich model. In addition to the lead extraction from aqueous solutions, the sorbent could be also recommended for water softening. Keywords: zeolites, nanoparticle aggrega- tion, hydratedironoxide, sorbent, composite. ЛІТЕРАТУРА 1. Perlova O., Dzyazko Yu., Halutska I., Per- lova N., Palchik A.. Anion exchange resin modified with nanoparticles of hydrated zirconium dioxide for sorption of soluble U(VI) compounds.: Springer Proc. Phys. 2018, 210. P. 3–15. 2. Perlova O.V., Dzyazko Yu.S., Palchik O.V., Martovyi I.S.. Hydrated titanium dioxide modified with potassium cobalt hexacyano- ferrate (II) for sorption of cationic and ani- onic complexes of uranium (VI). Appl. Na- nosci. 2021. https://doi.org/10.1007/s13204-021-01721-x. 3. Perlova O.V., Dzyazko Yu.S., Palchik O.V., Ivanova I.S., Perlova N.O., Danilov M.O., Rusetskii I.A., Kolbasov G.Ya., Dzyazko A.G. Composites based on zirconium diox- ide and zirconium hydrophosphate contain- ing graphene-like additions for removal of U (VI) compounds from water. Appl. Nano- sci. 2020, 10. P. 4591–4602. 4. Maltseva T.V., Kolomiets E.O., Dzyazko Yu.S., Scherbakov S.. Composite anion-ex- changers modified with nanoparticles of hydrated oxides of multivalent metals. Appl. Nanosci. 9. P. 997–1004. 5. Myronchuk V.G., Dzyazko Yu.S., Zmievskii Yu.G., Ukrainets A.I., Bildukevich A.V., Ko- rnienko L.V., Rozhdestvenskaya L.M., Pal- chik A.V.. Organic-inorganic membranes for filtration of corn distillery. Acta Periodica Technologica. 2017, 47. P. 153–165. 6. Dzyaz'ko Yu. S., Rozhdestvenska L.M., Vasi- lyuk S.L., Kudelko K.O., Belyakov V.N. Com- posite membranes containing nanoparticles of inorganic ion exchangers for electrodia- lytic desalination of glycerol. Nanoscale Res. Let. 2017, 12. 438 p. 7. Dzyaz’ko Yu. S., Belyakov V. N., Stefanyak N. V., Vasilyuk S. L. Anion-exchange pro perties of composite ceramic membranes containing hydrated zirconium dioxide. Rus. J. Appl. Chem. 2006, 79. P. 769–773. 8. Dzyazko Yu., Rozhdestveskaya L., Zmievskii Yu., Zakharov V., Myronchuk V.. Compo site inorganic anion exchange membrane for electrodialytic desalination of milky whey. Mater. Today Proc. 2019, 6. P. 250–259. 9. Inglezakis V.J., Zorpas a.a. handbook of nat- ural zeolites. Dubay: Bentham Science Pub- lishers. 2012. 10. Osmanlioglu. A.E. Treatment of radioac- tive liquid waste by sorption on natural zeolite in Turkey. J. Hazard. Mater. 137. P. 332–335. Ю. С. Дзязько, Л. М. Рождественська, О. В. Пальчик, К. О. Куделко, Т. В. Яценко, Л. М. Пономарьова 37https://ucj.org.ua УХЖ № 3 / ТОМ 88 11. Inglezakis V.J., Fyrillas M.M., Stylianou M.A.. Two-phase homogeneous diffusion model for the fixed bed sorption of heavy metals on natural zeolites. Micropor. Meso- por Mater. 2018, 266. P. 164–176. 12. Baek W., Ha S., Hong S., Kim S., Kim Y. Cati- on exchange of cesium and cation selectivity of natural zeolites: chabazite.. stilbite.. and heulandite. Micropor. Mesopor. Mater. 2018, 24. P. 159–166. 13. Wibowo E., Rokhmat M., Murniati R., Ab- dullah M. Utilization of natural zeolite as sorbent material for seawater desalination. Procedia Eng. 2017, 170. P. 8–13. 14. Zhang G., Liu Y., Zheng S, Hashisho Z. Ad- sorption of volatile organic compounds onto natural porous minerals. J. Hazard. Mater. 2019, 364. P. 317–324. 15. Humelnicu I., Băiceanu A., Ignat. M.-E., Dulman V.The removal of Basic Blue 41 tex- tile dye from aqueous solution by adsorption onto natural zeolitic tuff: Kinetics and ther- modynamics. Proc. Saf. Environ. Protect.. 