ЕЛЕКТРОПРОВІДНІ ТА СОРБЦІЙНІ ВЛАСТИВОСТІ КОМПОЗИТІВ НА ОСНОВІ ІОНООБМІННИХ МАТЕРІАЛІВ

The review is devoted to the conditions for the creation and functional properties of organіс-inorganic ion-exchange materials, which in the form of sorbents and membranes can be applied in the processes of ion separation, as well as the purification of water and combined solutions of technological...

Повний опис

Збережено в:

Бібліографічні деталі
Дата:	2019
Автори:	Maltseva, Tetiana, Kolomiets, Eugene, Dzyazko, Yulliya
Формат:	Стаття
Мова:	Англійська
Опубліковано:	V.I.Vernadsky Institute of General and Inorganic Chemistry 2019
Онлайн доступ:	https://ucj.org.ua/index.php/journal/article/view/47
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_	1871465524726071296
author	Maltseva, Tetiana Kolomiets, Eugene Dzyazko, Yulliya
author_facet	Maltseva, Tetiana Kolomiets, Eugene Dzyazko, Yulliya
author_institution_txt_mv	[ { "author": "Tetiana Maltseva", "institution": "V.I.Vernadsky Institute of General and Inorganic Chemistry of the National Academy of Sciences of Ukraine, 32\/34 Academic Palladin Avenue, Kyiv, 03142, Ukraine" }, { "author": "Eugene Kolomiets", "institution": "V.I.Vernadsky Institute of General and Inorganic Chemistry of the National Academy of Sciences of Ukraine, 32\/34 Academic Palladin Avenue, Kyiv, 03142, Ukraine" }, { "author": "Yulliya Dzyazko", "institution": "V.I. Vernadskii Institute of General and Inorganic Chemistry of the NAS of Ukraine" } ]
author_sort	Maltseva, Tetiana
baseUrl_str	https://ucj.org.ua/index.php/journal/oai
collection	OJS
datestamp_date	2026-07-22T08:23:40Z
description	The review is devoted to the conditions for the creation and functional properties of organіс-inorganic ion-exchange materials, which in the form of sorbents and membranes can be applied in the processes of ion separation, as well as the purification of water and combined solutions of technological origin. The structure of air dry and hydrated organic ion-exchange polymers, conditions for the creation of organiс-inorganic ion-exchange materials, as well as their components, interaction of components and the corresponding classification are considered. Dry ion-exchange materials contain heterogeneities of different sizes, which are formed during the synthesis of polymer, with the smallest heterogeneities represent clusters, and the larger ones are related to crystallinity. The structure of hydrated ion- exchange materials adequately describes the cluster channel model of Hsu and Girke. The number of charged particles transferred corresponds to the contribution of clusters and channels (volume fractions) to total porosity. The size of the clusters and channels can be determined by the method of small-angle X-ray scattering. The complex porous structure of ion-exchange polymers makes it possible to form inorganic particles in the one’s pores. The introduction of inorganic ion exchangers into the polymer leads to the appearance of additional osmotically active centers (fixed ions and antimony modifiers) that influence the compression pressure of composites. Regarding the functional properties of organiс-inorganic materials, data on the influence of the form and size of the nanoparticles of the inorganic component on the electrical conductivity of composites, examples of the use of organiс-inorganic sorbents in ion-exchange columns, and also effective diffusion coefficients corresponding to the exchange of two-charge metal cations (Zn2+, Pb2+, Cu2+, Ca2+, Ni2+) on H+ organic-inorganic sorbents, for the most part, organic resin- Dowex HCR-S with incorporated particles of zirconium hydrophosphate, are presented. The prospect of application of such materials in ion-exchange and membrane processes of separation and purification of aqueous solutions, as well as in the processes of efficient selective extraction of target ions, is shown.
doi_str_mv	10.33609/0041-6045.85.4.2019.81-97
first_indexed	2025-09-24T17:43:29Z
format	Article
fulltext	ФІЗИЧНА ХІМІЯ УДК 541.138.12+541.13+539.219.3 doi: 10.33609/0041-6045.85.4.2019.81-97 Е.О.Коломієць, Ю.С.Дзязько, Т.В.Мальцева ЕЛЕКТРОПРОВІДНІ ТА СОРБЦІЙНІ ВЛАСТИВОСТІ КОМПОЗИТІВ НА ОСНОВІ ІОНООБМІННИХ МАТЕРІАЛІВ Інститут загальної та неорганічної хімії ім. В.І.Вернадського НАН України, просп. Академіка Палладіна, 32/34, 03142, Київ, Україна е-mail: kolomiyetsy@gmail.com Огляд присвячено умовам створення і функціональним властивостям органо-неорганічних іонобмінних матеріалів, які у вигляді сорбентів і мембран можуть бути застосовані у про- цесах розділення, а також очищення води і комбінованих розчинів технологічного поход- ження. Розглянуто структуру повітряно-сухих і гідратованих органічних іонообмінних полімерів, умови створення органо-неорганічних іонобмінних матеріалів, їх складові, вза- ємодію складових і відповідну класифікацію. Структуру гідратованих іонообмінних ма- теріалів адекватно описує кластерно-канальна модель Хсу та Гірке. Складна пориста стру- ктура іонообмінних полімерів зумовлює можливість формування неорганічних частинок у тих або інших порах. Стосовно функціональних властивостей органо-неорганічних ма- теріалів наведені дані щодо впливу форми та розміру наночастинок неорганічної складової на електропровідність композитів, приклади застосування органо-неорганічних сорбентів у іонообмінних колонках, ефективні коефіцієнти дифузії, які відповідають обміну двоза- рядних катіонів металу (Zn2+, Pb2+, Cu2+, Ca2+, Ni2+) на H+ органо-неорганічних сорбентів, зде- більшого, органічного катіоніту Dowex HCR-S з інкорпорованими частинками гідрофос- фату цирконію. Показано перспективність застосування таких матеріалів в іонообмінних і мембранних процесах розділення і очищення водних розчинів, а також для ефективного ви- біркового вилучення цільових іонів. К л ю ч о в і с л о в а: розділення іонів, органо-неорганічні іонообмінні матеріали, пориста структура полімерів, електропровідність, коефіцієнти дифузії. ВСТУП. Синтез органо-неорганічних ком- позиційних мембран і сорбентів, які характери- зуються селективністю і високими транспорт- ними властивостями по відношенню до цільо- вих цінних або токсичних іонів, є актуальним науковим завданням у зв’язку з викликами як екології, так і ресурсозбереження. Поєднання органічної іонообмінної складової з високими транспортними характеристиками із селектив- ними неорганічними іонообмінними сорбента- ми (гідратовані оксиди, фосфати тощо) є пер- спективним напрямком досліджень з ефектив- ного розділення або вибіркового вилучення ці- льових іонних компонентів водних розчинів із прийнятними технологічними характеристика- ми (швидкість обміну і перенесення іонів). Мета огляду — системне викладення стру- ктури органічних полімерів, умов створення і головних функціональних властивостей ор- гано-неорганічних іонобмінних матеріалів, які у вигляді сорбентів і мембран можуть бути застосовані у процесах розділення, а та- кож очищення комбінованих розчинів тех- нологічного походження і води. Структура органічних іонообмінних полімерів Структура повітряно-сухих іонообмінних полімерів. Сухі іонообмінні матеріали містять неоднорідності різного розміру, які утворюють- © Е.О.Коломієць, Ю.С.Дзязько, Т.В.Мальцева , 2019 ISSN 0041-6045. УКР. ХІМ. ЖУРН., 2019, т. 85, № 3 81 mailto:kolomiyetsy@gmail.com ся при синтезі полімеру [1–5]. Як теоретично доведено Ейзенбергом [1], диполь-дипольна взаємодія між іонними парами (фіксований іон –протиіон) приводить до формування мульти- плету (кластеру), що містять за різними оцін- ками 2–8 іонних пар [1, 6]. Нанорозмірні не- однорідності у сухих полімерах були визначе- ні за допомогою методу малокутового розсі- яння рентгенівських променів або нейтронів [7–10]. Як правило, на кривих розсіяння спо- стерігаються два піки при 0.01–0.1 Ao –1. Це сві- дчить про те, що розмір менших неоднорід- ностей становить декілька нанометрів, а біль- ших — декілька десятків нанометрів. Наймен- ші неоднорідності є кластерами, а більші пов’я- зані з кристалічністю (чим більша кристаліч- ність, тим більш вираженим є максимум) [9]. Нанорозмірні неоднорідності можуть бути ві- зуалізовані за допомогою трансмісійної елек- тронної мікроскопії (TEM). У цьому випадку протиіони Н+ або ОН– мають бути частково заміщені відповідно катіонами перехідного ме- талу або аніонами, які містять такий метал [11]. Неоднорідності, що пов’язані з кристалічні- стю, мають бути відтінені інкорпорованими не- органічними частинками. Ці утворення можна спостерігати на зображеннях, отриманих мето- дом скануючої електронної мікроскопії (CEM). Для досліджень повітряно-сухих іонооб- мінних полімерів застосовано методи ртутної порометрії та капілярної конденсації (метод ад- сорбції азоту) [12–14]. Згідно з отриманими резу- льтатами, мікро- та мезопори у таких матеріа- лах практично відсутні. Проте для макропорис- тих смол знайдено досить великий об’єм мік- ро- та мезопор (близько 0.2 см3⋅г–1) [15, 16]. Мо- жливо, це пов’язано з більшою доступністю скло- подібних областей полімеру у макропористих смолах. У випадку гелевих матеріалів ці ділян- ки є практично недоступними для адсорбату. Структура гідратованих іонообмінних полімерів. На початку 80-х років Хсу та Гірке запропонували кластерно-канальну модель, що адекватно описує структуру гідратованих іо- нообмінних матеріалів (рис. 1). Незважаючи на певний критицизм та альтернативні підхо- ди [17–19], систематизовані у роботі [20], мо- дель Хсу та Гірке є загальноприйнятою вже багато років як концептуальна основа для ін- терпретації функціональних властивостей мем- бран типу Nafion, особливо для моделювання переносу іонів та води. Кластерно-канальна мо- дель набула подальшого розвитку. Розроблено підходи, які передбачають наявність паралель- них кластерно-канальних траєкторій [21], а та- кож агломерацію кластерів [9]. Підхід Хсу– Гірке було застосовано не лише для гомоген- них мембран на основі фторвуглецевих полі- мерів, але також й до інших іонообмінних ма- теріалів, таких як іонообмінні смоли та гете- рогенні мембрани [22–26]. Кластери та канали містять зв’язану воду (гідратні оболонки фіксованих іонів, тобто функ- ціональних груп, та коіонів), яка локалізована біля стінок пор. Товщина шару зв’язаної води становить 1.5 нм [24]. Центр кластерів запов- нений незв’язаною водою. Перенос іонів у зв’я- заній воді відбувається набагато повільніше, ніж у незв’язаній, де рухливість іонів є такою ж, як і у водному розчині. Зв’язана вода у кла- стерах уповільнює перенос іонів, таким чи- ном, рідину у цих порах інколи відносять до пограничної. Рухливість іонів у цих порах є мен- шою, ніж у водному розчині, проте вищою, ніж у зв’язаній воді. Іншими словами, розмір клас- терів, а також співвідношення об’ємів клас- терів та каналів визначають швидкість пере- носу іонів. Тим не менш, ця точка зору знаходиться Е.