DEVELOPMENT OF SORPTION MATERIALS OF WIDE FUNCTIONAL PURPOSE IN THE V.I. VERNADSKII INSTITUTE OF GENERAL AND INORGANIC CHEMISTRY OF THE NAS OF UKRAINE
The review is devoted to the work, which were performed at the V.I. Vernadskii Institute of General and Inorganic Chemistry of the NAS of Ukraine according to the direction of the development of sorption naterials of wide functional purpose. All sorbents can be used in separation processes: due to t...
Saved in:
| Date: | 2023 |
|---|---|
| Main Authors: | , |
| Format: | Article |
| Language: | English |
| Published: |
V.I.Vernadsky Institute of General and Inorganic Chemistry
2023
|
| Online Access: | https://ucj.org.ua/index.php/journal/article/view/506 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Ukrainian Chemistry Journal |
| Download file: |  |
Institution
Ukrainian Chemistry Journal| _version_ | 1871465890955919360 |
|---|---|
| author | Maltseva, Tetiana Dzyazko, Yulliya |
| author_facet | Maltseva, Tetiana 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": "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 | 2026-07-22T08:23:50Z |
| description | The review is devoted to the work, which were performed at the V.I. Vernadskii Institute of General and Inorganic Chemistry of the NAS of Ukraine according to the direction of the development of sorption naterials of wide functional purpose. All sorbents can be used in separation processes: due to their coarse dispersion and mechanical strength, they can be used as fillers for sorption columns.The direction of early works is the development of amorphous hydrophosphates and double hydrated oxides of multivalent metals, intended for the removal of toxic inorganic ions from water (arsenate-, chromate- and borate-anions, Cu2+, Pb2+, Cd2+cations etc.). Currently, attention is focused on the development of composite materials.The base of inorganic composites is hydrophosphate and oxide sorbents, and the modifiers are the advanced carbon materials, lithium-titanium and lithium-titanium-manganese spinels etc.Sorbents based on ion-exchange resins modified with inorganic ionites have also been developed.The combination of various components in composites makes it possible to obtain sorbents with improved properties (faster sorption, increased capacity and selectivity, sorption capacity in a wider pH range, easier regeneration) or multifunctional materials that sorb both inorganic and organic compounds, for example, pesticides. Prospective field of research is the development of technologies that include not only the extraction of toxic and valuable components from liquids of natural, technological and biogenic origin, but also the regeneration of the sorbent and processing of the concentrate to obtain commercial products.Thus, the integration of lithium sorption concentration into the process of reverse osmosis water desalination has been proposed. The processing of the solution formed during the regeneration of the sorbent includes the production of lithium carbonate and a complex fertilizer for acidic soils. Composites, the components of which are natural materials, are also in the focus of attention.Magnetic sorbents based on biopolymers, proposed for extraction of oil and oil products from water surfaces. Composites based on zeolites are used as containers for liquid fertilizers Another direction of research is the creation of composites - potential membrane modifiers for separation processes. |
| doi_str_mv | 10.33609/2708-129X.88.12.2022.139-174 |
| first_indexed | 2025-09-24T17:43:48Z |
| format | Article |
| fulltext |
139
УДК 544.7 doi: 10.33609/2708-129X.88.12.2022.139-174
РОЗРОБЛЕННЯ СОРБЦІЙНИХ МАТЕРІАЛІВ ШИРОКОГО
ФУНКЦІОНАЛЬНОГО ПРИЗНАЧЕННЯ В ІНСТИТУТІ ЗАГАЛЬНОЇ
ТА НЕОРГАНІЧНОЇ ХІМІЇ ІМ. В. І. ВЕРНАДСЬКОГО НАН УКРАЇНИ
Т. В. Мальцева, Ю. С. Дзязько
Інститут загальної та неорганічної хімії ім. В. І. Вернадського НАН України,
просп. Акад. Палладіна 32/34, Київ 03142, Україна
email: dzyazko@gmail.com
Огляд присвячено роботам, які було проведено в ІЗНХ ім. Вернадського НАН України
за напрямком «Розроблення сорбційних матеріалів широкого функціонального призна
чення». Всі сорбенти можна застосувати у процесах розділення: завдяки крупнодисперс
ності та механічній міцності їх можна використовувати як наповнювачів сорбційних
колон. Напрямок ранніх робіт − це розроблення аморфних гідрофосфатів та подвійних
гідратованих оксидів багатовалентних металів, призначених для вилучення з води токсич
них неорганічних іонів (арсенат-, хромат- та борат-аніонів, катіонів Cu2+, Pb2+, Cd2+ тощо).
Наразі увагу зосереджено на розробленні композиційних матеріалів. Основою неорганіч
них композитів є гідрофосфати та оксидні сорбенти, а модифікатори − новітні вуглецеві
матеріали, літій-титанові та літій-титан-марганцеві шпінелі тощо. Розроблено також сор
бенти на основі іонообмінних смол, модифікованих неорганічними іонітами. Поєднання в
композитах різних складових дозволяє отримати сорбенти з покращеними властивостями
(більш швидкою сорбцією, підвищеною ємністю та селективністю, сорбційною здатністю
у більш широкому інтервалі рН, полегшеною регенерованістю) або поліфункціональні
матеріали, які сорбують як неорганічні, так і органічні сполуки, наприклад, пестициди.
Перспективні напрямки досліджень − це створення технологій, які включають не тільки
вилучення токсичних і цінних компонентів із рідин природного, техногенного та біоген
ного походження, а й регенерацію сорбенту та перероблення концентрату для отримання
комерційних продуктів. Так, запропоновано інтегрування сорбційного концентруван
ня літію до процесу зворотно-осмотичного знесолення води. Перероблення розчину, що
утворюється за регенерації сорбенту, включає отримання карбонату літію та комплексно
го добрива для кислих ґрунтів. Також у фокусі уваги знаходяться композити, складовими
яких є природні матеріали. Магнітні сорбенти на основі біополімерів запропоновано для
вилучення нафти та нафтопродуктів із водних поверхонь. Композити, основою яких є цео
літи, використані як контейнери для рідких добрив. Інший напрямок досліджень полягає
у створенні композитів − потенційних модифікаторів мембран для процесів розділення.
Ключові слова: сорбенти, композити, гідрофосфати багатовалентних металів, гідрато
вані подвійні оксиди, іонообмінні смоли.
140 ISSN 2708-129X. Укр. хім. журн., 2022
РОЗРОБЛЕННЯ СОРБЦІЙНИХ МАТЕРІАЛІВ ШИРОКОГО ФУНКЦІОНАЛЬНОГО ПРИЗНАЧЕННЯ
В ІНСТИТУТІ ЗАГАЛЬНОЇ ТА НЕОРГАНІЧНОЇ ХІМІЇ ІМ. В. І. ВЕРНАДСЬКОГО НАН УКРАЇНИФІЗИЧНА ХІМІЯ
ВСТУП. Підвищення вимог до екологіч
ної безпеки промисловості та удосконален
ня законодавчої бази відносно поширення
речовин, які негативним чином впливають
на довкілля, суттєво загострило пробле
му очищення стічних вод промислових та
комунальних підприємств від небажаних
домішок. Важливою проблемою є також
раціональне використання природних ре
сурсів, що, зокрема, передбачає не тільки
експлуатацію родовищ корисних копалин,
а й видобуток цінних речовин із шахтних
вод та морської води, перероблення відхо
дів тощо. У зв'язку з цим концепція сталого
розвитку вимагає припинення подальшого
підвищення техногенного навантаження
на природне середовище і умови людського
життя, повернення вихідного стану при
родним джерелам води, а також впрова
дження технологій раціонального викори
стання вторинних ресурсів. Тому наукові
та науково-технічні роботи, направлені
на розроблення екологічно та економічно
прийнятних методів вилучення і концент
рування токсичних та цінних речовин із
розчинів природного, техногенного і біо
генного походження, набувають особливої
актуальності. Такі роботи стають надваж
ливими під час військового стану, оскільки
він передбачає якомога більш економне ви
користання наявних ресурсів, а бойові дій
мають катастрофічно негативний вплив на
довкілля.