2017, 105. P. 274–287. 16. Alonso-Vicario A., Ochoa-Gómez J.R., Gil-Río S., Gómez-Jiménez-Aberasturi. O., Ramírez-López C.A., Torrecilla-Soria J., Domínguez A. Purification and upgrad- ing of biogas by pressure swing adsorption on synthetic and natural zeolites. Micropor. Mesopor. Mater. 2010, 134. P. 100–107. 17. Siriwardane. R.V., Shen. M.S., Fisher E.P. Adsorption of CO2, N2 and O2 on natural zeolites. Energy Fuels. 2003, 17. P. 571–576. 18. Kurniawan T., Muraza O., Bakare I. A., San- hoob M.A., Al-Amer A. M. Isomerization of n-butane over cost-effective mordenite cata- lysts dabricated via recrystallization of nat- ural zeolites. Ind. Eng. Chem. Res. 2018, 57. P. 1894–1902. 19. Hwang E.-Y., Kim J.-R.. Choi J.-K., Woo H.-C., Park D.-W. Performance of acid treated na tural zeolites in catalytic degradation of polypropylene. J. Analyt. Appl. Pyrolysis. 2002, 62. P. 351–364. 20. Tchernev. D.I. Natural zeolites in solar en- ergy heating cooling and energy storage. Reviews Mineral. Geochem. 2001, 45: 589– 617. 21. Barczyk K., Mozgawa W., Król M. Studies of anions sorption on natural zeolites. Spectro- chim. Acta Part A: Molec. Biomolec. Spectros- copy. 2014, 133. P. 876–882. 22. Piri F., Mollahosseini A., Khadir A., Hossein M. M. Enhanced adsorption of dyes on mi- crowave-assisted synthesized magnetic zeo- lite-hydroxyapatite nanocomposite. J. Envi- ron. Chem. Eng. 2019, 7. P. 103–338. 23. Aeenjan F., Javanbakht V. Methylene blue removal from aqueous solution by magnetic clinoptilolite/chitosan/EDTA nanocompos- ite. Res. Chem. Intermed. 2018, 44. P.1459– 1483. 24. Dong J., Xu. Z., Kuznicki S.M. Magnetic multi‐functional nano composites for envi- ronmental applications. Adv. Funct. Mater. 2009, 19. P. 1268–1275. 25. Xie J., Wang Z., Wu D., Kong H.. Synthesis and properties of zeolite/hydrated iron oxide composite from coal fly ash as efficient ad- sorbent to simultaneously retain cationicand anionic pollutants from water. Fuel. 2014, 116. P. 71–76. 26. Gidlow D.A. Lead toxicity. Occupational Medicine. 2004, 54. P. 76–81. 27. Myerson A. S. Handbook of industrial crys- tallization.2nd. ed. Johannesburg.. Mel- bourne.. New Dalhy. Singapure: Butter- worth-Heinemann. 2002. 28. Gregg S. J., Sing K. S. W. Adsorption, surface area and porosity. London: Academic Press. 1982, 303 р. НАНОКОМПОЗИТ НА ОСНОВІ ЦЕОЛІТУ, МОДИФІКОВАНИЙ ГІДРАТОВАНИМ ОКСИДОМ ЗАЛІЗА (III) ДЛЯ ВИДАЛЕННЯ ІОНІВ ВАЖКИХ МЕТАЛІВ 38 ISSN 2708-129X. Укр. хім. журн., 2022 ФІЗИЧНА ХІМІЯ REFERENCES 1. Perlova O., Dzyazko Yu., Halutska I., Perlo- va N., Palchik A.. Anion exchange resin mo dified with nanoparticles of hydrated zirco- nium dioxide for sorption of soluble U(VI) compounds.: Springer Proc. Phys. 2017. 210: 3–15. 2. Perlova O.V., Dzyazko Yu.S., Palchik O.V., Martovyi I.S.. Hydrated titanium dioxide modified with potassium cobalt hexacyano- ferrate (II) for sorption of cationic and ani- onic complexes of uranium (VI). Appl. Na- nosci. 2021. https://doi.org/10.1007/s13204-021-01721-x. 3. Perlova O.V., Dzyazko Yu.S., Palchik O.V., Ivanova I.S., Perlova N.O., Danilov M.O., Rusetskii I.A., Kolbasov G.Ya., Dzyazko A.G. Composites based on zirconium dioxi de and zirconium hydrophosphate contain- ing graphene-like additions for removal of U (VI) compounds from water. Appl. Nano- sci. 2020. 10: 4591–4602. 4. Maltseva T.V., Kolomiets E.O., Dzyazko Yu.S., Scherbakov S.. Composite anion-ex- changers modified with nanoparticles of hydrated oxides of multivalent metals. Appl. Nanosci. 9: 997–1004. 