О.Коломієць, Ю.С.Дзязько, Т.В.Мальцева Рис. 1. Кластерно-канальна модель іонообмінних матеріалів. 82 ISSN 0041-6045. УКР. ХІМ. ЖУРН., 2019, т. 85, № 3 у протиріччі з даними роботи [27]. Згідно з під- ходом, який пропонується авторами цієї стат- ті, перенос іонів відбувається у водному розчи- ні, локалізованому в кластерно-канальній си- стемі, де розподіл проти- та коіонів є нерівно- мірним. Наприклад, у випадку катіоніту, такий розподіл зумовлено негативним зарядом сті- нок пор, який досягається за рахунок фіксова- них іонів. Негативний заряд компенсується по- зитивно зарядженими протиіонами. Товщина Дебаївського подвійного електричного шару становить приблизно 1 нм. Із цього шару ви- ключені аніони та неполярні молекули. Коли матеріал знаходиться у контакті з достатньо концентрованим розчином, електронейтраль- ний розчин є локалізованим у центрі пори (та- кий розчин містить еквівалентні концентрації катіонів та аніонів). Електрична провідність іо- нообмінного матеріалу визначається переваж- но переносом протиіонів у Дебаївському шарі уздовж стінок пор. Коіони та неполярні моле- кули рухаються у розчині в центрі пори. Якщо іоніт знаходиться у контакті з ни- зькоконцентрованим розчином або з чистою во- дою, дифузні складові внутрішньопорових под- війних електричних шарів є перекритими. Ін- шими словами, іони можуть рухатися не лише уздовж стінок кластерів, але й у незв’язаній во- ді через центри цих пор. У цьому випадку спів- відношення об’ємів кластерів та каналів віді- грає ключову роль, оскільки рухливість іонів у зв’язаній та незв’язаній воді є різною. Однак підхід авторів [27] є важливим для іонооб- мінних мембран, які використовуються для еле- ктродіалізу, оскільки принаймні одна сторона мембрани знаходиться в контакті з достатньо концентрованим розчином. Окрім транспортних пор, пориста струк- тура набряклих іонообмінних матеріалів вклю- чає також міжгелеві проміжки, які формують- ся пучками гідрофобних фрагментів поліме- рних ланцюгів. Іншими елементами пористої структури є макропори, які наявні й у повіт- ряно-сухому полімері. Ці пори відносяться до дефектів структури. У деяких випадках вони спрямовано формуються в процесі синтезу (мак- ропористі іонообмінні смоли). Гетерогенним мембранам притаманні також пори, розмір яких досягає декількох десятків мікрон. Вони є по- рожнинами між іонообмінною складовою та зв’я- зуючим. Всі ці пори можуть бути заповнені ней- тральним розчином. Як випливає з вимірювань електричної провідності, внесок до переносу за- ряду іонів нейтрального розчину є вкрай не- значним [24]. Це зумовлює селективність іо- нообмінних мембран лише до катіонів або ли- ше до аніонів. Теоретично показано, що число переносу заряджених частинок відповідає вне- ску кластерів та каналів (долі об’єму) до загаль- ної пористості [28]. Об’єм пор, радіус (r) яких є меншим ніж 10 нм, визначає зарядову селек- тивність мембран. Експериментальне підтверд- ження цієї гіпотези наведено у роботі [14]. Складна пориста структура іонообмінних полімерів зумовлює можливість формування неорганічних частинок у тих або інших по- рах. У залежності від розташування части- нок вони здатні безпосередньо або опосеред- ковано впливати на перенос іонів. Варто зaу- важити, що частинки неорганічних іонітів є додатковим джерелом рухливих іонів (про- тиіонів). Протиіони функціональних груп не- органічних іонітів, як і фіксовані іони, є ос- мотичними центрами, які можуть суттєво впли- вати на тиск набухання у тих або інших по- рах іонообмінного полімеру, і, таким чином, впливати на розмір та об’єм пор полімеру. Відомості про цю важливу характеристику по- лімерів наведено далі. Осмотичний тиск набухання. Як показа- но Гельферихом [29], осмотична теорія набу- хання передбачає наявність концентрованого електроліту у транспортних порах (в основно- му, протиіонів), коли іонообмінний матеріал зна- ходиться у контакті навіть із чистою водою. “Ро- зчин” є схильним до розведення. У цьому ви- падку Дебаївські шари у кластерах є перекри- тими, таким чином, всі транспортні пори за- повнені “розчином”. У рамках макроскопічної моделі тенден- ція “розчину“ до розведення розглядається з позиції різниці осмотичних тисків рідини в об’ємі іонообмінного матеріалу та поза ним (мо- делі Глюкауфа та Грегора, які детально викла- Електропровідні та сорбційні властивості композитів ... ISSN 0041-6045. УКР. ХІМ. ЖУРН., 2019, т. 85, № 3 83 дені у монографії [29]). Стверджується, що ос- мотичний тиск в іонообмінному матеріалі є ви- щим, ніж зовнішній тиск, якщо іоніт або ме- мбрана урівноважені з розчинником або його парою. Різниця між тисками відповідає тиску набухання (π). Цей параметр є характерним для полімерних іонообмінних матеріалів, які змі- нюють свій об’єм при набуханні. Таким чи- ном, величину не можна відносити до тиску на- бухання гелю в об’ємі, обмеженому жорстки- ми стінками посудини, як у випадку полімерів [30]. Коли вміст води в іоніті підвищується, осмотичний тиск знижується у відповідності з рівнянням [29]: πνH2O = –RT lnaH2O, (1) дe aH2O — активність води в іоніті (цей термо- динамічний параметр відноситься до незв’я- заної води), R — універсальна газова стала, T — температура, νH2O — парціальний моль- ний об’єм води. Зовні гранул або мембран aH2O = 1, а в об’ємі — aH2O < 1 (цю величину розраховано у роботі [31]). Одночасно з підвищенням вмісту води в іо- ніті зростає тиск зі сторони еластичних стінок пор. Величина цього тиску може бути розра- хована кількісно, наприклад, в рамках теорії Флорі–Рейнера [32]. Набухання припиняється, коли цей тиск та осмотичний тиск стають рів- ними. Величина π, яка відповідає вмісту води у різних зразках аналогічного складу (тиск набу- хання в одному з них є відомим), розрахову- ють [29] як: RT ln(P′/P′′) = (π′– π′′)νH2O, (2) дe P — тиск пари, штрихи відносяться до зразків з відомим та невідомим тиском набу- хання. Як приклад, на рис. 2 наведено залеж- ності тиску набухання від співвідношення P/Px (тут Px — тиск насиченої пари) зразків сильно- кислотних гелевих смол Dowex із різним вмі- стом зшиваючого агенту (дивінілбензолу, ДВБ). Ізотерми адсорбції води зсунуті у бік більшого вмісту води для іонітів із меншим ступенем зшивки. Дані рис. 2 свідчать про вищий осмотич- ний тиск для сильнозшитих смол у порівнянні із слабкозшитими (для мембрани Nafion знай- дено вищий тиск ніж для іоніту, який містить 8 % ДВБ [33]). Величину π можна оцінити шля- хом порівняння ізотерм при 0 << P/Px <1 із ви- користанням даних тиску набухання для іоні- тів з різним вмістом ДВБ [29]. Вміст води у різних зразках повинен бути однаковим. Введення неорганічного іоніту до поліме- ру приводить до появи додаткових осмотично активних центрів (фіксованих іонів та проти- іонів модифікатору). Це, безперечно, впливає на тиск набухання, який визначається за тео- рією Грегора. Дослідження пористої структури іонооб- мінних полімерів. Оскільки пориста структура іонообмінних полімерів на нанорівні форму- ється лише при набуханні, для її вивчення не- обхідні спеціальні методи. Щодо мембран, пік- нометричний метод [34] є достатнім для визна- чення загальної пористості, яка включає й за- криті пори. Після оцінки істинної густини за- гальна пористість визначається із урахуванням величини уявної пористості. Внесок транспор- тних та нетранспортних пор можна визначити з електричної провідності (κ) за гетерогенною моделлю [24]: κ __ = κg a κ1−a, (3) κg — провідність гелевих ділянок; κ — про- відність розчину; а — доля транспортних пор. Е.О.Коломієць, Ю.С.Дзязько, Т.В.Мальцева Рис. 2. Ізотерми адсорбції води для гелевих силь- нокислотних катіонітів Dowex, які містять різну кількість ДВБ (за даними [29]). 84 ISSN 0041-6045. УКР. ХІМ. ЖУРН., 2019, т. 85, № 3 Попередньо мембрану урівноважують із розч- ином певної концентрації. В якості електродів ви- користовують ртуть. Як стверджується у роботі [24], такий підхід дозволяє мінімізувати опір на границі розділу електрод–мембрана. Потім у логарифмічних координатах будують залеж- ність провідності мембрани від провідності ро- зчину. Лінійна ділянка у певному інтервалі κ свідчить про те, що величини провідності роз- чину та мембрани є досить близькими (рівнян- ня (3) є справедливим лише для цих умов). Екс- траполяція лінійної ділянки на нульову концен- трацію розчину дає величину κg, нахил до осі абсцис відповідає параметру a. Розмір класте- рів та каналів може бути визначений методом малокутового розсіювання рентгенівських про- менів, як зазначено вище. Виключення опору на границі розділу мембрана–розчин є особли- во важливим для оцінки транспортних та не- транспортних пор. Інформацію про пори радіусом до 100 нм можна отримати за допомогою методу капіляр- ної конденсації (адсорбції води), який перед- бачає використання пружинних вагів Мак-Бе- на [35]. Таким способом отримують ізотерми ад- сорбції–десорбції води. Відповідні дані наведе- но у монографії Гельфериха [29]. Ізотерми пере- раховують в інтегральні та диференціальні роз- поділи пор за радіусами із використанням ал- горитму [35]. До інших методів дослідження іонообмін- них полімерів відносяться ізопієстичний [36] та термопорометричний (на основі диференці- йної сканувальної калориметрії, ДСК) [37]. Основні відомості про останній метод, який дає інформацію щодо пор радіусом до 3 мкм, на- ведено у роботі [14]. Метод еталонної контактної порометрії (ЕКП), який був визнаний ІЮПАК [38], дозво- ляє визначити пори у дуже широкому інтер- валі радіусів (від 1 нм