Найбільш розповсюдженими серед ме
тодів розділення є мембранні та сорбційні
технології. До переваг мембранних проце
сів відносять легкість масштабування, три
валий час перебігу та порівняно невелику
витрату реагентів для регенерації мембран
них систем. Водночас, мембранні процеси
потребують використання електроенергії
для роботи насосів (баромембранне роз
ділення), джерел струму (електродіаліз та
електродеіонізація) або нагрівальних при
ладів (мембранна дистиляція). На відміну
від мембранних, сорбційні процеси, які
використовують у побуті (фільтрування
води), не потребують електроенергії, а від
працьовані сорбенти або не використову
ють повторно або регенерують висококон
центрованим розчином NaCl. У промисло
вості для регенерації активованого вугілля
після сорбції органічних речовин застосо
вують термооброблення. Видалення іонних
компонентів із полімерних та неорганічних
сорбентів відбувається здебільшого під
дією агресивних реагентів. Прокачування
через сорбційні колони рідин, які очищу
ються, або регенеруючих розчинів може
відбуватися не тільки під дією тиску, що
створюється насосами, а й самопливом.
Отже, мембранні процеси можна умов
но віднести до безреагентних, проте енер
говитратних. Навпаки, сорбційне розділен
ня у багатьох випадках не потребує енерго
витрат, але регенерація сорбентів потребує
використання реагентів. При цьому утво
рюється великий об'єм вторинних стоків,
які потребують перероблення та утилізації.
Таким чином, залежно від потреб та ситу
ації з енергопостачанням і можливістю за
стосовувати ті або інші реагенти, для вилу
чення небажаних або цінних компонентів
із рідин можна застосовувати мембранне
розділення або сорбцію.
В Інституті загальної та неорганічної
хімії ім. В. І. Вернадського НАН України
(ІЗНХ) дослідження сорбційних матеріалів
та процесів розпочато у 1979 р. після пере
ведення групи співробітників з Інституту
141https://ucj.org.ua
Т. В. Мальцева, Ю. С. Дзязько УХЖ № 12 / ТОМ 88
фізичної хімії ім. Л. В. Писаржевського згід
но рішення Президії АН УРСР. На базі цієї
групи в ІЗНХ було створено відділ сорбції
та тонкого неорганічного синтезу (керів
ник − академік НАН України В. В. Стрел
ко), (рис. 1). У відділі проводили роботи з
синтезу та дослідження неорганічних сор
бентів (член-кореспондент НАН України
В. М. Бєляков), а також вуглецевих сор
бентів, призначених для потреб медицини
(академік НАН України М. Т. Картель, канд.
хім. наук К. О. Супруненко) та для вилучен
ня дорогоцінних металів із технологічних
розчинів (доктор хім. наук Ю. О. Тарасен
ко). У 1993 р. на базі відділу організовано
Інститут сорбції та проблем ендоекології.
Раніше група під керівництвом В. М. Бєля
кова увійшла до складу відділу електрохі
мії водних розчинів (1988 р.), який очолю
вав академік АН УРСР О. В. Городиський.
В рамках відділу організовано лабораторію
електросорбції, яку очолив В. М. Бєляков.
а б в
Рис. 1. Академік НАН України В. В. Стрелко (а), член-кореспондент НАН України В. М. Бєляков
(б), член-кореспондент НАН України В. М. Огенко (в)
Fig. 1. Academician of the NAS of Ukraine V.V. Strelko (a), corresponding member of the NAS of
Ukraine V.M. Belyakov (b), corresponding member of the NAS of Ukraine V.M. Ogenko (c).
3
регенеруючих розчинів може відбуватися не тільки під дією тиску, що створюється
насосами, а й самопливом.
Отже, мембранні процеси можна умовно віднести до безреагентних, проте
енерговитратних. Навпаки, сорбційне розділення у багатьох випадках не потребує
енерговитрат, але регенерація сорбентів потребує використання реагентів. При цьому
утворюється великий об'єм вторинних стоків, які потребують перероблення та утилізації.
Таким чином, залежно від потреб та ситуації з енергопостачанням і можливістю
застосовувати ті або інші реагенти, для вилучення небажаних або цінних компонентів із
рідин можна застосовувати мембранне розділення або сорбцію.
В Інституті загальної та неорганічної хімії ім. В. І. Вернадського НАН України
(ІЗНХ) дослідження сорбційних матеріалів та процесів розпочато у 1979 р. після переведення
групи співробітників з Інституту фізичної хімії ім. Л. В. Писаржевського згідно рішення
Президії АН УРСР. На базі цієї групи в ІЗНХ було створено відділ сорбції та тонкого
неорганічного синтезу (керівник академік НАН України В. В. Стрелко), (рис. 1). У відділі
проводили роботи з синтезу та дослідження неорганічних сорбентів (член-кореспондент
НАН України В. М. Бєляков), а також вуглецевих сорбентів, призначених для потреб
медицини (академік НАН України М. Т. Картель, канд. хім. наук К. О. Супруненко) та для
вилучення дорогоцінних металів із технологічних розчинів (доктор хім. наук Ю. О.
Тарасенко). У 1993 р. на базі відділу організовано Інститут сорбції та проблем ендоекології.
Раніше група під керівництвом В. М. Бєлякова увійшла до складу відділу електрохімії
водних розчинів (1988 р.), який очолював академік АН УРСР О. В. Городиський. В рамках
відділу організовано лабораторію електросорбції, яку очолив В. М. Бєляков.
а б в
Рис. 1. Академік НАН України В. В. Стрелко (а), член-кореспондент НАН України В. М.
Бєляков (б), член-кореспондент НАН України В. М. Огенко (в)
3
регенеруючих розчинів може відбуватися не тільки під дією тиску, що створюється
насосами, а й самопливом.
Отже, мембранні процеси можна умовно віднести до безреагентних, проте
енерговитратних. Навпаки, сорбційне розділення у багатьох випадках не потребує
енерговитрат, але регенерація сорбентів потребує використання реагентів. При цьому
утворюється великий об'єм вторинних стоків, які потребують перероблення та утилізації.
Таким чином, залежно від потреб та ситуації з енергопостачанням і можливістю
застосовувати ті або інші реагенти, для вилучення небажаних або цінних компонентів із
рідин можна застосовувати мембранне розділення або сорбцію.
В Інституті загальної та неорганічної хімії ім. В. І. Вернадського НАН України
(ІЗНХ) дослідження сорбційних матеріалів та процесів розпочато у 1979 р. після переведення
групи співробітників з Інституту фізичної хімії ім. Л. В. Писаржевського згідно рішення
Президії АН УРСР. На базі цієї групи в ІЗНХ було створено відділ сорбції та тонкого
неорганічного синтезу (керівник академік НАН України В. В. Стрелко), (рис. 1). У відділі
проводили роботи з синтезу та дослідження неорганічних сорбентів (член-кореспондент
НАН України В. М. Бєляков), а також вуглецевих сорбентів, призначених для потреб
медицини (академік НАН України М. Т. Картель, канд. хім. наук К. О. Супруненко) та для
вилучення дорогоцінних металів із технологічних розчинів (доктор хім. наук Ю. О.
Тарасенко). У 1993 р. на базі відділу організовано Інститут сорбції та проблем ендоекології.
Раніше група під керівництвом В. М. Бєлякова увійшла до складу відділу електрохімії
водних розчинів (1988 р.), який очолював академік АН УРСР О. В. Городиський. В рамках
відділу організовано лабораторію електросорбції, яку очолив В. М. Бєляков.
а б в
Рис. 1. Академік НАН України В. В. Стрелко (а), член-кореспондент НАН України В. М.
Бєляков (б), член-кореспондент НАН України В. М. Огенко (в)
3
регенеруючих розчинів може відбуватися не тільки під дією тиску, що створюється
насосами, а й самопливом.
Отже, мембранні процеси можна умовно віднести до безреагентних, проте
енерговитратних. Навпаки, сорбційне розділення у багатьох випадках не потребує
енерговитрат, але регенерація сорбентів потребує використання реагентів. При цьому
утворюється великий об'єм вторинних стоків, які потребують перероблення та утилізації.