5. Myronchuk V.G., Dzyazko Yu.S., Zmievskii Yu.G., Ukrainets A.I., Bildukevich A.V., Ko- rnienko L.V., Rozhdestvenskaya L.M., Pal- chik A.V.. Organic-inorganic membranes for filtration of corn distillery. Acta Periodica Technologica. 2017. 47: 153–165. 6. Dzyaz'ko Yu. S., Rozhdestvenska L.M.Vasily- uk S.L., Kudelko K.O., Belyakov V.N.. Com- posite membranes containing nanoparticles of inorganic ion exchangers for electrodia- lytic desalination of glycerol. Nanoscale Res. Let. 2017. 12: 438. https://doi.org/10.1186/s11671-017-2208-4. 7. Dzyaz’ko Yu. S., Belyakov V. N., Stefanyak N. V., Vasilyuk S. L. Anion-exchange properties of composite ceramic membranes contain- ing hydrated zirconium dioxide. Rus. J. Appl. Chem. 2006. 79: 769–773. https://doi.org/10.1134/S1070427206050132. 8. Dzyazko Yu., Rozhdestveskaya L., Zmiev skii Yu., Zakharov V., Myronchuk V.. Com- posite inorganic anion exchange membrane for electrodialytic desalination of milky whey. Mater. Today Proc. 2019. 6: 250–259. https://doi.org/10.1016/j.matpr.2018.10.102. 9. Inglezakis V.J., Zorpas a.a. handbook of nat- ural zeolites. Dubay: Bentham Science Pub- lishers. 2012. 10. Osmanlioglu. A.E. Treatment of radioactive liquid waste by sorption on natural zeolite in Turkey. J. Hazard. Mater. 137: 332–335. https://doi.org/10.1016/j.jhazmat. 2006.02.013. 11. Inglezakis V.J., Fyrillas M.M., Stylianou M.A.. Two-phase homogeneous diffusion model for the fixed bed sorption of heavy metals on natural zeolites. Micropor. Meso- por Mater. 2018. 266:164–176. https://doi. org/10.1016/j.micromeso.2018.02.045. 12. Baek W., Ha S., Hong S., Kim S., Kim Y. Cat- ion exchange of cesium and cation selecti vity of natural zeolites: chabazite stilbite and heulandite. Micropor. Mesopor. Mater. 2018. 24: 159–166. https://doi.org/ 10.1016/j.mi- cromeso.2018.01.025. 13. Wibowo E., Rokhmat M., Murniati R., Ab- dullah M. Utilization of natural zeolite as sorbent material for seawater desalination. Procedia Eng. 2017. 170: 8–13. https://doi.org/10.1016/j.proeng.2017.03.002. 14. Zhang G., Liu Y., Zheng S, Hashisho Z. Ad- sorption of volatile organic compounds onto natural porous minerals. J. Hazard. Mater. 2019. 364: 317–324. https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2018.10.031. Ю. С. Дзязько, Л. М. Рождественська, О. В. Пальчик, К. О. Куделко, Т. В. Яценко, Л. М. Пономарьова 39https://ucj.org.ua УХЖ № 3 / ТОМ 88 15. Humelnicu I., Băiceanu A., Ignat. M.-E., Dulman V.. The removal of Basic Blue 41 textile dye from aqueous solution by adsorp- tion onto natural zeolitic tuff: Kinetics and thermodynamics. Proc. Saf. Environ. Protect. 2017. 105: 274–287. https://doi.org/10.1016/j.psep.2016.11.016. 16. Alonso-Vicario A., Ochoa-Gómez J.R., Gil-Río S., Gómez-Jiménez-Aberasturi. O., Ramírez-López C.A., Torrecilla-Soria J., Do mínguez A. Purification and upgrading of biogas by pressure swing adsorption on syn- thetic and natural zeolites. Micropor. Meso- por. Mater. 2010. 134: 100–107. https://doi. org/10.1016/j.micromeso.2010.05.014. 17. Siriwardane. R.V., Shen. M.S., Fisher E.P. Adsorption of CO2, N2 and O2 on natural zeolites. Energy Fuels. 2003. 17: 571–576. https://doi.org/10.1021/EF020135L. 18. Kurniawan T., Muraza O., Bakare I. A., San- hoob M.A., Al-Amer A. M. Isomerization of n-butane over cost-effective mordenite cata- lysts dabricated via recrystallization of nat- ural zeolites. Ind. Eng. Chem. Res. 2018. 57: 1894–1902. https://doi.org/10.1021/acs.iecr.7b04040. 19. Hwang E.-Y., Kim J.-R.. Choi J.-K., Woo H.-C., Park D.