до 100 мкм). ЕКП перед- бачає гравіметричні вимірювання вмісту робо- чої рідини (води для полімерних іонообмін- них матеріалів) у зразку, який досліджується. Ці вимірювання здійснюються також для по- ристих керамічних еталонів, між якими розта- шовано зразок. Для побудови розподілу пор використовуються дані, які відповідають умо- вам капілярної рівноваги. Кількість рідини у си- стемі еталон–зразок змінюється при імпрег- нуванні та сушінні. За умов термодинамічної рівноваги рідини у пористих матеріалах, які зна- ходяться у контакті, мають однаковий хіміч- ний потенціал. Теоретичні підходи, що стосу- ються цього методу, та додаткові відомості представлено у роботах [14, 39–41]. Органо-неорганічні іонобмінні матеріали Складові органо-неорганічних матеріалів та їх взаємодія. В залежності від розташуван- ня частинок неорганічної складової у тих або інших елементах структури іонообмінного по- лімеру органо-неорганічні іонообмінні мате- ріали можна розподілити на два класи [42, 43]. До класу I відносяться матеріали, компоненти яких поєднані між собою сильними ковален- тними або координаційними зв’язками. У цьо- му випадку неорганічні фрагменти можуть бу- ти вбудованими до основного полімерного лан- цюга або привитими до нього (рис. 3). У мате- ріалах класу II неорганічні частинки або введе- но до полімеру, або органічна та неорганічна складові існують у формі наночастинок, які по- єднані між собою слабкими зв’язками (водне- вими, ван дер Ваальса, π-π- або електростати- чною взаємодією). Ряд методів, які використовуються для син- тезу органо-неорганічних композитів, наведе- Електропровідні та сорбційні властивості композитів ... Рис. 3. Органо-неорганічні матеріали класів I (a, б) та II (в, г). ISSN 0041-6045. УКР. ХІМ. ЖУРН., 2019, т. 85, № 3 85 но у роботах [42–45]. До таких відносяться: змі- шування органічного та неорганічного компо- нентів; введення неорганічних частинок до за- здалегідь сформованого полімеру; золь–гель ме- тод; прищеплення неорганічних фрагментів до полімерного ланцюга або органічних до неор- ганічної поверхні; пошарова самоорганізація. Принципово можливі способи одержання мем- бран полягають у введенні неорганічних час- тинок до заздалегідь сформованого полімеру або лиття (casting) мембран із розчину полімеру, в якому дисперговані неорганічні частинки. З пра- ктичної точки зору найбільш важливим мето- дом є введення неорганічних частинок до заз- далегідь сформованого полімеру, оскільки от- римані таким чином композити характеризу- ються підвищеною гідролітичною, хімічною та механічною стійкістю. Варто зазначити, що неорганічні частинки можуть бути осаджені у полімері як з розчину, так і із золю. Золь–гель композиційні матеріали є дуже цікавими саме з наукової точки зору, оскіль- ки вони характеризуються ієрархічною будовою неорганічної складової у фазі полімеру [46, 47]. Для одержання композиційних матеріалів використовують неорганічні сполуки, які харак- теризуються іонообмінними властивостями — фосфорвмісні солі та гідратовані оксиди багато- валентних металів, силікагелю, гетерополікис- лот, полісурм’яної кислоти, природні глинисті мінерали. До органічної складової слід відне- сти стиролдивінілбензол, поліанілін, поліетер- кетон, перфторовані полімери та інші матеріали. Використовують навіть полімери біогенного по- ходження, наприклад целюлозу [48]. При ство- ренні композитів застосовують також функціо- налізовані наночастинки модифікатору [49]. Золь–гель методом отримують оксиди або фосфати багатовалентних елементів. Серед мо- дифікаторів найбільш розповсюдженими є гід- рофосфат цирконію (ГФЦ) та силікагель, що зумовлено доступністю та дешевизною вихід- них реагентів для синтезу, простою процеду- рою одержання золей, а також малим розмі- ром частинок у золях. Силікагель звичайно ви- користовують для затримання води у поліме- рах за підвищених температур. Це важливо для композитів, які застосовуються у паливних еле- ментах. Область використвння ГФЦ є значно ширшою — цей неорганічний іоніт застосову- ють також при виготовленні композитів, при- значених для іонного обміну та електродіалі- зу. Гідрофосфат титану (ГФT) використовують значно рідше, зважаючи на певні труднощі при- готування золю, що обумовлено сильним гід- ролізом титанвмісних іонів. Тим не менш, за- стосовують золь–гель метод із використанням пропоксиду титану [50]. Вплив вмісту модифікатору на електро- провідність. Теорія перколяції. Теоретично зале- жність електричної провідності композиційних матеріалів від вмісту модифікатору повинна від- повідати теорії перколяції. Існує ряд підходів, які враховують об’ємну долю складових ком- позиту, електричну провідність модифікатору та матриці, фактор форми інкорпорованих час- тинок, змочуваність неорганічної та полімер- ної складової [51]. Теорії пояснюють швидке зростання провідності після певної критичної величини вмісту модифікатора у полімерній ма- триці (поріг перколяції). Залежність електропро- відності від вмісту модифікатору можна розді- лити та 3 області (рис. 4, а). При низькому вмісті неорганічної складо- вої електропровідні частинки відокремлені од- на від одної, тому провідність композиту бли- зька до провідності матриці. Різке зростання про- відності обумовлено формуванням суцільної провідної сітки наповнювача. При більшому вмі- сті модифікатора його вплив на електропрові- дність композиту є незначним. Порівняємо теоретичні (рис. 4, а) та деякі експериментальні дані (рис. 4, б). Вірогідно, ли- ше дані для композитів на основі полівініліден- фториду (ПВДФ) [52] та полі(2,6-діметил l-1, 4-фенілендіоксид) (ПДФО) [53], які містять по- хідну ГФЦ [52] та силікагель [53], є найбільш наближеними до перколяційної моделі. Стосо- вно композиту, який містить непровідний си- лікагель, високопровідний поліпірол (ППІ) мо- же розглядатися як модифікатор неорганічної матриці [54]. У цьому випадку залежність про- відності композиту від вмісту модифікатора відповідає порогу перколяції. Е.О.Коломієць, Ю.С.Дзязько, Т.В.Мальцева 86 ISSN 0041-6045. УКР. ХІМ. ЖУРН., 2019, т. 85, № 3 Перфторована мембрана демонструє зни- ження провідності зі збільшенням вмісту ГФЦ [55]. Криві для мембрани ППІ–ГФТ [56] та пер- форованої мембрани, модифікованої гідратова- ним діоксидом церію [57], проходять через мак- симум. Навпаки, крива для композиту на ос- нові сильнокислотної іонообмінної смоли де- монструє мінімум [58]. Таким чином, вказані композити не виявляють закономірностей, які передбачені теоріями перколяції. Це, певно, обу- мовлено негомогенністю структури композитів. Згідно з даними Tong зі співавторами, зро- стання електропровідності катіонообмінної смо- ли зумовлено збільшенням вмісту неагрегова- них наночастинок, а плато пов’язано з агрега- тами [53]. Аналогічно, інкорпоровані наночас- тинки ГФЦ покращують електропровідність [58]. Навпаки, агрегати та агломерати зменшують провідність іонообмінної смоли після першого циклу модифікування [47, 58]. Подальше вве- дення агломератів наночастинок приводить до збільшення електропровідності внаслідок роз- тягування транспортних пор [47]. Внесок до еле- ктропровідності протиіонів, які локалізовані у цих утвореннях, є вкрай незначним [47, 58]. Тим не менш, великі частинки впливають на пере- нос іонів опосередковано, такий вплив реалізу- ється при трансформації пористої структури полімерної складової. Вплив форми та розміру наночастинок на електропровідність композитів. Muriithi та Loy дослідили композит ПФМ, який містить ча- стинки силікагелю різної форми [58]. Найме- нші частинки (≈20 нм) підвищують електро- провідність полімеру з 15 дo 18 Oм–1⋅м–1, як- що відносна вологість становить 100 %. Великі частинки (дo ≈230 нм) зменшують електро- провідність. При відносній вологості 50 % ефект впливу розміру частинок на електропровід- ність не спостерігається. Електропровідність композиційних мембран залежить також від форми інкорпорованих час- тинок. Вплив силікагелевих волокон на змен- шення електропровідності сульфованого полі- aриленeтерсульфону є більш вираженим у порі- внянні з глобулярними частинками [59]. Од- нак композит, який містить волокна, демонст- рує найменшу енергію активації та найменшу зміну об’єму при набуханні. Морфологія частинок визначається кількі- стю неорганічної складової у реакційній сумі- ші, як відзначають Ossiander зі співавторами [60]. Силікагелеві волокна формуються у полі(2,2′- метафенілен-5,5′-дибензамідазолі), якщо вміст те- трасилоксану у реакційній суміші становить 40 %. Зростання вмісту неорганічної складової призводить до формування ізольованих глобу- лярних частинок. Деструкція композиту, який містить волокна, відбувається більш повільно, у порівнянні із композитом, модифікованим гло- булярними частинками. Більш повільною є i ди- фузія метанолу у такому матеріалі. Проте не за- фіксовано впливу форми частинок та кількості модифікатору на електропровідність композиту. Підвищення вмісту TiO2 [61] або силікаге- лю [62] у полімерних матрицях зменшує потік Електропровідні та сорбційні властивості композитів ... а б Рис. 4. Теоретична [51] (а) та експериментальна (б) залежності провідності від вмісту неорганічної складової за даними [52–57]. Легенда: ППІ — по- ліпірол, ПВДФ — полівініліденфторид, ПФМ — пер- форована мембрана, ППО — полі(2,6-диметил-1,4- феніленоксид), ПСК — полісурм’яна кислота. ISSN 0041-6045. УКР. ХІМ. ЖУРН., 2019, т. 85, № 3 87 метанолу, а також протонну провідність ком- позиційних мембран. Навпаки, вказані неорга- нічні компоненти, які функціоналізовані гру- пами SO3H, підвищують електропровідність полімерів та пригнічують дифузію метанолу [61, 63]. Незважаючи на неоднозначний вплив неорганічних частинок на провідність поліме- рів, відмічається їх позитивна роль, що поля- гає у розширенні інтервалу робочих темпера- тур, які можуть досягати навіть 160 oC [60, 63]. Оскільки органо-неорганічні іонообмінні ма- теріали характеризуються не тільки значною електропровідністю, але й великою обмінною єм- ністю, електропровідність, особливо заміщених форм іонітів, є непрямим методом, за резуль- татами якого можна прогнозувати швидкість сорбції іонів. Швидкість переносу іонів визна- чається або градієнтом електричного потенці- алу (електромембранні процеси), або градієн- том концентрації (сорбція). В обох випадках потік іонів в іонообмінному матеріалі є пря- мопропорційним коефіцієнту їх дифузії. Наяв- на в літературі інформація, яка стосується ос- танніх, наведена далі. Органо-неорганічні іоніти для сорбцій- ного вилучення іонів з водних розчинів Швидкість сорбції іонів визначається як по- лімерною, так і неорганічною складовими. По- рядок величин коефіцієнтів дифузії двозаряд- них іонів становить 10–12–10–13 м2⋅с–1 для ма- теріалів різного складу та морфології (таблиця). У випадку іонообмінної смоли, що містить не- агреговані наночастинки неорганічного іоніту, їх агрегати та агломерати, знайдено, що мо- дифікатор пришвидшує перенос іонів Cd2+ у динамічному режимі [47] та уповільнює рух іонів Ni2+ статичному [64]. Останнє обумовлено гідролізом іонів Ni2+ в іонітах та їх комплек- соутворенням з функціональними групами [65], проте взаємодія не уповільнює перенос іонів Cd2+ [47, 66]. Коефіцієнт дифузії іонів, які обмінюються, є одним з основних факторів, що впливають Е.