Таким чином, залежно від потреб та ситуації з енергопостачанням і можливістю
застосовувати ті або інші реагенти, для вилучення небажаних або цінних компонентів із
рідин можна застосовувати мембранне розділення або сорбцію.
В Інституті загальної та неорганічної хімії ім. В. І. Вернадського НАН України
(ІЗНХ) дослідження сорбційних матеріалів та процесів розпочато у 1979 р. після переведення
групи співробітників з Інституту фізичної хімії ім. Л. В. Писаржевського згідно рішення
Президії АН УРСР. На базі цієї групи в ІЗНХ було створено відділ сорбції та тонкого
неорганічного синтезу (керівник академік НАН України В. В. Стрелко), (рис. 1). У відділі
проводили роботи з синтезу та дослідження неорганічних сорбентів (член-кореспондент
НАН України В. М. Бєляков), а також вуглецевих сорбентів, призначених для потреб
медицини (академік НАН України М. Т. Картель, канд. хім. наук К. О. Супруненко) та для
вилучення дорогоцінних металів із технологічних розчинів (доктор хім. наук Ю. О.
Тарасенко). У 1993 р. на базі відділу організовано Інститут сорбції та проблем ендоекології.
Раніше група під керівництвом В. М. Бєлякова увійшла до складу відділу електрохімії
водних розчинів (1988 р.), який очолював академік АН УРСР О. В. Городиський. В рамках
відділу організовано лабораторію електросорбції, яку очолив В. М. Бєляков.
а б в
Рис. 1. Академік НАН України В. В. Стрелко (а), член-кореспондент НАН України В. М.
Бєляков (б), член-кореспондент НАН України В. М. Огенко (в)
Згодом на базі лабораторії створено від
діл мембранних і сорбційних матеріалів та
процесів (1993 р.) − саме тоді в ІЗНХ роз
почали дослідження в галузі мембранного
матеріалознавства та мембранних процесів
технологій. В області сорбційних матеріа
лів основну увагу було зосереджено на по
двійних оксидних і композиційних сорбен
тах, неорганічних модифікаторах мембран,
а також на сорбентах для комбінованих
процесів, які включають сорбцію та мемб
ранне розділення. У 2017 р. відділ реорга
нізовано у неструктурну лабораторію (ке
рівник − доктор. хім. наук Ю. С. Дзязько),
яка увійшла до складу відділу фізико-не
органічної хімії (керівник − член-корес
пондент НАН України В. М. Огенко). Саме
тоді в лабораторії розпочали дослідження
142 ISSN 2708-129X. Укр. хім. журн., 2022
РОЗРОБЛЕННЯ СОРБЦІЙНИХ МАТЕРІАЛІВ ШИРОКОГО ФУНКЦІОНАЛЬНОГО ПРИЗНАЧЕННЯ
В ІНСТИТУТІ ЗАГАЛЬНОЇ ТА НЕОРГАНІЧНОЇ ХІМІЇ ІМ. В. І. ВЕРНАДСЬКОГО НАН УКРАЇНИФІЗИЧНА ХІМІЯ
вуглецевих наноматеріалів для модифіку
вання сорбентів та мембран.
У цій статті в контексті світового досві
ду розглянуто роботи в області сорбційних
матеріалів, які було виконано в ІЗНХ.
НЕОРГАНІЧНІ ФОСФАТВМІСНІ СОР-
БЕНТИ. Для різних галузей промисловості
потрібні іоніти, які характеризуються ме
ханічною міцністю, високою стійкістю до
дії агресивних реагентів, підвищених тем
ператур та іонізуючого випромінювання.
Таким вимогам відповідають неорганічні
іонообмінні матеріали. Їхнє дослідження
розпочалося з середини минулого століття
з розвитком ядерних технологій.
Одними з найвідоміших іонітів є фос
фати багатовалентних металів. У 1964 р.
Clearfield и Stynes [1], а згодом Alberti і To
racca [2] синтезували дрібнокристалічний
гідрофосфат цирконію (ГФЦ), а саме його
α-модифікацію (рис. 2 [3]).
Рис. 2. Структура α-модифікації ГФЦ [3].
Опубліковано зі згоди видавництва Elsevier.
Fig. 2. Structure of α-modification of ZHP [3].
Published according to the permission of Elsevier.
Кристали α-ГФЦ складаються з протяж
них шарів [Zr(HPO4)2]n, де атоми цирконію
знаходяться в октаедричному оточенні ато
мів кисню фосфатних груп. У формуван
ні зв'язків Р−О−Zr беруть участь тільки
3 атоми кисню, а четвертий орієнтований
у міжплощинний простір і валентно пов'я
заний з воднем. Функціональні групи ко
ординують молекулу води. Пізніше було
синтезовано інші модифікації, які відрізня
ються співвідношенням Zr:P:H2O, а також
міжплощинними відстанями [4–6].
Кислотні гідрофосфатні групи та суціль
на сітка водневих зв'язків створюють пере
думови для виникнення у кристалічному
ГФЦ протонної провідності і, сукупно з
можливою дифузією у міжшаровому про
сторі, – здатність до іонного обміну. Перші
дослідження функціональних властивос
тей ГФЦ cтосувалися саме іонного обміну
[7–9]. Встановлено, що суттєвим недоліком
кристалічного ГФЦ є дуже повільна сорб
ція, що зумовлено утворенням нових фаз.
Включення сорбованих іонів до кристаліч
ної структури утруднює регенерацію іоні
тів. Окрім цього, кристалічні модифікації
цього іоніту можна отримати у вигляді
дрібнодисперсного порошку, що усклад
нює їхнє практичне застосування.
На відміну від кристалічних, аморф
ні гідрофосфати чотиривалентних мета
лів характеризуються достатньо високою
швидкістю сорбції. Встановлено, що по
рядок величин коефіцієнтів дифузії двоза
рядних катіонів становлять 10-12-10-14 м2⋅с-1
[10–14] (для кристалічних модифікацій ці
величини є меншими на декілька поряд
ків), як і у випадку середньозшитих [12,
15] та сильнозшитих іонообмінних смол
(В. М. Бєляков, Ю. С. Дзязько, доктор. хім.
143https://ucj.org.ua
Т. В. Мальцева, Ю. С. Дзязько УХЖ № 12 / ТОМ 88
наук К. О. Каздобін, канд. хім. наук Л. М.
Рождественська). У гідрогелях ГФЦ коефі
цієнт дифузії іонів Ni2+ ставить величину
порядку 10-11 м2⋅с-1 [16] аналогічно слабко
зшитим смолам [14].
В ІЗНХ розроблено спосіб синтезу
крупнодисперсних, сферично гранульо
ваних іонітів, розмір зерен яких може
досягати 1 мм [17] (В. М. Бєляков, канд.
хім. наук А. І. Бортун, доктор хім. наук
Т. Є. Мітченко, канд. хім. наук Т. А. Кара
сьова). Гідрофосфатам титану та цирко
нію притаманна значна гідролітична ста
більність [18], селективність до токсичних
іонів [14, 16, 19], відтворюваність сорб
ційних властивостей. Аморфні іоніти лег
ко регенеруються розчинами мінераль
них кислот. Б. М. Ласкорін та співавтори
стверджують, що існує взаємозв’язок
між вибірковістю гідрофосфатних сор
бентів та рН осадження гідроксидів ме
талів, іони яких сорбуються [20]. Проте
співробітники ІЗНХ довели, що селек
тивність зумовлена компексоутворенням
іонів із функціональними групами [21, 22]
(В. М. Бєляков, А. І. Бортун, Ю. С. Дзязь
ко, Л. М. Рождественська). Для іонів Ni(II)
показано, що їхня сорбція супроводжу
ється гідролізом у твердій фазі − іони іс
нують у формах Ni2+ та NiOH+. Саме тому
концентрація сорбованих іонів переви
щує вміст дисоційованих функціональних
груп (надеквівалентна сорбція) [22]. Мак
симальна ємність за іонами Nа+ становить
2.5−3.5 ммоль·г-1[13], величини на одини
цю об'єму є близькими і значно перевищу
ють ємність сильнокислотних смол, проте
є меншими порівняно зі слабкокислот
ними, які зазвичай містять карбоксильні
групи. Перевагою перед останніми є більш
широкий інтервал рН розчину, де реалізу
ються сорбційні властивості.