-W. Performance of acid treated na tural zeolites in catalytic degradation of polypropylene. J. Analyt. Appl. Pyrolysis. 2002. 62. 351–364. https://doi.org/10.1016/ S0165-2370(01)00134-6. 20. Tchernev. D.I. Natural zeolites in solar energy heating cooling and energy storage. Reviews Mineral. Geochem. 2001. 45: 589–617. https://doi.org/10.2138/rmg.2001.45.17. 21. Barczyk K., Mozgawa W., Król M. Studies of anions sorption on natural zeolites. Spectro- chim. Acta Part A: Molec. Biomolec. Spectros- copy. 2014. 133: 876–882. https://doi.org/10.1016/j.saa.2014.06.065. 22. Piri F., Mollahosseini A., Khadir A., Hossein M. M. Enhanced adsorption of dyes on mi- crowave-assisted synthesized magnetic zeo- lite-hydroxyapatite nanocomposite. J. Envi- ron. Chem. Eng. 2019: 7. 103338. https://doi.org/10.1016/j.jece.2019.103338. 23. Aeenjan F., Javanbakht V. Methylene blue removal from aqueous solution by magnetic clinoptilolite/chitosan/EDTA nanocompos- ite. Res. Chem. Intermed. 2018. 44:1459–1483. https://doi.org/10.1007/s11164-017-3179-x. 24. Dong J., Xu. Z., Kuznicki S.M. Magnetic multi‐functional nano composites for envi- ronmental applications. Adv. Funct. Mater. 2009. 19: 1268–1275. https://doi.org/10.1002/adfm.200800982. 25. Xie J., Wang Z., Wu D., Kong H.Synthesis and properties of zeolite/hydrated iron ox- ide composite from coal fly ash as efficient adsorbent to simultaneously retain cationi cand anionic pollutants from water. Fuel. 2014. 116: 71-76. https://doi.org/10.1016/j.fuel.2013.07.126. 26. Gidlow D.A. Lead toxicity. Occupational Medicine. 2004. 54: 76–81. https://doi.org/ 10.1093/occmed/kqh019. 27. Myerson A. S. Handbook of industrial crystal- lization.2nd. ed. Johannesburg.. Melbourne.. New Dalhy. Singapure: Butterworth-Heine- mann: 2002. 28. Gregg S. J., Sing K. S. W. Adsorption, surface area and porosity. London: Academic Press. 1982. 303. Стаття надійшла 14.03.2022.
id	oai:ojs2.1444248.nisspano.web.hosting-test.net:article-424
institution	Ukrainian Chemistry Journal
keywords_txt_mv	keywords
language	English
last_indexed	2026-07-23T01:07:53Z
publishDate	2022
publisher	V.I.Vernadsky Institute of General and Inorganic Chemistry
record_format	ojs
resource_txt_mv	ucjorgua/85/cdf968fcf29475d198e5fd09320e1885.pdf
spelling	oai:ojs2.1444248.nisspano.web.hosting-test.net:article-4242026-07-22T08:23:49Z ZEOLITE-BASED NANOCOMPOSITE MODIFIED WITH HYDRATED IRON OXIDE (III) FOR REMOVAL OF HEAVY METALS Dzyazko, Yuliya Rozhdestvenska , Liudmyla Palchik, Aleksei Kudelko, Kateryna Yatsenko , Tetiana Ponomarova, Liudmyla zeolites, nanoparticle aggregation, hydratedironoxide, sorbent, composite. The theoretical approach, which allows us to control the formation of aggregates incorporated into porous matrixes has been developed and verified. It was established that the important parameter is the pH of a precipitator: the higher this value, the larger aggregates are formed. Based on the approach, a method of obtaining the composite based on naturalclinoptilolite-based zeolite containing nanoparticles of hydrated iron oxide has been developed. The porous structure of composite sorbents has been studied. The sorbents were investigated using XRD, TEM, SEM methods. Weakly basic precipitator has been recommended in order to obtain the nanosized aggregates of the modifier. During the synthesis, porous structure of the zeolite substrate is transformed. Acid activation promotes the development of the sorbent surface, which leads to the dissolution of the elements present