О.Коломієць, Ю.С.Дзязько, Т.В.Мальцева Ефективні коефіцієнти дифузії, які відповідають обміну двозарядних катіонів металу на H+ Іоніт Розмір гранул1, мкм Іон D __ I–II,eff, м 2⋅с–1 Літера- тура Поліамід + ГФЦ 125 Zn2+ 7.81⋅10–13 [67] Pb2+ 1.17⋅10–12 Cu2+ 4.88⋅10–13 Смола Dowex HCR-S + ГФЦ (агрегати, aгломерати) (530); 630–880 Ca2+ (4.31⋅10–12); 1.22⋅10–12– 2.68⋅10–12 [47] Ni2+ (2.32⋅10–12); 5.30⋅10–13– 9.20⋅10–13 [64] Смола Dowex HCR-S + ГФЦ (неагреговані наночас- тинки, aгрегати, aгломерати) (530); 660 Cd2+ (2.43⋅10–11); 2.50⋅10–11– 4.34⋅10–11 [66] Ni2+ (7.80⋅10–12); 2.40⋅10–12– 5.50⋅10–12 [56] Полі-o-толуідін + фосфат торію 125 Ca2+ 3.90⋅10–13 [68]2 Ba2+ 3.90⋅10–13 Mn2+ 9.76⋅10–13 Zn2+ 6.51⋅10–13 Ni2+ 3.90⋅10–13 Поліанілін + ГФЦ–ГФT 125 Mg2+ 6.51⋅10–13 [69]2 Ca2+ 4.88⋅10–13 1 Дані у дужках відносяться до немодифікованої смоли; 2 джерело містить лише вихідні експеримен- тальні дані, аналіз яких дозволяє розрахувати коефіцієнти дифузії. 88 ISSN 0041-6045. УКР. ХІМ. ЖУРН., 2019, т. 85, № 3 на швидкість іонного обміну у динамічному режимі [29]. Іншими факторами є обмінна єм- ність іоніту, його селективність та концентрація фіксованих іонів (дисоційованих функціона- льних груп). На противагу немодифікованим іонітам та індивідуальному ГФЦ, для композиту, який мі- стить неагреговані наночастинки, притаманні більш високі обмінна ємність та коефіцієнт ди- фузії іонів Cd2+ [66]. При видаленні цих іонів з води, яка містить також іони жорсткості та ор- ганіку, цей композит демонструє більш високу ємність до проскоку, ніж немодифікований по- лімер. Аналогічні результати спостерігалися для композиту на основі макропористої смоли D-001, модифікованої великими частинками ГФЦ [15, 16]. У цьому випадку матеріал можна по- рівняти із композитом на основі полістиролу, який містить ГФЦ. Проте варто зазначити, що в деяких випад- ках швидкість сорбції на органо-неорганічних іонітах лімітується хімічною взаємодією іонів з функціональними групами. Такі закономірно- сті знайдено, наприклад, для сорбції катіонних [68, 69] та аніонних [70] сполук U(VI) на каті- онообмінній смолі, модифікованій ГФЦ [68, 69] та аніонообмінній, що містить гідратований ді- оксид цирконію. Однак сорбція відбувається до- сить швидко: у статичних умовах 50 % іонів ви- даляється менш ніж за годину [69]. Іоніти, які містять неагреговані наночастинки, характери- зуються більшою швидкістю сорбції [69] у по- рівнянні з матеріалами, модифікованими агре- гатами та агломератами наночастинок [68, 69]. Хімічна взаємодія може полягати в утворенні комплексів функціональних груп з іонами, що сорбуються [65], у формуванні недисоційова- них пар фіксований іон–протиіон, а також у пе- рерозподілі молекул води гідратних оболонок фіксований іон–протиіон. Останні два фактори, ймовірно, забезпечують підвищену селектив- ність аніонообмінних смол, модифікованих гід- ратованими оксидами багатовалентних металів, до арсенат-іонів [71–74]. Адсорбція катіонних барвників можлива за рахунок електростатич- ної взаємодії органічних катіонів з функціо- нальними групами полімерної та неорганіч- ної складових, а також внаслідок адсорбції на гідрофобних ділянках полімеру [75]. Відзнача- ється селективність композитів до іонів UO2 2+ [68] та Ni2+ [75]. У випадку великих іонів ура- нілу показано, що селективність обумовлена утворенням у полімерній складовій мікропор, розмір яких є співставним із розміром сорбо- ваних іонів. Це підтверджується відповідності ізотерм сорбції на композитах моделі Дубіні- на–Радушкевича. Комплекс функціональних властивостей ком- позитів на основі полімерних іонітів, який вклю- чає високу рухливість протиіонів, значну об- мінну ємність та селективність, дозволяє вико- ристовувати їх для електромембранного виділен- ня токсичних компонентів із розбавлених вод- них розчинів [76–78]. Такі процеси поєднують іонний обмін та міграцію іонів у фазі іоніту під дією градієнту потенціалу. У порівнянні з тради- ційним іонним обміном видалення іонів відбу- вається безперервно, оскільки функцію регене- руючого агента виконує електричний струм. Так, наприклад, органо-неорганічні катіоніти, модифі- ковані наночастинками ГФЦ, використані для виділення іонів Ni2+ [76] та Cd2+ [77] з води, яка містить надлишок іонів жорсткості. Аніоніт, мо- дифікований гідратованим діоксидом цирко- нію, застосовано для видалення хромат-іонів з розчину, який моделює промивні води гальва- нічних ванн [78]. ВИСНОВКИ. Сухі іонообмінні матеріали мі- стять неоднорідності різного розміру, які утво- рюються при синтезі полімеру, причому най- менші неоднорідності є кластерами, а більші по- в’язані з кристалічністю. Структуру гідратова- них іонообмінних матеріалів адекватно описує кластерно-канальна модель Хсу та Гірке. Число переносу заряджених частинок відповідає внес- ку кластерів та каналів (долі об’єму) до загаль- ної пористості. Розмір кластерів та каналів мо- же бути визначений методом малокутового роз- сіювання рентгенівських променів. Складна по- риста структура іонообмінних полімерів зумов- лює можливість формування неорганічних час- тинок у тих або інших порах. Введення неор- ганічного іоніту до полімеру приводить до по- яви додаткових осмотично активних центрів Електропровідні та сорбційні властивості композитів ... ISSN 0041-6045. УКР. ХІМ. ЖУРН., 2019, т. 85, № 3 89 (фіксованих іонів та протиіонів модифікатора), які впливають на тиск набухання композитів, що, вочевидь, впливає на швидкість переносу іонів. Органо-неорганічні іоніти характеризую- ться не тільки значною обмінною ємністю та селективністю, але й досить великими ефекти- вними коефіцієнтами дифузії двозарядних каті- онів. Іншими словами, сорбція на таких іоні- тах відбувається досить швидко. Це вказує на перспективність застосування таких матеріалів в іонообмінних і мембранних процесах роз- ділення і очищення водних розчинів, а також, у випадку високої селективності неорганічної складової, для вибіркового вилучення цільо- вих іонів. ЭЛЕКТРОПРОВОДЯЩИЕ И СОРБЦИОННЫЕ СВОЙ- СТВА КОМПОЗИТОВ НА ОСНОВЕ ИОНООБМЕН- НЫХ ПОЛИМЕРОВ Е.А.Коломиец, Ю.С.Дзязько, Т.В.Мальцева Институт общей и неорганической химии им. В.И.Вернадского НАН Украины, просп. Ака- демика Палладина, 32/34, Киев, 03142, Украина e-mail: kolomiyetsy@gmail.com Обзор посвящен условиям создания и функ- циональным свойствам органо-неорганических ио- нообменных материалов, которые в виде сорбен- тов и мембран могут быть применены в процессах разделения, а также очистки воды и комбинирован- ных растворов технологического происхождения. Рассмотрены структура воздушно-сухих и гидра- тированных органических ионообменных полиме- ров, условия создания органо-неорганических ио- нообменных материалов, а также их составляю- щие, взаимодействие составляющих и соответ- ствующая классификация. Сухие ионообменные материалы содержат неоднородности разного раз- мера, образующиеся при синтезе полимера, при- чем самые маленькие неоднородности представ- ляют собой кластеры, а большие связаны с кристал- личностью. Структуру гидратированных ионооб- менных материалов адекватно описывает кластер- но-канальная модель Хсу и Гирке. Число переноса заряженных частиц соответствует вкладу класте- ров и каналов (доли объема) в общую пористость. Размер кластеров и каналов может быть определен методом малоуглового рассеяния рентгеновских лучей. Сложная пористая структура ионообмен- ных полимеров предопределяет возможность фор- мирования неорганических частиц в тех или иных порах. Введение неорганического ионита в поли- мер приводит к появлению дополнительных осмо- тически активных центров (фиксированных ионов и противоионов модификатора), которые влияют на давление набухания композитов. Относительно функциональных свойств органо-неорганических материалов приведены данные о влиянии формы и размера наночастиц неорганической составляю- щей на электропроводность композитов, примеры применения органо-неорганических сорбентов в ионообменных колонках, а также эффективные коэффициенты диффузии, соответствующие обме- ну двухзарядных катионов металлов (Zn2+, Pb2+, Cu2+, Ca2+, Ni2+) на H+ органо-неорганических сор- бентов, в основном органического катионита Do- wex HCR-S с инкорпорированными частицами ги- дрофосфата циркония. Показана перспективность применения таких материалов в ионообменных и мембранных процессах разделения и очистки во- дных растворов, а также в процессах эффективного выборочного извлечения целевых ионов. К л ю ч е в ы е с л о в а: разделение ионов, органо-неорганические ионообменные материа- лы, пористая структура полимеров, электропро- водность, коэффициенты диффузии. ELECTRICAL CONDUCTIVITY AND SORPTION PROPERTIES OF THE COMPOSTES BASED ON ION EXCHANGE POLYMERS E.O.Kolomiyets, Yu.S.Dzyazko, T.V.Maltseva V.I.Vernadsky Institute of General and Inorganic Chemistry of the National Academy of Sciences of Ukraine, 32/34 Academic Palladin Avenue, Kyiv, 03142, Ukraine e-mail: kolomiyetsy@gmail.com The review is devoted to the conditions for the creation and functional properties of organіс-inorganic ion-exchange materials, which in the form of sorbents and membranes can be applied in the processes of sepa- ration, as well as the purification of water and combined solutions of technological origin. The structure of air- dry and hydrated organic ion-exchange polymers, conditions for the creation of organiс-inorganic ion- exchange materials, as well as their components, inte- raction of components and the corresponding classifi- cation are considered. Dry ion-exchange materials con- tain heterogeneities of different sizes, which are formed during the synthesis of polymer, with the smallest hete- rogeneities represent clusters, and the larger ones are related to crystallinity. The structure of hydrated ion- Е.