Значна швидкість сорбції, висока селек
тивність, здатність до регенерації, хімічна
стійкість та крупнодисперсність надають
змогу використовувати гідрофосфати ба
гатовалентних металів як наповнювачі іо
нообмінних фільтрів та колон для очищен
ня. Проте, незважаючи на слабко виражені
амфотерні властивості, які визначаються
співвідношенням металу та фосфору [23],
гідрофосфати чотиривалентних металів
сорбують переважно катіони, як і переваж
на більшість неорганічних іонітів із немо
дифікованою поверхнею.
ОКСИДНІ СОРБЕНТИ. Оксидні сорбен
ти, напевно, єдині серед нефункціоналізо
ваних неорганічних матеріалів, які здатні
сорбувати аніони (амфотерні гідрофосфа
ти з малим вмістом фосфору можна фор
мально розглядати як оксиди, модифікова
ні фосфорнокислими групами). Зі сполук
цього класу варто виділити гідратовані
оксиди («оксигідрати», «глобулярні гідра
ти»). Ядро первинних частинок цих сор
бентів є близьким за складом до оксидів,
а на поверхні частинок знаходяться групи
−ОН (рис. 3), які здатні до дисоціації або
до протонування залежно від кислотності
розчину:
(1)
(2)
6
NiOH+. Саме тому концентрація сорбованих іонів перевищує вміст дисоційованих
функціональних груп (надеквівалентна сорбція) [22]. Максимальна ємність за іонами Nа+
становить 2.53.5 ммоль·г-1[13], величини на одиницю об'єму є близькими і значно
перевищують ємність сильнокислотних смол, проте є меншими порівняно зі
слабкокислотними, які зазвичай містять карбоксильні групи. Перевагою перед останніми є
більш широкий інтервал рН розчину, де реалізуються сорбційні властивості.
Значна швидкість сорбції, висока селективність, здатність до регенерації, хімічна
стійкість та крупнодисперсність надають змогу використовувати гідрофосфати
багатовалентних металів як наповнювачі іонообмінних фільтрів та колон для очищення.
Проте, незважаючи на слабко виражені амфотерні властивості, які визначаються
співвідношенням металу та фосфору [23], гідрофосфати чотиривалентних металів сорбують
переважно катіони, як і переважна більшість неорганічних іонітів із немодифікованою
поверхнею.
ОКСИДНІ СОРБЕНТИ. Оксидні сорбенти, напевно, єдині серед
нефункціоналізованих неорганічних матеріалів, які здатні сорбувати аніони (амфотерні
гідрофосфати з малим вмістом фосфору можна формально розглядати як оксиди,
модифіковані фосфорнокислими групами). Зі сполук цього класу варто виділити гідратовані
оксиди («оксигідрати», «глобулярні гідрати»). Ядро первинних частинок цих сорбентів є
близьким за складом до оксидів, а на поверхні частинок знаходяться групи ОН (рис. 3), які
здатні до дисоціації або до протонування залежно від кислотності розчину:
, (1)
. (2)
6
NiOH+. Саме тому концентрація сорбованих іонів перевищує вміст дисоційованих
функціональних груп (надеквівалентна сорбція) [22]. Максимальна ємність за іонами Nа+
становить 2.53.5 ммоль·г-1[13], величини на одиницю об'єму є близькими і значно
перевищують ємність сильнокислотних смол, проте є меншими порівняно зі
слабкокислотними, які зазвичай містять карбоксильні групи. Перевагою перед останніми є
більш широкий інтервал рН розчину, де реалізуються сорбційні властивості.
Значна швидкість сорбції, висока селективність, здатність до регенерації, хімічна
стійкість та крупнодисперсність надають змогу використовувати гідрофосфати
багатовалентних металів як наповнювачі іонообмінних фільтрів та колон для очищення.
Проте, незважаючи на слабко виражені амфотерні властивості, які визначаються
співвідношенням металу та фосфору [23], гідрофосфати чотиривалентних металів сорбують
переважно катіони, як і переважна більшість неорганічних іонітів із немодифікованою
поверхнею.
ОКСИДНІ СОРБЕНТИ. Оксидні сорбенти, напевно, єдині серед
нефункціоналізованих неорганічних матеріалів, які здатні сорбувати аніони (амфотерні
гідрофосфати з малим вмістом фосфору можна формально розглядати як оксиди,
модифіковані фосфорнокислими групами). Зі сполук цього класу варто виділити гідратовані
оксиди («оксигідрати», «глобулярні гідрати»). Ядро первинних частинок цих сорбентів є
близьким за складом до оксидів, а на поверхні частинок знаходяться групи ОН (рис. 3), які
здатні до дисоціації або до протонування залежно від кислотності розчину:
, (1)
. (2)
144 ISSN 2708-129X. Укр. хім. журн., 2022
РОЗРОБЛЕННЯ СОРБЦІЙНИХ МАТЕРІАЛІВ ШИРОКОГО ФУНКЦІОНАЛЬНОГО ПРИЗНАЧЕННЯ
В ІНСТИТУТІ ЗАГАЛЬНОЇ ТА НЕОРГАНІЧНОЇ ХІМІЇ ІМ. В. І. ВЕРНАДСЬКОГО НАН УКРАЇНИФІЗИЧНА ХІМІЯ
Рис. 3. Будова гідратованого діоксиду цир
конію, адаптовано з [24]
Fig. 3. Structure of hydrated zirconium dioxide,
adapted from [24].
Важливим параметром, який впливає на
сорбційні властивості оксидних сорбентів,
є рН розчину, за якого реалізується точка
нульового заряду (ТНЗ). За цих умов до
сягається рівність концентрацій дисоційо
ваних та протонованих функціональних
груп −ОН, при цьому заряд поверхні дорів
нює 0. Для оксидів, гідроксидів та гідрато
ваних оксидів в огляді Parks [25] наведено
кореляції між рН ТНЗ та аналогом іонного
потенціалу (z/R, де z − валентність металу,
R − сума радіусу іона металу та діаметра
іонів кисню, який становить 2.8 Å):
(3)
Тут A, B та D − константи, ∆F /− внесок
енергії водневих зв'язків. Параметр z/R ха
рактеризує густину заряду поверхні окси
ду: що більшою є ця величина, то силь
нішою є електростатична взаємодія між
сорбованим іоном та поверхнею. Іншими
словами, сорбція визначається радіусом
та валентністю металу, який входить до
складу оксиду. Проте електростатична мо
дель не пояснює утруднену десорбцію іонів
при варіюванні кислотності розчину, яка
призводить до зміни заряду поверхні. На
разі найбільш розповсюдженими є моделі
іонного обміну (див. рівняння (1, 2) [26] та
формування поверхневих комплексів [27,
28]. Для сорбції іонів HCrO4
-, які не утво
рюють комплексів, розглядають їхню полі
мерізацію у твердій фазі [29] (Ю. С. Дзязь
ко, Л. М. Рождественська).
Проте для простих та подвійних окси
дів, синтезованих в ІЗНХ, спостерігаємо
загалом зменшення рН ТНЗ та підвищення
коефіцієнту розподілу Cu2+/H+ зі зростан
ням параметра z/R (рис. 4), що цілком вкла
дається у рамки електростатичної моделі
(канд. хім. наук Т. В. Мальцева). У випадку
подвійних оксидів параметр z/R оцінено з
урахуванням внеску двох металів. Таким
чином, варіювання вмісту компонентів
складних оксидів дозволяє спрямовано ре
гулювати їхні сорбційні властивості.