in clinoptilolite. The increase in the surface of the modified sorbents is due to highly ordered pores in the range of 1-2 nm, as the microporosity decreases after acid activation. Impurities block ordered pores, and activation opens them. But after modification, these pores are partially blocked. This is probably caused by the precipitation of oxide dissolution products in alkaline media. Despite this fact, all the obtained samples of composite sorbents are mostly mesoporous. Sorption of di- and trivalent cations from multicomponent solution was studied. It was found that the presence of a nanoscale modifier accelerates ion absorption. The modified zeolite improves sorption of metals, which are not related to d-elements. The removal degree of Pb2+ ions reaches 97%. The isotherms of Pb2+sorption are fitted with Freundlich model. In addition to the lead extraction from aqueous solutions, the sorbent could be also recommended for water softening. V.I.Vernadsky Institute of General and Inorganic Chemistry 2022-04-28 Article Article Physical chemistry Физическая xимия Фізична xімія application/pdf https://ucj.org.ua/index.php/journal/article/view/424 10.33609/2708-129X.88.03.2022.28-39 Ukrainian Chemistry Journal; Vol. 88 No. 3 (2022): Ukrainian Chemistry Journal; 28-39 Украинский химический журнал; ##issue.vol## 88 ##issue.no## 3 (2022): Ukrainian Chemistry Journal; 28-39 Український хімічний журнал; Том 88 № 3 (2022): Український хімічний журнал; 28-39 2708-129X 2708-1281 en https://ucj.org.ua/index.php/journal/article/view/424/218 Copyright (c) 2022 Yuliya Dzyazko, Liudmyla Rozhdestvenska , Aleksei Palchik, Kateryna Kudelko, Tetiana Yatsenko , Liudmyla Ponomarova https://creativecommons.org/licenses/by-nc/4.0
spellingShingle	Dzyazko, Yuliya Rozhdestvenska , Liudmyla Palchik, Aleksei Kudelko, Kateryna Yatsenko , Tetiana Ponomarova, Liudmyla ZEOLITE-BASED NANOCOMPOSITE MODIFIED WITH HYDRATED IRON OXIDE (III) FOR REMOVAL OF HEAVY METALS
title	ZEOLITE-BASED NANOCOMPOSITE MODIFIED WITH HYDRATED IRON OXIDE (III) FOR REMOVAL OF HEAVY METALS
title_full	ZEOLITE-BASED NANOCOMPOSITE MODIFIED WITH HYDRATED IRON OXIDE (III) FOR REMOVAL OF HEAVY METALS
title_fullStr	ZEOLITE-BASED NANOCOMPOSITE MODIFIED WITH HYDRATED IRON OXIDE (III) FOR REMOVAL OF HEAVY METALS
title_full_unstemmed	ZEOLITE-BASED NANOCOMPOSITE MODIFIED WITH HYDRATED IRON OXIDE (III) FOR REMOVAL OF HEAVY METALS
title_short	ZEOLITE-BASED NANOCOMPOSITE MODIFIED WITH HYDRATED IRON OXIDE (III) FOR REMOVAL OF HEAVY METALS
title_sort	zeolite-based nanocomposite modified with hydrated iron oxide (iii) for removal of heavy metals
topic_facet	zeolites nanoparticle aggregation hydratedironoxide sorbent composite.
url	https://ucj.org.ua/index.php/journal/article/view/424
work_keys_str_mv	AT dzyazkoyuliya zeolitebasednanocompositemodifiedwithhydratedironoxideiiiforremovalofheavymetals AT rozhdestvenskaliudmyla zeolitebasednanocompositemodifiedwithhydratedironoxideiiiforremovalofheavymetals AT palchikaleksei zeolitebasednanocompositemodifiedwithhydratedironoxideiiiforremovalofheavymetals AT kudelkokateryna zeolitebasednanocompositemodifiedwithhydratedironoxideiiiforremovalofheavymetals AT yatsenkotetiana zeolitebasednanocompositemodifiedwithhydratedironoxideiiiforremovalofheavymetals AT ponomarovaliudmyla zeolitebasednanocompositemodifiedwithhydratedironoxideiiiforremovalofheavymetals

ZEOLITE-BASED NANOCOMPOSITE MODIFIED WITH HYDRATED IRON OXIDE (III) FOR REMOVAL OF HEAVY METALS

Institution

Ähnliche Einträge