О.Коломієць, Ю.С.Дзязько, Т.В.Мальцева 90 ISSN 0041-6045. УКР. ХІМ. ЖУРН., 2019, т. 85, № 3 mailto:kolomiyetsy@gmail.com mailto:kolomiyetsy@gmail.com exchange materials adequately describes the cluster- channel model of Hsu and Girke. The number of charged particles transferred corresponds to the contri- bution of clusters and channels (volume fractions) to total porosity. The size of the clusters and channels can be determined by the method of small-angle X-ray scattering. The complex porous structure of ion-ex- change polymers makes it possible to form inorganic particles in the one’s pores. The introduction of inorga- nic ion exchangers into the polymer leads to the appea- rance of additional osmotically active centers (fixed ions and antimony modifiers) that influence the compression pressure of composites. Regarding the functional properties of organiс-inorganic materials, data on the influence of the form and size of the na- noparticles of the inorganic component on the electri- cal conductivity of composites, examples of the use of organiс-inorganic sorbents in ion-exchange columns, and also effective diffusion coefficients corresponding to the exchange of two-charge metal cations (Zn2+, Pb2+, Cu2+, Ca2+, Ni2+) on H+ organo-inorganic sor- bents, for the most part, organic cationite Dowex HCR-S with incorporated particles of zirconium hyd- rophosphate, are presented. The prospect of applicati- on of such materials in ion-exchange and membrane processes of separation and purification of aqueous solutions, as well as in the processes of efficient selec- tive extraction of target ions, is shown. K e y w o r d s: separation of ions, organic-inorga- nic ion exchange materials, porous structure of po- lymers, electrical conductivity, diffusion coefficients. ЛІТЕРАТУРА 1. Yeager H.L., Eisenberg A. Perfluorinated Iono- mer Membranes // ACS Symposium Series. N 180. -Washington: Am. Chem. Soc., 1982. -P. 1. 2. Hsu W.Y., Gierke T.D. Ion transport and cluste- ring in Nafion perfluorinated membranes // J. Membr. Sci. -1983. -13, № 3. -P. 307–326. 3. Kononenko N.A., Fomenko M.A., Volfkovich Y.M. Structure of perfluorinated membranes investi- gated by method of standard contact porosimetry // Adv. Colloid. Interface Sci. -2015. -222. -P. 425–435. 4. Eisenberg A. Clustering of ions in organic po- lymers. A theoretical approach // Macromolecu- les. -1970. -3, № 2. -P. 147–154. 5. Weiss R.A, Macknight W.Y., Lundberg R.D. Stru- cture and application of ion containing polymers // ACS Symposium Series. -N 302. -Washington: Am. Chem. Soc., 1986. -P. 2–19. 6. Dreifus B. Clustering and hydration in ionomers // ACS Symp. Series. -N 302. -Washington: Am. Chem. Soc., 1985. -P. 103–119. 7. Fujimura M., Hashimoto T., Kawai H. Small-an- gle X-ray scattering study of perfluorinated iono- mer membranes. 1. Origin of two scattering maxi- ma // Macromolecules. -1983. -14. -P. 1309–1315. 8. James P.J., Elliott J.A., McMaster T.J. et al. Hyd- ration of Nafion studied by AFM and X-ray scattering. Pt I // J. Mater. Sci. -2000. -35, № 20. -P. 5111–5119. 9. James P.J., Elliott J.A., McMaster T.J. et al. Hydration of Nafion studied by AFM and X- ray scattering. Pt II // J. Mater. Sci. -2000. -35, № 20. -P. 5120–5129. 10. Young S.K., Trevino S.F., Beck Tan N.C. Small- Angle Neutron Scattering Investigation of Stru- ctural Changes in Nafion Membranes Induced by Swelling with Various Solvents // J. Polym. Sci. Pt B: Polym. Phys. -2002. -40, № 4. -P. 387–400. 11. Dzyazko Yu.S., Ponomareva L.N., Volfkovich Y.M. et al. Conducting properties of a gel ionite modified with zirconium hydrophosphate nano- particles // Russ. J. Electrochem. -2013. -49, № 3. -P. 209–215. 12. Dobrevsky J., Zvezdov A. Investigation of pore structure of ion exchange membranes // Desalina- tion. -1979. -28, № 3. -P. 283–289. 13. Kun. K.A., Kunin R. The pore structure of macro- reticular ion exchange resins // J. Polym. Sci.: Polym. Symp. -1967. -16, № 3. -P. 1457–1469. 14. Kononenko N., Nikonenko V., Grande D. et al. Porous structure of ion exchange membranes investigated by various technique // Adv. Colloid. Interface Sci. -2017. -246. -P. 196–216. 15. Jia K., Pan B., Lv L., Zhang Q. et al. Impregna- ting titanium phosphate nanoparticles onto a porous cation exchanger for enhanced lead re- moval from waters // J. Colloid Interface Sci. -2009. -331, № 2. -P. 453–457. 16. Zhang Q.R., Du W., Pan B.C. et al. A compara- tive study on Pb2+, Zn2+ and Cd2+ sorption onto zirconium phosphate supported by a cation ex- changer // J. Hazardous Mater. -2008. -152. -P. 469–475. 17. Eikerling M.,. Kornyshev A.A, Stimming U.J. Elec- trophysical properties of polymer electrolyte membranes: a random network model // J. Phys. Chem. B. -1997. -101, № 50. -P. 10807––10820. 18. Verbrugge M.W., Hill R.F. Ion and solvent trans- port in ion-exchange membranes I. A Macroho- mogeneous Mathematical Model // J. Electro- chem. Soc. -1990. -137, № 3. -P. 886–893. 19. Wescott J.T. Mesoscale simulation of morpho- logy in hydrated perfluorosulfonic acid membra- Електропровідні та сорбційні властивості композитів ... ISSN 0041-6045. УКР. ХІМ. ЖУРН., 2019, т. 85, № 3 91 nes // J. Chem. Phys. -2006. -124, № 13. -134702. https://doi.org/10.1063/1.2177649 20. Mauritz K.A., Moore R.B. State of Understanding of Nafion // Chem. Rev. -2004. -104, № 10. -P. 4535–4585. 21. Schmidt-Rohr K., Chen Q. Parallel cylindrical wa- ter nanochannels in Nafion fuel-cell membranes // Nature Mat. -2008. -7. -P. 75–83. 22. Kononenko N.A., Berezina N.P., Vol’fkovich Yu.M. et al. // J. Appl. Chem. USSR. -1985. -58, № 10. -P. 2029–2033. 23. Berezina N.P., Kononenko N.A., Vol’fkovich Yu.M. et al. // Russ. J. Electrochem. -1994. -30, № 3. -P. 329–335. 24. Berezina N.P., Kononenko N.A., Dyomina O.A., Gnusin N.P. Characterization of ion-exchange membrane materials: properties vs structure // Adv. Colloid. Interface Sci. -2008. -139. -P. 328. 25. Yaroslavtsev A.B., Nikonenko V.V., Zabolotsky V.I. Ion transfer in ion-exchange and membrane materials // Russ. Chem. Rev. -2003. -72, № 5. -P. 393–421. 26. Yaroslavtsev A.B., Nikonenko V.V. Ion-exchange membrane materials: properties, modification, and practical application // Nanotech. in Russia. - 2009. -4, № 3–4. -P. 137–159. 27. Nikonenko V.V., Yaroslavtsev A.B., Pourcelly G. In Ionic interactions in natural and synthetic nacromolecules / Eds. Ciferri A., Perico A. -New Jersey: Wiley, Hoboken. - 2012. -P. 267–335. 28. Volfkovich Y.M. Influence of the electric doub- le layer on the internal interfaces in ann ion-exchan- ger on its electrochemical and sorption properties // Soviet Electrochem. -1984. -20, № 5. -P. 621– 628. 29. Helfferich F. Ion exchange. Second ed. -New- York: Dover Publ., 1995. 30. Mark J.E. Physical Properties of Polymers Handbook. Second ed. -New-York: Springer- Verlag, 2007. 31. Kimoto K. Water absorption and Donnan equilib- ria of per-fluoroionomer membranes for the chlor- alkali process // Electrochem. Sci. Tech. -1983. -130, № 2. -Р. 334–341. 32. Flory P.J., Rehner J.J. Statistical mechanics of cross-linked polymer networks. II. Swelling // J. Chem. Phys. -1943. -11, № 11. -P. 521–526. 33. Pushpa K.K., Nandan D., Iyer R.M. Thermodyna- mics of water sorption by perfluorosulphona- te (Nafion-117) and polystyrene–divinylbenzene sulphonate (Dowex 50W) ion-exchange resins at 298 ± 1 K // J. Chem. Soc., Faraday Trans. -1988. -1, № 84. -P. 2047–2056. 34. Nussinovitch A. Polymer Macro- and Micro-Gel Beads: Fundamentals and Applications. -New York, Dordrecht Heidelberg, London: Springer, 2010. 35. Gregg S.J., Sing K.S.W. Adsorption, surface area and porosity. -London: Academic Press, 1991. 36. Harland C.E. Ion exchange theory and practice. second ed., Cambrige: Royal Soc. Chem. Publ., 1994. 37. Brun M., Quinson J.-F., Blanc R. et al. Caracteri- sation texturale de resines en milieu reactionnel // Macromol. Chem. Phys. -1981. -182, № 3. -P. 873–882. 38. Rouquerol J., Baron G., Denoyel R. et al.. Liquid intrusion and alternative methods for the charac- terization of macroporous materials // Pure Appl. Chem. -2011. -84, № 2. -P. 107–136. 39. Volfkovich Yu.M., Bagotsky V.S. Experimental methods for investigations of porous materials and powders // Structural properties of different materials and powders used in different fields of science and technology. Eds. Volfkovich Yu.M., Filippov A.N., Bagotsky V.S. -London, Heidel- berg, New York, Dordrecht: Springer, 2014. -P. 1–8. 40. Volfkovich Yu.M., Sosenkin V.E. Porous structu- re and wetting of fuel cell components as the factors determining their electrochemical charac- teristics // Russ. Chem. Rev. -2012. -81, № 10. -P. 936–959. 41. Volfkovich Yu.M., Sakars A.V., Volinsky A.A. Ap- plication of the standard porosimetry method for nanomaterials // Int. J. Nanotech. -2005. -2, № 3. -P. 292–302. 42. Tripathi B.P., Shahi V.K. Organic–inorganic na- nocomposite polymer electrolyte membranes for fuel cell applications // Progr. Polymer Sci. - 2011. -36, № 7. -P. 945–979. 43. Sanchez C., Julian B., Belleville P., Popall M. Ap- plications of hybrid organic-inorganic nanocom- posites // J. Mater. Chem. -2005. -15, № 35–36. -P. 3559–3592. 44. Rezakazem M., Sadrzadeh M., Mohammadi T., Matsuura T. Methods for the preparation of orga- nic–inorganic nanocomposite polymer electroly- te membranes for fuel cells // Organic–inorga- nic composite polymer electrolyte membranes. Eds. Inamuddin M.A., Asiri A.M. -Switzerland: Springer, 2017. -P. 311–325. 