Як свідчать дані рис. 4, катіоно- або ані
онообмінна здатність гідратованих оксидів
цирконію (ГДЦ), титану (ГДТ) та стануму
(ГДС) посилюється при додаванні до них
«кислотного» (MnО2) або «лужного» (Al2О3)
компоненту відповідно [30] (В. М. Бєляков,
Т. В. Мальцева, О. В. Пальчик, канд. хім. наук
К. О. Куделко, Т. В. Яценко). Найбільш ваго
мі результати щодо вибіркового поглинання
катіонів Pb2+ та Sr2+ отримано для подвійних
оксидів із відносно високим вмістом манга
ну, при цьому пригнічується сорбція катіо
нів лужних металів [31]. При очищенні води
з достатньо великим вмістом іонів жорстко
сті від ізотопу 90Sr ступінь його вилучення
досягав 99,9 %. Таким чином, манганвміс
ні сорбенти рекомендовано для вилучення
радіонуклідів із води. Можливість їхнього
6
NiOH+. Саме тому концентрація сорбованих іонів перевищує вміст дисоційованих
функціональних груп (надеквівалентна сорбція) [22]. Максимальна ємність за іонами Nа+
становить 2.53.5 ммоль·г-1[13], величини на одиницю об'єму є близькими і значно
перевищують ємність сильнокислотних смол, проте є меншими порівняно зі
слабкокислотними, які зазвичай містять карбоксильні групи. Перевагою перед останніми є
більш широкий інтервал рН розчину, де реалізуються сорбційні властивості.
Значна швидкість сорбції, висока селективність, здатність до регенерації, хімічна
стійкість та крупнодисперсність надають змогу використовувати гідрофосфати
багатовалентних металів як наповнювачі іонообмінних фільтрів та колон для очищення.
Проте, незважаючи на слабко виражені амфотерні властивості, які визначаються
співвідношенням металу та фосфору [23], гідрофосфати чотиривалентних металів сорбують
переважно катіони, як і переважна більшість неорганічних іонітів із немодифікованою
поверхнею.
ОКСИДНІ СОРБЕНТИ. Оксидні сорбенти, напевно, єдині серед
нефункціоналізованих неорганічних матеріалів, які здатні сорбувати аніони (амфотерні
гідрофосфати з малим вмістом фосфору можна формально розглядати як оксиди,
модифіковані фосфорнокислими групами). Зі сполук цього класу варто виділити гідратовані
оксиди («оксигідрати», «глобулярні гідрати»). Ядро первинних частинок цих сорбентів є
близьким за складом до оксидів, а на поверхні частинок знаходяться групи ОН (рис. 3), які
здатні до дисоціації або до протонування залежно від кислотності розчину:
, (1)
. (2)
7
Рис. 3. Будова гідратованого діоксиду цирконію, адаптовано з [24]
Fig. 3. Structure of hydrated zirconium dioxide, adapted from [24].
Важливим параметром, який впливає на сорбційні властивості оксидних сорбентів, є
рН розчину, за якого реалізується точка нульового заряду (ТНЗ). За цих умов досягається
рівність концентрацій дисоційованих та протонованих функціональних груп ОН, при цьому
заряд поверхні дорівнює 0. Для оксидів, гідроксидів та гідратованих оксидів в огляді Parks
[25] наведено кореляції між рН ТНЗ та аналогом іонного потенціалу (z/R, де z валентність
металу, R сума радіусу іона металу та діаметра іонів кисню, який становить 2.8 Å):
/рН ТНЗ=A-B(z/R)-D F . (3)
Тут A, B та D константи, F/ внесок енергії водневих зв'язків. Параметр z/R характеризує
густину заряду поверхні оксиду: що більшою є ця величина, то сильнішою є електростатична
взаємодія між сорбованим іоном та поверхнею. Іншими словами, сорбція визначається
радіусом та валентністю металу, який входить до складу оксиду. Проте електростатична
модель не пояснює утруднену десорбцію іонів при варіюванні кислотності розчину, яка
призводить до зміни заряду поверхні. Наразі найбільш розповсюдженими є моделі іонного
обміну (див. рівняння (1, 2) [26] та формування поверхневих комплексів [27, 28]. Для сорбції
іонів HCrO4-, які не утворюють комплексів, розглядають їхню полімерізацію у твердій фазі
[29] (Ю. С. Дзязько, Л. М. Рождественська).
Проте для простих та подвійних оксидів, синтезованих в ІЗНХ, спостерігаємо загалом
зменшення рН ТНЗ та підвищення коефіцієнту розподілу Cu2+/H+ зі зростанням параметра
z/R (рис. 4), що цілком вкладається у рамки електростатичної моделі (канд. хім. наук Т. В.
Мальцева). У випадку подвійних оксидів параметр z/R оцінено з урахуванням внеску двох
металів. Таким чином, варіювання вмісту компонентів складних оксидів дозволяє
спрямовано регулювати їхні сорбційні властивості.
Як свідчать дані рис. 4, катіоно- або аніонообмінна здатність гідратованих оксидів
цирконію (ГДЦ), титану (ГДТ) та стануму (ГДС) посилюється при додаванні до них
«кислотного» (MnО2) або «лужного» (Al2О3) компоненту відповідно [30] (В. М. Бєляков, Т.
В. Мальцева, О. В. Пальчик, канд. хім. наук К. О. Куделко, Т. В. Яценко). Найбільш вагомі
результати щодо вибіркового поглинання катіонів Pb2+ та Sr2+ отримано для подвійних
оксидів із відносно високим вмістом мангану, при цьому пригнічується сорбція катіонів
лужних металів [31]. При очищенні води з достатньо великим вмістом іонів жорсткості від
ізотопу 90Sr ступінь його вилучення досягав 99,9 %. Таким чином, манганвмісні сорбенти
145https://ucj.org.ua
Т. В. Мальцева, Ю. С. Дзязько УХЖ № 12 / ТОМ 88
застосування для перероблення рідких від
ходів АЕС проаналізовано у [32]. Відзначе
но, що для оксидних сорбентів реалізуються
значно вищі коефіцієнти розподілу 90Sr/Na+
(105) при вилученні радіоізотопу навіть із
солоних вод. Для іонообмінних смол та при
родних і синтетичних цеолітів ця величина
є на 1−2 порядки меншою.
а б
Рис. 4. Залежність рН ТНЗ (а) та коефіцієнта розподілу Cu2+/H+(б) від параметра z/R
Fig. 4. pH of the PZC (a) and Cu2+/H+ distribution coefficient (b) as functions of the z/R parameter.
Характерні для гідратованих оксидів
металів IV групи октаедричні просторові
угруповання MO6 беруть участь у створен
ні структури і заряду поверхні, яка, відпо
відно, є досить високою у перерахуванні на
питомі величини (м2∙г-1, м2∙см-3). Тому за
гальновідомим є застосування цих оксидів
в адсорбційних та іонообмінних процесах
у випадках, коли необхідними є підвище
ні ємність (глобулярні, шаруваті оксиди) і
вибірковість (поруваті, тунельні). Зокрема,
MnO2 може створювати як шаруваті, так і
тунельні просторові структури. Якщо роз
глядати ряд оксидів металів IV групи по
мірі збільшення іонного потенціалу металу,
то характерним є зростання протон-донор
них властивостей поверхні з відповідним
зменшенням значення рН нульового заря
ду. Таким чином, існує спектр адсорбційних
оксидних матеріалів із варіабельною заря
довою селективністю. Його може бути роз
ширено шляхом протон-донорної або про
тон-акцепторної функціоналізації простих
оксидів. Для цього і були застосовані оксид
алюмінію (протон-акцепторна функціона
лізація оксидів титану, стануму) або оксид
марганцю (протон-донорна функціоналіза
ція оксиду цирконію) [30, 31, 33−38].
Слід зазначити, що в ряду простих окси
дів Zr, Sn, Ti відбувається зміна координа
ційного числа (8; 6; 6) та іонності зв’язку
метал − кисень. ГДТ за отриманими резуль
татами сорбційних досліджень є прикла
дом катіонообмінного адсорбента з досить
146 ISSN 2708-129X. Укр. хім. журн., 2022
РОЗРОБЛЕННЯ СОРБЦІЙНИХ МАТЕРІАЛІВ ШИРОКОГО ФУНКЦІОНАЛЬНОГО ПРИЗНАЧЕННЯ
В ІНСТИТУТІ ЗАГАЛЬНОЇ ТА НЕОРГАНІЧНОЇ ХІМІЇ ІМ. В. І. ВЕРНАДСЬКОГО НАН УКРАЇНИФІЗИЧНА ХІМІЯ
високими величинами коефіцієнтів розпо
ділу саме катіонів [30, 31, 33, 37]. Таку від
мінність властивостей від ГДЦ, який пере
важно є аніонообмінником у нейтральній
області, можна пояснити зміною коорди
наційного числа (КЧ) з 8 на 6 і зменшенням
іонності зв’язку метал − кисень. Зміна КЧ
призводить до появи на поверхні первин
них частинок октаедричних порожнин −
центрів селективної сорбції, а зменшення
іонності зв’язку метал − кисень підвищує
кислотність функціональних груп.
Синтез бінарних оксидів дозволяє ціле
спрямовано змінювати кислотно-основні
властивості ГДЦ, ГДТ та ГДС, яке визначає
положення ТНЗ. Із застосуванням фізи
ко-хімічних методів показано, що бінарні
оксиди MxAl1-xOy·nH2O (М - Zr (IV), Ti (IV),
Sn (IV)) є аморфними полімерними сполу
ками визначеного складу з нановолокни
стою структурою (рис. 5).
Рис. 5. ТЕМ-зображення гідратованого ок
сиду Ti0.5Al0.5Oy·nH2O
Fig. 5. TEM image of hydrated oxide of
Ti0.5Al0.5Oy·nH2O.
Згідно даних Фур'є-ІЧ спектроскопії
встановлено, що атоми металів у таких бі
нарних оксигідратах формують з атома
ми кисню гідроксогруп просторову сітку
гелю, пов'язану функціональними групами:
гідроксидними М–ОН та місткового типу
≡М1–О–М2≡ (де М1− Zr, Ti, Sn, М2−−Al,
Mn). Гідроксидні групи забезпечують іон
ний обмін.
Крім кислотно-лужних властивостей,
при синтезі подвійних оксидів змінюється
пориста структура поверхні (порівняно з
простими оксидами складу MO2·nH2O (M –
Zr, Ti, Sn), а саме значно збільшується кіль
кість мікропор і величина питомої поверх
ні. Частка мікропор у структурі поверхні
подвійних оксидів становить 50−80%. Бі
нарні гідратовані оксиди характеризують
ся високими величинами питомої поверх
ні (300−400 м2∙г-1) та розвиненою пористою
структурою, утвореною мікро- і мезопо
рами.
На рис. 6 наведено ізотерми адсорбції −
десорбції азоту і розподіл пор за радіусом
для подвійних оксидів на основі ГДС. Ціка
вим фактом є майже ідентичність ізотерм
для манган-та алюмінійвмісних оксидів,
особливо в області низького тиску. За ха
рактером залежностей у цій частині ізо
терм можна констатувати наявність знач
ної частки мікропор. На диференційних
порограмах простежено вузькі піки, які
відповідають радіусу пор 2 нм, що свідчить
про регулярну мезопористу структуру.
Синтез подвійних гідратованих оксидів
створює можливість суттєвого впливу на
вибірковість поглинання іонів завдяки під
вищенню частки мікропор, які є центрами
селективної сорбції.
9
Слід зазначити, що в ряду простих оксидів Zr, Sn, Ti відбувається зміна
координаційного числа (8; 6; 6) та іонності зв’язку метал кисень. ГДТ за отриманими
результатами сорбційних досліджень є прикладом катіонообмінного адсорбента з досить
високими величинами коефіцієнтів розподілу саме катіонів [30, 31, 33, 37]. Таку відмінність
властивостей від ГДЦ, який переважно є аніонообмінником у нейтральній області, можна
пояснити зміною координаційного числа (КЧ) з 8 на 6 і зменшенням іонності зв’язку метал
кисень. Зміна КЧ призводить до появи на поверхні первинних частинок октаедричних
порожнин центрів селективної сорбції, а зменшення іонності зв’язку метал кисень
підвищує кислотність функціональних груп.
Синтез бінарних оксидів дозволяє цілеспрямовано змінювати кислотно-основні
властивості ГДЦ, ГДТ та ГДС, яке визначає положення ТНЗ. Із застосуванням фізико-
хімічних методів показано, що бінарні оксиди MxAl1-xOy·nH2O (М - Zr (IV), Ti (IV), Sn (IV)) є
аморфними полімерними сполуками визначеного складу з нановолокнистою структурою
(рис. 5).
Рис. 5. ТЕМ-зображення гідратованого оксиду Ti0.5Al0.5Oy·nH2O
Fig. 5. TEM image of hydrated oxide of Ti0.5Al0.5Oy·nH2O.
Згідно з даними Фур'є-ІЧ спектроскопії встановлено, що атоми металів у таких
бінарних оксигідратах формують з атомами кисню гідроксогруп просторову сітку гелю,
пов'язану функціональними групами: гідроксидними М–ОН та місткового типу ≡М1–О–М2≡
(де М1 Zr, Ti, Sn, М2Al, Mn). Гідроксидні групи забезпечують іонний обмін.
Крім кислотно-лужних властивостей, при синтезі подвійних оксидів змінюється
пориста структура поверхні (порівняно з простими оксидами складу MO2·nH2O (M – Zr, Ti,
Sn), а саме значно збільшується кількість мікропор і величина питомої поверхні. Частка
147https://ucj.org.ua
Т. В. Мальцева, Ю. С. Дзязько УХЖ № 12 / ТОМ 88
Рис. 6. Ізотерми адсорбції − десорбції азоту (а) і розподіл пор за радіусами (б) для
Sn0,8Mn0,2O4·nH2O (1), Sn0,7Al0,3O4·nH2O (2) [36]
Fig. 6. Isotherms of nitrogen adsorption-desorption (a) and pore distributions (b) for Sn0,8Mn0,2O4·nH2O
(1), Sn0,7Al0,3O4·nH2O (2) [36].
На відміну від манганвмісних сорбентів,
введення оксиду Al до ГДЦ, ГДТ та ГДС по
силює аніонообмінні властивості останніх
[30, 33−38]. При сорбції іонів СrO4
2- із луж
ного розчину ємність досягає 5−16 мг⋅г-1
за Сr(VI), а при сорбції НСrO4
- із кисло
го − 10−43 мг·г-1на фоні надлишку іонів
Cl- [34]. Величини сорбції не корелюють
із питомою площею поверхні. Так, напри
клад, питома площа поверхні Al2O3∙nH2O та
Zr0.7Al0.3O1.85∙nH2O становить 93 та 330 м2∙г-1
відповідно, а максимальна ємність − 16 та 12
мг·г-1 за вихідного рН 10.5. Проте об'єм мік
ропор (селективних центрів) досягає 0.16 та
0.14 см3·г-1− 70% від загального об'єму пор,
які визначають методом адсорбції − десор
бції азоту. Розвинена поверхня гідратова
них подвійних оксидів зумовлена їхньою
волокнистою структурою (див. рис. 5): ме
зопори між нановолокнами забезпечують
швидку сорбцію, наприклад, час напівоб
міну Cr(VI)-вмісних іонів досягає 5−6 хв, а
рівновага встановлюється за 0.5−2 год.
При вивченні поглинаючої здатності бі
нарних гідратованих оксидів відносно ряду
катіонів та аніонів знайдено досить високі
коефіцієнти розподілу катіонів Pb2+, Sr2+, а
також Cr(VI)- та As(V)-вмісних аніонів, що
дозволяє розглядати ці матеріали як пер
спективні сорбенти для селективного вилу
чення токсичних компонентів із розбавле
них водних розчинів у широкому діапазоні
pH [30, 31, 32−38]. Зі співставлення резуль
татів дослідження поверхні з результатами
вивчення сорбційних властивостей сполук
складу Sn0.8Mn0.2O4·nH2O і Sn0.7Al0.3O4·nH2O
стосовно різних іонів можна зробити вис
новок про те, що модифікування ГДЦ,
ГДТ та ГДС змінює саме зарядселектив
ні центри сорбції. Слід зазначити, що
10
мікропор у структурі поверхні подвійних оксидів становить 5080%. Бінарні гідратовані
оксиди характеризуються високими величинами питомої поверхні (300400 м2∙г-1) та
розвиненою пористою структурою, утвореною мікро- і мезопорами.