45. Jones D.J., Roziere J. Fuel cell technology and applications // Handbook of fuel cells: fundamen- tals, technology, and applications. Eds. Vielstich W., Gasteiger H.A., Lamm A. Vol. 3. -Chicheter: Wiley, 2003. P. 447–455. 46. Lu Yu.-K., Yan X.-P. An Imprinted Organic-Inor- ganic Hybrid Sorbent for Selective Separation of Cadmium from Aqueous Solution //ACS Publ., Anal. Chem. -2004. -76, № 2. -P. 453–457. Е.О.Коломієць, Ю.С.Дзязько, Т.В.Мальцева 92 ISSN 0041-6045. УКР. ХІМ. ЖУРН., 2019, т. 85, № 3 https://doi.org/10.1063/1.2177649 47. Dzyazko Yu.S., Ponomaryova L.N., Volfkovich Yu.M. et al. // Micropor. Mesopor. Mater. -2014. -198. -P. 55–62. 48. Rathore B.S., Sharma G., Pathania D., Gupta V.K. Synthesis, characterization and antibacterial ac- tivity of cellulose acetate–tin (IV) phosphate nanocomposite // Carbohydr. Polymers. -2014. -103. -P. 221–227. 49. Akhavan B., Jarvis K., Majewski P. Plasma Po- lymer-Functionalized Silica Particles for Heavy Metals Removal // ACS Appl. Mater. Interfaces. -2015. -7, № 7. -P. 4265–4274. 50. Sahu A.K., Bhat S.D., Pitchumani S. et al. Novel organic–inorganic composite polymer-electrolyte membranes for DMFCs // J. Membr. Sci. -2009. -345, № 1–2. -P. 305–314. 51. Taherian R. Experimental and analytical model for the electrical conductivity of polymer-based nanocomposites // Composites Sci. Technol. - 2016. -123. -P. 17–31. 52. Casciola M., Alberti G., Ciarletta A. et al. Nano- composite membranes made of zirconium phos- phate sulfophenylenphosphonate dispersed in polyvinylidene fluoride: Preparation and proton conductivity // Solid State Ionics. -2005. -176, № 39–40. -P. 2985–2989. 53. Tong X., Zhang B., Fan Y., Chen Y. Mechanism exploration of ion transport in nanocomposite cat- ion exchange membranes // Appl. Mater. Interfa- ces. -2017. -9, № 15. -P. 13491–13499. 54. Khan A.A., Alam M.M., Inamuddin M.F. Electri- cal conductivity and ion-exchange kinetic studi- es of a crystalline type ‘organic–inorganic’ ca- tion-exchange material: polypyrrole/polyantimo- nic acid composite system, (Sb2O5) (–C4H2NH–) ⋅nH2O // J. Electroanalyt. Chem. -2004. -572, № 1. -P. 67–78. 55. Sahu A.K., Bhat S.D., Pitchumani S. et al. Novel organic–inorganic composite polymer-electrolyte membranes for DMFCs // J. Membr. Sci. -2009. -345, № 1–2. -P. 305–314. 56. Khan A.A., Paquiza L. Electrical behavior of conducting polymer based ‘polymeric–inorga- nic’ nanocomposite: Polyaniline and polypyrrole zirconium titanium phosphate // Synth. Metals. -2011. -161, № 9–10. -P. 899–905. 57. Kuznetsova E.V., Safronova E.Yu., Ivanov V.K. et al. Transport properties of hybrid materials based on MF-4SC perfluorinated ion exchange membranes and nanosized ceria // Nanotechno- logies in Russia. -2013. -8, № 7–8. -P. 461–465. 58. Muriithi B., Loy D.A. Proton Conductivity of Nafion/Ex-Situ Sulfonic Acid-Modified Stцber Silica Nanocomposite Membranes As a Function of Temperature, Silica Particles Size and Surface Modification // Membranes. -2016. -6, № 1. -P. 12–17. 59. Won J.-H., Lee H.-J., Lim J.-M. et al. Anomalous behavior of proton transport and dimensional stability of sulfonated poly(arylene ether sulfone) nonwoven/silicate composite proton exchange membrane with dual phase co-continuous mor- phology // J. Membr. Sci. -2014. -450. -P. 235–241. 60. Ossiander T., Heinzl C., Gleich S. et al. Influence of the size and shape of silica nanoparticles on the propertiesand degradation of a PBI-based high temperature polymerelectrolyte membrane // J. Membr. Sci. -2014. -454. -P. 12–19. 61. Xu T., Hou W., Shen X. et al. Sulfonated titania submicrospheres-doped sulfonated poly(ether et- her ketone) hybrid membranes with enhanced proton conductivity and reduced methanol per- meability // J. Power Sour. -2011. -196, № 11. -P. 4934–4942. 62. Feng Sh., Shang Yu., Liu G. et al. Novel modifi- cation method to prepare crosslinked sulfonated poly(ether ether ketone)/silica hybrid membranes for fuel cells // J. Power Sour. -2010. -195, № 19. -P. 6450–6458. 63. He Y., Fu Yu., Geng L. et al. A facile route to enhance the properties of polymer electrolyte- based organic–inorganic hybrid proton exchan- ge membranes // Solid State Ionics. -2015. -283. -P. 1–9. 64. Dzyazko Yu.S., Ponomareva L.N., Volfkovich Yu.M., Sosenkin V.E. Effect of the porous structure of polymer on the kinetics of Ni2+ exchange on hybrid inorganic-organic ionites // Russ. J. Phys. Chem. -2012. -86, № 6. -P. 913––919. 65. Dzyazko Yu.S., Trachevskii V.V., Rozhdestvenska- ya L.M. et al. Interaction of sorbed Ni(II) ions with amorphous zirconium hydrogen phosphate // Russ. J. Phys. Chem. -2013. -87, № 5. -P. 840–845. 66. Dzyazko Yu.S., Ponomaryova L.N., Volfkovich Yu.M. et al. Polymer ion-exchangers modified with zirconium hydrophosphate for removal of Cd2+ ions from diluted solutions // Separ. Sci. Technol. -2013. -48, № 4. -P. 2140–2149. 67. Al-Othman Z.A., Alam M.M., Naushad M. Heavy toxic metal ion exchange kinetics: Validation of ion exchange process on composite cation exchanger nylon 6,6 Zr(IV) phosphate // J. Ind. Eng. Chem. -2013. -19, № 3. -P. 956–960. 68. Dzyazko Yu.S., Perlova O.V., Perlova N.A. et al. Composite cation-exchange resins containing zir- conium hydrophosphate for purification of water from U (VI) cations // Desalination and Water Treatment. -2017. -69. -P. 142–152. 69. Perlova N., Dzyazko Y., Perlova O. et al. Compo- site cation-exchange resins containing zirconium Електропровідні та сорбційні властивості композитів ... ISSN 0041-6045. УКР. ХІМ. ЖУРН., 2019, т. 85, № 3 93 hydrophosphate for purification of water from U (VI) cations // Nanoscale Research Letters. - 2017. -12. -P. 209. https://doi.org/10.1186/s116 71-017-1987-y 70. Perlova O., Dzyazko Yu., Halutska I. et al. Anion exchange resin modified with nanoparticles of hydrated zirconium dioxide for sorption of solub- le U(VI) compounds // Springer Proc. Physics. -2018. -210. -Р. 3–15. 71. Kudelko K., Maltseva T., Belyakov V. Effect of incorpotration of hydrfted oxides of Sn(IV), Zr(IV), and Fe(III) in a matrix of the anion exchanger Dowex SBR-P on the sorption capacity towards the of arsenic (V) anion // Int. J. Wastewater Treatment. -2016. -2, № 2. -P. 1–5. 72. Мальцева Т.В., Коломиец Е.А., Василюк С.Л. Гибридные сорбенты на основе гидратиро- ванных оксидов Zr(IV), Ti(IV), Sn(IV) и Fe(III) для удаления мышьяка /// Химия и технол. воды. -2017. -39, № 4. -С. 386–396. 73. Мальцева Т.В., Беляков В.Н., Пальчик А.В. и др. Извлечение анионных форм As(V) органо- неорганическими ионитами на основе органи- ческих смол оксигидрата Ti // Химия и тех- нол. воды. -2017. -39, № 2. -С. 148–156. 74. Maltseva T.V., Kolomiets E.O., Dzyazko Yu.S., Scherbakov S. Composite anion-exchangers mo- dified with nanoparticles of hydrated oxides of multivalent metals // Appl. Nanoscience. -2018. https://doi.org/10.1007/s13204-018-0689-9 75. Ponomarova L., Dzyazko Yu., Volfkovich Yu. еt al. Effect of Incorporated Inorganic Nanoparticles on Porous Structure and Functional Properties of Strongly and Weakly Acidic Ion Exchangers // Springer Proc. Phys. -2018. -214. -Р. 63–77. 76. Dzyazko Yu.S., Ponomaryova L.N., Rozhdestven- skaya L.M. et al. Electrodeionization of low- concentrated multicomponent Ni2+-containing solutions using organic-inorganic ion-exchangers // Desalination. -2014. -342. -P. 52–60. 77. Dzyazko Yu.S., Volfkovich Y.M., Ponomaryova L.N. et al. Composite ion-exchangers based on flexi- ble resin containing zirconium hydrophosphate for electromembrane separation // J. Nanosci. Technol. -2016. -2, № 1. -P. 43–49. 78. Dzyazko Yu., Kolomyets E., Borysenko Yu. et al. Organic-inorganic sorbents containing hydrated zirconium dioxide for removal of chromate ani- ons from diluted solutions // Materials Today: Proceedings. -2019. -6, № 2. -P. 260–269. REFERENCES 1. Yeager H. L., Eisenberg A. Perfluorinated Iono- mer Membranes. ACS Symposium Series. No. 180. Washington: American Chemical Society. 1982: 1. 2. Hsu W.Y., Gierke T.D. Ion transport and cluste- ring in Nafion perfluorinated membranes. J. Membr. Sci. 1983. 13 (3): 307. 3. Kononenko N.A., Fomenko M.A., Volfkovich Y.M. Structure of perfluorinated membranes investi- gated by method of standard contact porosimetry. Adv.Colloid. Interface Sci. 2015. 222: 425. 4. Eisenberg A. Clustering of ions in organic po- lymers. A theoretical approach. Macromolecules. 1970. 3 (2): 147. 5. Weiss R.A., Macknight W.Y., Lundberg R.D. Structure and application of ion containing po- lymers. ACS Symposium Series. N 302. Wa- shington: American Chemical Society. 1986: 2. 6. Dreifus B. Clustering and hydration in ionomers. Coulombic Interactions in Macromolecular Sys- tems, ACS Symposium Series. 302: 103, ISBN 13: 9780841209602 7. Fujimura M., Hashimoto T., Kawai H. Small- angle X-ray scattering study of perfluorinated ionomer membranes. 1. Origin of two scattering maxima. Macromolecules. 1983. 14: 1309. 8. James P.J., Elliott J.A., McMaster T.J., Newton J.M., Elliot A.M.S., Hanna S., Miles M.J. Hyd- ration of Nafion studied by AFM and X-ray scattering. Part I. J. Mater. Sci. 2000. 35 (20): 5111. 9. James P.J., Elliott J.A., McMaster T.J., Newton J.M., Elliot A.M.S., Hanna S., Miles M.J. Hyd- ration of Nafion studied by AFM and X-ray scattering. Part II. J. Mater. Sci. 2000. 35 (20): 5120. 10. Young S.K., Trevino S.F., Beck Tan N.C. Small- Angle Neutron Scattering Investigation of Stru- ctural Changes in Nafion Membranes Induced by Swelling with Various Solvents. J. Polym. Sci., Part B: Polym. Phys. 2002. 40 (4): 387. 11. Dzyazko Yu.S., Ponomareva L.N., Volfkovich Y.M., Sosenkin V.E., Belyakov V.N. Conducting properties of a gel ionite modied with zirconium hydrophosphate nanoparticles. Russ. J. Electroc- hem. 2013. 49 (3): 209. 12. Dobrevsky J., Zvezdov A. Investigation of pore structure of ion exchange membranes. Desalina- tion. 1979. 28 (3): 283. 13. Kun K.A., Kunin R. The pore structure of macro- reticular ion exchange resins. J. Polym. Sci.: Po- lym. Symp. 1967. 16 (3): 1457. 