На рис. 6 наведено ізотерми адсорбції десорбції азоту і розподіл пор за радіусом для
подвійних оксидів на основі ГДС. Цікавим фактом є майже ідентичність ізотерм для манган-
та алюмінійвмісних оксидів, особливо в області низького тиску. За характером залежностей
у цій частині ізотерм можна констатувати наявність значної частки мікропор. На
диференційних порограмах простежено вузькі піки, які відповідають радіусу пор 2 нм, що
свідчить про регулярну мезопористу структуру.
Рис. 6. Ізотерми адсорбції десорбції азоту (а) і розподіл пор за радіусами (б) для
Sn0,8Mn0,2O4·nH2O (1), Sn0,7Al0,3O4·nH2O (2) [36]
Fig. 6. Isotherms of nitrogen adsorption-desorption (a) and pore distributions (b) for
Sn0,8Mn0,2O4·nH2O (1), Sn0,7Al0,3O4·nH2O (2) [36].
Синтез подвійних гідратованих оксидів створює можливість суттєвого впливу на
вибірковість поглинання іонів завдяки підвищенню частки мікропор, які є центрами
селективної сорбції.
На відміну від манганвмісних сорбентів, введення оксиду Al до ГДЦ, ГДТ та ГДС
аніонообмінні властивості останніх [30, 3338]. При сорбції іонів СrO42- із лужного розчину
ємність досягає 516 мгг-1 за Сr(VI), а при сорбції НСrO4- із кислого 1043 мг·г-1на фоні
надлишку іонів Cl- [34]. Величини сорбції не корелюють із питомою площею поверхні. Так,
наприклад, питома площа поверхні Al2O3∙nH2O та Zr0.7Al0.3O1.85∙nH2O становить 93 та 330
м2∙г-1 відповідно, а максимальна ємність 16 та 12 мг·г-1 за вихідного рН 10.5. Проте об'єм
148 ISSN 2708-129X. Укр. хім. журн., 2022
РОЗРОБЛЕННЯ СОРБЦІЙНИХ МАТЕРІАЛІВ ШИРОКОГО ФУНКЦІОНАЛЬНОГО ПРИЗНАЧЕННЯ
В ІНСТИТУТІ ЗАГАЛЬНОЇ ТА НЕОРГАНІЧНОЇ ХІМІЇ ІМ. В. І. ВЕРНАДСЬКОГО НАН УКРАЇНИФІЗИЧНА ХІМІЯ
коефіцієнтти розподілу однозарядних іо
нів для подвійних оксидів є низькими. Для
сорбентів із питомою площею поверхні
250 м2·г-1та вище коефіцієнти розподілу
зменшуються з її зростанням. Отже, син
тез складних оксидів гіпотетично підвищує
можливість регулювання як вибірковості
поглинання – завдяки впливу зарядових і/
або стеричних факторів, так і транспорт
них властивостей: наприклад, об’єднання
тетрагональної структури оксиду титану,
цирконію з гексагональною оксидів алюмі
нію, залізу, силіцію має призвести до зни
ження ступеня впорядкованості оксидної
матриці і підвищення рухливості адсорбо
ваних іонів.
Знайдено, що для всіх вивчених гідра
тованих подвійних оксидів величина кое
фіцієнта дифузії, наприклад, Cr(VI)-вміс
них аніонів знаходиться в інтервалі 0.1–
0.3·10-11 м2·с-1.. Показано, що на рухливість
адсорбованих іонів впливає вміст струк
турної води в матриці бінарних оксигідра
тів. При співставленні рухливості адсор
бованих іонів із властивостями поверхні
(заряд, пориста структура, вміст води)
складних гідратованих оксидів знайдено,
що у випадку створення просторової сітки
гідрогелю є можливим досягнення величин
коефіцієнта дифузії і рухливості вибірково
сорбованих іонів на два порядки вищих по
рівняно з кристалічними сорбентами [33].
Як зазначено вище, площа питомої по
верхні є одним із факторів, який визначає
ємність сорбентів. Слід особливо зазначи
ти, що порометричні дослідження передба
чають термооброблення, результатом яко
го є зменшення об'єму гідратованого окси
ду [39] і, відповідно, об'єму пор та площі
питомої поверхні. Таким чином, значення,
отримані порометричними методами, не
відповідають істинним величинам для ви
хідних матеріалів. Для експрес-оцінки пи
томої поверхні гідратованих оксидів було
розроблено спеціальну методику [40, 41] на
основі підходу Парсонса − Зобеля [42], яка
передбачає потенціометричне титрування
з подальшим математичним обробленням
отриманих результатів (Т. В. Мальцева,
канд. хім. наук В. Ю. Атаманюк, Т. В. Яцен
ко). Практично в усіх випадках отримані
значення є меншими порівняно з пороме
тричними даними. Дійсно, розвиток по
верхні відбувається при зменшенні розміру
пор, яке відбувається за дегідратації сор
бенту внаслідок термооброблення.
Варто зазначити, що незважаючи на на
новолокнисту структуру, гідратовані по
двійні оксиди було отримано у вигляді
достатньо великих механічно міцних гра
нул (переважаюча фракція − 0.25−0.5 мм),
що дає змогу використовувати ці мате
ріали у сорбційних процесах розділення
(В. М. Бєляков, О. В. Пальчик). Раніше в
ІЗНХ було розроблено методику синтезу
крупнодисперсних гідратованих оксидів,
які містили лише один метал (В. В. Стрел
ко, В. М. Бєляков, А. І. Бортун, канд. хім.
наук С. О. Хайнаков) [43]. Порівняно з фос
фатами, повна обмінна ємність є значно
нижчою (≈1 ммоль·г-1) [44]. Проте перева
гою гідратованих оксидів є аніонообмінна
здатність.
До недоліків оксидних та фосфатних
сорбентів слід віднести сильну залежність
їхньої сорбційної здатності від рН розчину.
Особливо негативним чином це впливає
на сорбцію іонів, склад яких визначається
кислотністю середовища, наприклад, акти
ноїдів або боратів. В останньому випадку
149https://ucj.org.ua
Т. В. Мальцева, Ю. С. Дзязько УХЖ № 12 / ТОМ 88
залежність сорбційної ємності ГДЦ від рН
розчину демонструє максимум при рН 9 [45]
(Т. В. Мальцева, В. Ю. Атаманюк, В. М. Бє
ляков). Для сорбції U(VI)-вмісних іонів на
ГФЦ залежність є більш складною [45]. Для
подолання впливу кислотності розчину на
сорбцію та для підвищення селективності
сорбенти модифікують наноматеріалами з
певними функціональними властивостями.
Це питання розглянуто далі.
НЕОРГАНІЧНІ КОМПОЗИТИ. Для по
силення сорбційної здатності ГФЦ та гід
ратованих оксидів в ІЗНХ розроблено ком
позити, які включають складові або із під
вищеним вмістом функціональних груп та
гідрофільно-гідрофобними властивостями
(окислений графен (ОГ), частково розкриті
вуглецеві нанотрубки, активоване вугілля),
або високоселективні (калій-кобальт гек
саціаноферат ІІ, фосформолібденову кис
лоту, оксинітрат вісмуту). Спосіб їхнього
синтезу передбачає армування фосфатною
або оксидною матрицею попередньо сфор
мованої складової з певними функціональ
ними властивостями. Іншим способом є
введення такої складової до вже утворе
ної матриці (О. В. Пальчик, Ю. С. Дзязь
ко, Т. В. Мальцева, Л. М. Рождественська,
К. О. Куделко, канд. хім. наук О. С. Руден
ко). ОГ отримано традиційним хімічним
методом (В. М. Огенко) [47], а частково
розкриті вуглецеві нанотрубки − оригі
нальним (член-кореспондент НАН України
Г. Я. Колбасов, канд. хім. наук М. О. Дані
лов, канд. хім. наук І. А. Русецький) [48, 49].