14. Kononenko N., Nikonenko V., Grande D., Lar- chet C., Dammak L., Fomenko M., Volfkovich Yu. Porous structure of ion exchange membranes investigated by various techniques. Adv. Colloid. Interface Sci. 2017. 246: 196. 15. Jia K., Pan B., Lv L., Zhang Q., Wang X., Pan B., Zhang W. Impregnating titanium phosphate na- noparticles onto a porous cation exchanger for Е.О.Коломієць, Ю.С.Дзязько, Т.В.Мальцева 94 ISSN 0041-6045. УКР. ХІМ. ЖУРН., 2019, т. 85, № 3 https://doi.org/10.1186/s116 https://doi.org/10.1007/s13204-018-0689-9 enhanced lead removal from waters. J. Colloid Interface Sci. 2009. 331 (2): 453. 16. Zhang Q.R., Du W., Pan B.C., Pan B.J., Zhan W.M.,. Zhan Q.J,. Xu Z.W, Zhang Q.X. A compa- rative study on Pb2+, Zn2+ and Cd2+ sorption onto zirconium phosphate supported by a cation exchanger. J. Hazardous Mater. 2008. 152: 469. 17. Eikerling M., Kornyshev A. A., Stimming U.J. Electrophysical properties of polymer electrolyte membranes: a random network model. J. Phys. Chem. B. 1997. 101 (50): 10807. 18. Verbrugge M.W., Hill R.F. Ion and solvent trans- port in ion-exchange membranes I. A Macroho- mogeneous Mathematical Model. J. Electrochem. Soc. 1990. 137 (3): 886. 19. Wescott J.T. Mesoscale simulation of morpho- logy in hydrated perfluorosulfonic acid membra- nes. J. Chem. Phys. 2006. 124 (13): 134702. 20. Mauritz K.A., Moore R.B. State of Understan- ding of Nafion. Chem. Rev. 2004. 104 (10): 4535. 21. Schmidt-Rohr K., Chen Q. Parallel cylindrical wa- ter nanochannels in Nafion fuel-cell membranes. Nature Mat. 2008. 7: 75. 22. Kononenko N.A., Berezina N.P., Vol’fkovich Yu.M., Shkol’nikov E.I., Blinov I.A. Investigation of ion-exchange materials structure by standard porosimetry method. J. Appl. Chem. USSR. 1985. 58 (10): 2029. 23. Berezina N.P., Kononenko N.A., Vol’fkovich Yu.M. Hydrophilic properties of heterogeneous ion-exchange membranes. Russ. J. Electrochem. 1994. 30 (3): 329. 24. Berezina N.P., Kononenko N.A., Dyomina O.A., Gnusin N.P., Characterization of ion-exchange membrane materials: properties vs structure. Adv. Colloid. Interface Sci. 2008. 139: 3. 25. Yaroslavtsev A.B., Nikonenko V.V., Zabolotsky V.I. Ion transfer in ion-exchange and membrane materials. Russ. Chem. Rev. 2003. 72 (5): 393. 26. Yaroslavtsev A.B., Nikonenko V.V. Ion-exchan- ge membrane materials: properties, modification, and practical application. Nanotech. in Russia. 2009. 4 (3-4): 137. 27. Nikonenko V.V., Yaroslavtsev A.B., Pourcelly G. Ion transfer through charged membranes: struc- ture, properties, and theory. Ionic interacti- ons in natural and synthetic nacromolecules. Ciferri A., Perico A. (eds.). (New Jersey: Wiley, Hoboken, 2012). P. 267. ISBN: 9781118165850. 28. Volfkovich Y.M. Influence of the electric double layer on the internal interfaces in ann ion-exchan- ger on its electrochemical and sorption properties. Soviet Electrochem. 1984. 20 (5): 621. 29. Helfferich F. Ion exchange, second ed. (New York: Dover Publications, 1995). ISBN-10: 0486687848. 30. Mark J.E. Physical Properties of Polymers Hand- book, second ed. (New York: Springer-Verlag, 2007). ISBN 978-0-387-69002-5. 31. Kimoto K. Water absorption and Donnan equilib- ria of per-fluoroionomer membranes for the chlor-alkali process. Electrochem. Sci. Tech. 1983. 130 (2): 334. 32. Flory P.J., Rehner J.J. Statistical mechanics of cross-linked polymer networks. II. Swelling. J. Chem. Phys. 1943. 11 (11): 521. 33. Pushpa K.K., Nandan D., Iyer R.M. Thermodyna- mics of water sorption by perfluorosulphonate (Nafion-117) and polystyrene–divinylbenzene sulphonate (Dowex 50W) ion-exchange resins at 298 1 K. J. Chem. Soc., Faraday Trans. 1988. 1 (84): 2047. 34. Nussinovitch A. Polymer Macro- and Micro-Gel Beads: Fundamentals and Applications. (New York, Dordrecht, Heidelberg, London: Springer, 2010). ISBN 978-1-4419-6617-9 35. Gregg S.J., Sing K.S.W. Adsorption, surface area and porosity. (London: Academic Press, 1991). 36. Harland C.E. Ion exchange – theory and practice, se- cond ed. (Cambrige UK: Royal Society of Che- mistry Publisher, 1994). ISBN: 0-85186- 484-8. 37. Brun M., Quinson J.-F., Blanc R., Negre M., Spitz R., Barth M. Caracterisation texturale de resines en milieu reactionnel. Macromol. Chem. and Physics. 1981. 182 (3): 873. 38. Rouquerol J., Baron G., Denoyel R., Giesche H., Groen J., Klobes P., Levitz P., Neimark A.V., Rigby S., Skudas R., Sing K., Thommes M., Un- ger K. Liquid intrusion and alternative methods for the characterization of macroporous materials. Pure Appl. Chem. 2011. 84 (2): 107. 39. Volfkovich Yu.M., Bagotsky V.S. Experimental methods for investigations of porous materials and powders. In: Structural properties of different materials and powders used in different fields of science and technology. (London, Heidelberg, New York, Dordrecht: Springer, 2014). P. 1. ISBN: 978-1-4471-6376-3. 40. Volfkovich Yu.M., Sosenkin V.E. Porous struc- ture and wetting of fuel cell components as the factors determining their electrochemical charac- teristics. 2012. 81 (10): 936. 41. Volfkovich Yu.M., Sakars A.V., Volinsky A.A. Application of the standard porosimetry method for nanomaterials. Int. J. Nanotech. 2005. 2 (3): 292. 42. Tripathi B.P., Shahi V.K. Organic–inorganic na- nocomposite polymer electrolyte membranes for fuel cell applications. Progr. in Polymer Sci. 2011. 36 (7): 945. Електропровідні та сорбційні властивості композитів ... ISSN 0041-6045. УКР. ХІМ. ЖУРН., 2019, т. 85, № 3 95 43. Sanchez C., Julian B., Belleville P., Popall M. Ap- plications of hybrid organic-inorganic nanocom- posites. J. Mater. Chem. 2005. 15 (35–36): 3559. 44. Rezakazem M., Sadrzadeh M., Mohammadi T., Matsuura T. Methods for the preparation of orga- nic–inorganic nanocomposite polymer electrolyte membranes for fuel cells. In: Organic-inorganic composite polymer electrolyte membranes. Ina- muddin M.A., Asiri A.M. (eds.). (Switzerland: Springer, 2017). P. 311. ISBN 978-3-319-52739-0. 45. Jones D.J., Roziere J. Fuel cell technology and applications. In Handbook of fuel cells: funda- mentals, technology, and applications. Vielstich W., Gasteiger H.A., Lamm A. (eds.). Vol. 3. (Wi- ley;Chicheter, 2003). P. 447. ISBN: 978-0-471- 49926-8. 46. Yu.-K., X.-P. An Imprinted Organic-Inorganic Hybrid Sorbent for Selective Separation of Cad- mium from Aqueous Solution. ACS Publ., Anal. Chem. 2004. 76 (2): 453. 47. Dzyazko Yu.S., Ponomaryova L.N., Volfkovich Yu.M., Trachevskii V.V., Palchik A.V. Ion-ex- change resin modified with aggregated nano- particles of zirconium hydrophosphate. Morpho- logy and functional properties. Micropor. Meso- por. Mater. 2014. 198: 55. 48. Rathore B.S., Sharma G., Pathania D., Gupta V.K. Synthesis, characterization and antibacterial acti- vity of cellulose acetate–tin (IV) phosphate nano- composite. Carbohydr. Polymers. 2014. 103: 221. 49. Akhavan B., Jarvis K., Majewski P. Plasma Po- lymer-Functionalized Silica Particles for Heavy Metals Removal. ACS Appl. Mater. Interfaces. 2015. 7 (7): 4265. 50. Sahu A.K., Bhat S.D., Pitchumani S., Sridhar P., Vimalan V., George C., Chandrakumar N., Shuk- la A.K. Novel organic–inorganic composi- te po- lymer-electrolyte membranes for DMFCs. J. Membr. Sci. 2009. 345 (1–2): 305. 51. Taherian R. Experimental and analytical model for the electrical conductivity of polymer-based nanocomposites. Composites Sci. Technol. 2016. 123: 17. 52. Casciola M., Alberti G., Ciarletta A., Cruccolini A., Piaggio P., Pica M. Nanocomposite membra- nes made of zirconium phosphate sulfophenylen- phosphonate dispersed in polyvinylidene fluori- de: Preparation and proton conductivity. Solid State Ionics. 2005. 176 (39–40): 2985. 53. Tong X., Zhang B., Fan Y., Chen Y. Mechanism exploration of ion transport in nanocomposite cation exchange membranes. Appl. Mater. Inter- faces. 2017. 9 (15): 13491. 54. .Khan A.A., Alam M.M., Inamuddin, Moham- mad F. Electrical conductivity and ion-exchange kinetic studies of a crystalline type ‘organic–in- organic’ cation-exchange material: polypyrro- le/polyantimonic acid composite system, (Sb2O5) (–C4H2NH–)⋅nH2O. J. Electroanalyt. Chem. 2004. 572 (1): 67. 55. Sahu A.K., Bhat S.D., Pitchumani S., Sridhar P., Vimalan V., George C., Chandrakumar N., Shukla A.K. Novel organic–inorganic composite polymer-electrolyte membranes for DMFCs. J. Membr. Sci. 2009. 345 (1–2): 305. 56. Khan A.A., Paquiza L. Electrical behavior of conducting polymer based ‘polymeric–inorganic’ nanocomposite: Polyaniline and polypyrrole zir- conium titanium phosphate. Synth. Metals. 2011. 161 (9–10): 899. 57. Kuznetsova E.V., Safronova E.Yu., Ivanov V.K., Yurkov G.Yu., Mikheev A.G., Golubenko D.V., Yaroslavtsev A.B. Transport properties of hybrid materials based on MF-4SC perfluorinated ion exchange membranes and nanosized ceria. Nano- techn. in Russia. 2013. 8 (7–8): 461. 58. Muriithi B., Loy D.A. Proton Conductivity of Nafion/Ex-Situ Sulfonic Acid-Modified Stцber Silica Nanocomposite Membranes As a Function of Temperature, Silica Particles Size and Surface Modification. Membranes. 2016. 6 (1): 12. 59. Won J.-H., Lee H.-J., Lim J.-M., Kim J.-H., Hong Y.T., Lee S.-Y. Anomalous behavior of proton transport and dimensional stability of sulfonated poly(arylene ether sulfone) nonwoven/silicate composite proton exchange membrane with dual phase co-continuous morphology. J. Membr. Sci. 2014. 450: 235. 60. Ossiander T., Heinzl C., Gleich S., Schцnberger F., Vцlk P., Welsch M., Scheu C. Influence of the size and shape of silica nanoparticles on the propertiesand degradation of a PBI-based high temperature polymerelectrolyte membrane. J. Membr. Sci. 2014. 454: 12. 61. Xu T., Hou W., Shen X., Wu H., Li X., Wang J., Jiang Zh. Sulfonated titania submicrospheres- doped sulfonated poly(ether ether ketone) hybrid membranes with enhanced proton conductivity and reduced methanol permeability. J. Power Sour. 2011. 196 (11): 4934. 62. Feng Sh., Shang Yu., Liu G., Dong W., Xie X., Xu J., Mathur V.K. Novel modification method to prepare crosslinked sulfonated poly(ether ether ketone)/silica hybrid membranes for fuel cells. J. Power Sour. 2010. 195 (19): 6450. 63. He Y., Fu Yu., Geng L., Zhao Y., Lь Ch. A facile route to enhance the properties of polymer elec- trolyte-based organic–inorganic hybrid proton ex- change membranes. Sol. St. Ionics. 2015. 283: 1. Е.О.Коломієць, Ю.С.Дзязько, Т.В.Мальцева 96 ISSN 0041-6045. УКР. ХІМ. ЖУРН., 2019, т. 85, № 3 64. Dzyazko Yu.S., Ponomareva L.N., Volfkovich Yu.M., Sosenkin V.E. Effect of the porous struc- ture of polymer on the kinetics of Ni2+ exchange on hybrid inorganic-organic ionites. Russ. J. Phys. Chem. 2012. 86 (6): 913. 65. Dzyazko Yu.S., Trachevskii V.V., Rozhdestven- skaya L.M., Vasilyuk S.L., Belyakov V.N. Inte- raction of sorbed Ni(II) ions with amorphous zirconium hydrogen phosphate. Russ. J. Phys. Chem. 2013. 87 (5): 840. 66. Dzyazko Yu.S., Ponomaryova L.N., Volfkovich Yu.M., Sosenkin V.E., Belyakov V.N. Polymer ion-exchangers modified with zirconium hydro- phosphate for removal of Cd2+ ions from diluted solutions. Separ. Sci. Technol. 2013. 48 (14): 2140. 67. Al-Othman Z.A., Alam M.M., Naushad M. Heavy toxic metal ion exchange kinetics: Validation of ion exchange process on composite cation exchanger nylon 6,6 Zr(IV) phosphate. J. Ind. Eng. Chem. 2013. 19 (3): 956. 68. Dzyazko Yu.S., Perlova O.V., Perlova N.A., Volf- kovich Yu.M., Sosenkin V.E., Trachevskii V.V., Sazonova V.F., Palchik A.V. Composite cation-ex- change resins containing zirconium hydropho- sphate for purification of water from U (VI) cations. Desalination and Water Treatment. 2017. 69: 142. 69. Perlova N., Dzyazko Y., Perlova O., Palchik A., Sazonova V. Formation of Zirconium Hydro- phosphate Nanoparticles and Their Effect on Sorption of Uranyl Cations. Nanoscale Research Letters. 2017. 12: 209. 70. Perlova O., Dzyazko Yu., Halutska I., Perlova N., Palchik A. Anion exchange resin modified with nanoparticles of hydrated zirconium dioxide for sorption of soluble U(VI) compounds. Springer Proceedings in Physics. 2018. 210: 3. 71. Kudelko K., Maltseva T., Belyakov V. Effect of incorpotration of hydrfted oxides of Sn(IV), Zr(IV), and Fe(III) in a matrix of the anion exchanger Dowex SBR-P on the sorption capacity towards the of arsenic (V) anion. Int. J. Wastewater Treat- ment. -2016. 2 (2): 1. 72. Mal’tseva T.V., Kolomiets E.A., Vasilyuk S.L. Hybrid adsorbents based on hydrated oxides of Zr(IV), Ti(IV), Sn(IV), and Fe(III) for arsenic removal. Journal Water Chemistry and Techno- logy. 2017. 39 (4): 386. 73. Kolomiyets Ye.O., Belyakov V.N., Palchik A.V., Maltseva T.V., Zheleznova L.I. Adsorption of arsenic by hybrid anion–exchanger based on tita- nium oxyhydrate. Journal Water Chemistry and Technology. 2017. 39 (2): 148. 74. Maltseva T.V., Kolomiets E.O., Dzyazko Yu.S., Scherbakov S. Composite anion-exchangers mo- dified with nanoparticles of hydrated oxides of multivalent metals. Applied Nanoscience. 2018. https://doi.org/10.1007/s13204-018-0689-9 75. Ponomarova L., Dzyazko Yu., Volfkovich Yu., Sosenkin V., Scherbakov S. Effect of Incorpora- ted Inorganic Nanoparticles on Porous Structure and Functional Properties of Strongly and Weak- ly Acidic Ion Exchangers. Springer Proceedings in Physics. 2018. 214: 63. 76. Dzyazko Y.S., Ponomaryova L.N., Rozhdestven- skaya L.M., Vasilyuk S.L., Belyakov V.N. Elec- trodeionization of low-concentrated multicompo- nent Ni2+-containing solutions using organic- inorganic ion-exchangers. Desalination. 2014. 342: 52. 77. Dzyazko Yu.S., Volfkovich Y.M., Ponomaryova L.N., Sosenkin V.E., Trachevskii V.V., Belyakov V.N. Composite ion-exchangers based on flexible resin containing zirconium hydrophosphate for electromembrane separation. J. Nanosci. Technol. 2016. 2 (1): 43. 78. Dzyazko Yu., Kolomyets E., Borysenko Yu., Chm- lenko V., Fedina I. Organic-inorganic sorbents containing hydrated zirconium dioxide for re- moval of chromate anions from diluted solutions. Materials Today: Proceedings. 2019. 6 (2): 260. Надійшла 02.04.2019 Електропровідні та сорбційні властивості композитів ... ISSN 0041-6045. УКР. ХІМ. ЖУРН., 2019, т. 85, № 3 97 https://doi.org/10.1007/s13204-018-0689-9
id	oai:ojs2.1444248.nisspano.web.hosting-test.net:article-47
institution	Ukrainian Chemistry Journal
keywords_txt_mv	keywords
language	English
last_indexed	2026-07-23T01:03:24Z
publishDate	2019
publisher	V.I.Vernadsky Institute of General and Inorganic Chemistry
record_format	ojs
resource_txt_mv	ucjorgua/c0/f10e63416a0843bf3d429b7bf52f81c0.pdf
spelling	oai:ojs2.1444248.nisspano.web.hosting-test.net:article-472026-07-22T08:23:40Z ELECTRICAL CONDUCTIVITY AND SORPTION PROPERTIES OF THE COMPOSITES BASED ON ION EXCHANGE POLYMERS ЭЛЕКТРОПРОВОДЯЩИЕ И СОРБЦИОННЫЕ СВОЙСТВА КОМПОЗИТОВ НА ОСНОВЕ ИОНООБМЕННЫХ ПОЛИМЕРОВ ЕЛЕКТРОПРОВІДНІ ТА СОРБЦІЙНІ ВЛАСТИВОСТІ КОМПОЗИТІВ НА ОСНОВІ ІОНООБМІННИХ МАТЕРІАЛІВ Maltseva, Tetiana Kolomiets, Eugene Dzyazko, Yulliya separation of ions, organic-inorganic ion exchange materials, porous structure of polymers, electrical conductivity, diffusion coefficients. The review is devoted to the conditions for the creation and functional properties of organіс-inorganic ion-exchange materials, which in the form of sorbents and membranes can be applied in the processes of ion separation, as well as the purification of water and combined solutions of technological origin. The structure of air dry and hydrated organic ion-exchange polymers, conditions for the creation of organiс-inorganic ion-exchange materials, as well as their components, interaction of components and the corresponding classification are considered. Dry ion-exchange materials contain heterogeneities of different sizes, which are formed during the synthesis of polymer, with the smallest heterogeneities represent clusters, and the larger ones are related to crystallinity. The structure of hydrated ion- exchange materials adequately describes the cluster channel model of Hsu and Girke. The number of charged particles transferred corresponds to the contribution of clusters and channels (volume fractions) to total porosity. The size of the clusters and channels can be determined by the method of small-angle X-ray scattering. The complex porous structure of ion-exchange polymers makes it possible to form inorganic particles in the one’s pores. The introduction of inorganic ion exchangers into the polymer leads to the appearance of additional osmotically active centers (fixed ions and antimony modifiers) that influence the compression pressure of composites. Regarding the functional properties of organiс-inorganic materials, data on the influence of the form and size of the nanoparticles of the inorganic component on the electrical conductivity of composites, examples of the use of organiс-inorganic sorbents in ion-exchange columns, and also effective diffusion coefficients corresponding to the exchange of two-charge metal cations (Zn2+, Pb2+, Cu2+, Ca2+, Ni2+) on H+ organic-inorganic sorbents, for the most part, organic resin- Dowex HCR-S with incorporated particles of zirconium hydrophosphate, are presented. The prospect of application of such materials in ion-exchange and membrane processes of separation and purification of aqueous solutions, as well as in the processes of efficient selective extraction of target ions, is shown. V.I.Vernadsky Institute of General and Inorganic Chemistry 2019-06-07 Article Article Physical chemistry Физическая xимия Фізична xімія application/pdf https://ucj.org.ua/index.php/journal/article/view/47 10.33609/0041-6045.85.4.2019.81-97 Ukrainian Chemistry Journal; Vol. 85 No. 4 (2019): Ukrainian Chemistry Journal; 81-97 Украинский химический журнал; ##issue.vol## 85 ##issue.no## 4 (2019): Украинский химический журнал; 81-97 Український хімічний журнал; Том 85 № 4 (2019): Український хімічний журнал; 81-97 2708-129X 2708-1281 en https://ucj.org.ua/index.php/journal/article/view/47/26 Copyright (c) 2019 Tetiana Maltseva, Eugene Kolomiets, Yulliya Dzyazko https://creativecommons.org/licenses/by-nc/4.0
spellingShingle	Maltseva, Tetiana Kolomiets, Eugene Dzyazko, Yulliya ЕЛЕКТРОПРОВІДНІ ТА СОРБЦІЙНІ ВЛАСТИВОСТІ КОМПОЗИТІВ НА ОСНОВІ ІОНООБМІННИХ МАТЕРІАЛІВ
title	ЕЛЕКТРОПРОВІДНІ ТА СОРБЦІЙНІ ВЛАСТИВОСТІ КОМПОЗИТІВ НА ОСНОВІ ІОНООБМІННИХ МАТЕРІАЛІВ
title_alt	ELECTRICAL CONDUCTIVITY AND SORPTION PROPERTIES OF THE COMPOSITES BASED ON ION EXCHANGE POLYMERS ЭЛЕКТРОПРОВОДЯЩИЕ И СОРБЦИОННЫЕ СВОЙСТВА КОМПОЗИТОВ НА ОСНОВЕ ИОНООБМЕННЫХ ПОЛИМЕРОВ
title_full	ЕЛЕКТРОПРОВІДНІ ТА СОРБЦІЙНІ ВЛАСТИВОСТІ КОМПОЗИТІВ НА ОСНОВІ ІОНООБМІННИХ МАТЕРІАЛІВ
title_fullStr	ЕЛЕКТРОПРОВІДНІ ТА СОРБЦІЙНІ ВЛАСТИВОСТІ КОМПОЗИТІВ НА ОСНОВІ ІОНООБМІННИХ МАТЕРІАЛІВ
title_full_unstemmed	ЕЛЕКТРОПРОВІДНІ ТА СОРБЦІЙНІ ВЛАСТИВОСТІ КОМПОЗИТІВ НА ОСНОВІ ІОНООБМІННИХ МАТЕРІАЛІВ
title_short	ЕЛЕКТРОПРОВІДНІ ТА СОРБЦІЙНІ ВЛАСТИВОСТІ КОМПОЗИТІВ НА ОСНОВІ ІОНООБМІННИХ МАТЕРІАЛІВ
title_sort	електропровідні та сорбційні властивості композитів на основі іонообмінних матеріалів
topic_facet	separation of ions organic-inorganic ion exchange materials porous structure of polymers electrical conductivity diffusion coefficients.
url	https://ucj.org.ua/index.php/journal/article/view/47
work_keys_str_mv	AT maltsevatetiana electricalconductivityandsorptionpropertiesofthecompositesbasedonionexchangepolymers AT kolomietseugene electricalconductivityandsorptionpropertiesofthecompositesbasedonionexchangepolymers AT dzyazkoyulliya electricalconductivityandsorptionpropertiesofthecompositesbasedonionexchangepolymers AT maltsevatetiana élektroprovodâŝieisorbcionnyesvojstvakompozitovnaosnoveionoobmennyhpolimerov AT kolomietseugene élektroprovodâŝieisorbcionnyesvojstvakompozitovnaosnoveionoobmennyhpolimerov AT dzyazkoyulliya élektroprovodâŝieisorbcionnyesvojstvakompozitovnaosnoveionoobmennyhpolimerov AT maltsevatetiana elektroprovídnítasorbcíjnívlastivostíkompozitívnaosnovííonoobmínnihmateríalív AT kolomietseugene elektroprovídnítasorbcíjnívlastivostíkompozitívnaosnovííonoobmínnihmateríalív AT dzyazkoyulliya elektroprovídnítasorbcíjnívlastivostíkompozitívnaosnovííonoobmínnihmateríalív

ЕЛЕКТРОПРОВІДНІ ТА СОРБЦІЙНІ ВЛАСТИВОСТІ КОМПОЗИТІВ НА ОСНОВІ ІОНООБМІННИХ МАТЕРІАЛІВ

Репозитарії

Схожі ресурси