Дані щодо отримання наноматеріалів кар
бонізацією полісахаридів систематизовано
у [50].
До перших робіт в області композитів
із сорбційними властивостями слід відне
сти роботи В. М. Бєлякова, канд. хім. наук
О. М. Новікової та Т. В. Мальцевої. Основу
композиту становив неокислений вугле
цевий матеріал (волокна, сажа, графіт), до
якого було введено ГДЦ [51]. Досліджено
сорбційну поведінку композитів відносно
токсичних компонентів (Cu2+, Cr(VI)-вміс
них іонів, борної кислоти) за умов реагент
ної та електрохімічної зміни заряду поверх
ні і, відповідно, зсуву сорбційної рівноваги
(за відсутності електрохімічного впливу по
верхня вуглецю, який слугував електропро
відною підкладкою, заряджена позитивно,
а протиіони − О2
- та ОН-, що утворюються
в результаті хемосорбції кисню [52]). По
казано, що заряд поверхні ГДЦ змінюється
при варіюванні заряду поверхні вуглецю,
який регулюється вмістом кисню у розчині.
Стосовно сорбції іонів, то знайдено синер
гетичний ефект (15−40 %), який пояснюють
взаємним впливом подвійних електричних
шарів оксиду та вуглецю. Катодна поляри
зація композиту призводила до збільшен
ня сорбції катіонів та десорбції аніонів, а
анодна − до зростання сорбційної ємності
за аніонами та вивільнення катіонів. Та
ким чином, композит є перспективним для
електросорбційного очищення води.
Надалі для створення композитів за
стосовували новітні вуглецеві наномате
ріали. При дослідженні ОГ методом ета
лонної контактної порометрії виявлено
великі значення площі питомої поверхні,
які досягають 1200 (в ідеально змочуючо
му розчиннику − октані) або 2250 м2·г-1 (у
воді) [53]. Остання величина є близькою до
теоретичної для графену (≈2600 м2·г-1 [54]) і
відповідає літературним даним [55], одер
жаним саме згаданим методом.
Значення, отримані методом еталонної
150 ISSN 2708-129X. Укр. хім. журн., 2022
РОЗРОБЛЕННЯ СОРБЦІЙНИХ МАТЕРІАЛІВ ШИРОКОГО ФУНКЦІОНАЛЬНОГО ПРИЗНАЧЕННЯ
В ІНСТИТУТІ ЗАГАЛЬНОЇ ТА НЕОРГАНІЧНОЇ ХІМІЇ ІМ. В. І. ВЕРНАДСЬКОГО НАН УКРАЇНИФІЗИЧНА ХІМІЯ
контактної порометрії, є на порядок біль
шими, ніж оцінені, наприклад, методом
адсорбції азоту [55, 56]. Як правило, для
переважної більшості матеріалів поверх
ня, що визначається октаном, відповідає
загальній, тобто включає як гідрофільні,
так і гідрофобні ділянки. Іншими словами,
ця величина є більшою порівняно з гідро
фільною поверхнею, визначеною з вико
ристанням води [57]. Таким чином, для ОГ
характерною є супергідрофільність анало
гічно іонообмінним полімерам, спричине
на сильним набряканням у воді, в основно
му завдяки гідратації карбоксильних груп.
Така властивість є характерною і для ком
позитів на основі ГДЦ, що містять ОГ [53].
Проте збільшення площі питомої поверхні
композиту порівняно з ГДЦ є незначним
(2.6 %), що узгоджується зі вмістом ОГ (2%
відносно безводного ZrO2).
Як показано у [53], вуглецевий моди
фікатор локалізовано на поверхні части
нок ГДЦ (рис. 7). Проте композит містить
і агломеровані наночастинки ОГ, а також
частинки ГДЦ, поверхня яких не вкрита ОГ.
Оскільки вуглецеве покриття послаблює
взаємодію між частинками неорганічної
матриці, то необхідно регулювати кількість
модифікатора у композиті для запобіган
ня погіршення механічної міцності гранул
[56]. Їхній розмір зменшується зі збільшен
ням вмісту модифікатора [56, 58, 59].
а б
Рис. 7. ТЕМ-зображення частинок ГДЦ, вкритих вуглецевим модифікатором. Наведено фото
низької (а) та високої роздільної здатності.
Fig. 7. Low- (a) and high-resolution (b) images of the particles of hydrated zirconium dioxide coated
with carbon modifier.
14
поверхня яких не вкрита ОГ. Оскільки вуглецеве покриття послаблює взаємодію між
частинками неорганічної матриці, то необхідно регулювати кількість модифікатора у
композиті для запобігання погіршення механічної міцності гранул [56]. Їхній розмір
зменшується зі збільшенням вмісту модифікатора [56, 58, 59].
Оскільки вуглецевий катіонообмінний модифікатор частково екранує поверхню ГДЦ,
яка містить амфотерні групи ОН, то аніонообмінні властивості композиту погіршуються
порівняно з немодифікованим неорганічним іонітом [53]. Зменшення ємності за іонами
HCrO4- становить 67 %. Водночас ємність композиту за катіонами Pb2+ досягає 0.86 ммольг-1,
а ГДЦ 0.51 ммоль·г-1. У випадку сорбції іонів 1,1 зарядного електроліту у слабкокислому
середовищі катіонообмінна ємність становить 1.2 ммоль·г-1 (K+), а аніонообмінна 0.25
ммоль·г-1 (Cl-) [60]. Незважаючи на це, сорбція іонів не супроводжується різкою зміною рН
розчинів, тому композити на основі гідратованих оксидів багатовалентних металів є
привабливими для іонообмінного знесолення рідин, які містять білки, наприклад, молочної
сироватки. Це зумовлено тим, що на відміну від іонообмінних смол сорбція іонів не
супроводжується різкими перепадами рН, які призводять до коагуляції або й навіть
денатурації білків. Композити сорбують також лактозу [53], присутність якої у білковому
концентраті є небажаною. Сорбцію забезпечують гідрофобні ділянки ОГ.
а б
Рис. 7. ТЕМ-зображення частинок ГДЦ, вкритих вуглецевим модифікатором. Наведено фото
низької (а) та високої роздільної здатності.
Fig. 7. Low- (a) and high-resolution (b) images of the particles of hydrated zirconium dioxide
coated with carbon modifier.
Гідрофобні фрагменти ОГ є відповідальними й за видалення токсичних органічних
сполук із водних розчинів, наприклад, фенолу [53] та пестицидів (рис. 8) [56]. В останньому
випадку найбільш висока ємність композиту ГДЦ-ОГ реалізується за епоксиконазолом (71
Оскільки вуглецевий катіонообмінний
модифікатор частково екранує поверхню
ГДЦ, яка містить амфотерні групи −ОН,
то аніонообмінні властивості композиту
погіршуються порівняно з немодифіко
ваним неорганічним іонітом [53]. Змен
шення ємності за іонами HCrO4
- становить
67 %. Водночас ємність композиту за каті
151https://ucj.org.ua
Т. В. Мальцева, Ю. С. Дзязько УХЖ № 12 / ТОМ 88
онами Pb2+ досягає 0.86 ммоль⋅г-1, а ГДЦ −
0.51 ммоль·г-1. У випадку сорбції іонів 1,1
зарядного електроліту у слабкокислому
середовищі катіонообмінна ємність стано
вить 1.2 ммоль·г-1 (K+), а аніонообмінна −
0.25 ммоль·г-1 (Cl-) [60]. Незважаючи на це,
сорбція іонів не супроводжується різкою
зміною рН розчинів, тому композити на
основі гідратованих оксидів багатовалент
них металів є привабливими для іонооб
мінного знесолення рідин, які містять біл
ки, наприклад, молочної сироватки. Це зу
мовлено тим, що на відміну від іонообмін
них смол сорбція іонів не супроводжується
різкими перепадами рН, які призводять до
коагуляції або й навіть денатурації білків.
Композити сорбують також лактозу [53],
присутність якої у білковому концентраті
є небажаною. Сорбцію забезпечують гідро
фобні ділянки ОГ.
Гідрофобні фрагменти ОГ є відповідаль
ними й за видалення токсичних органічних
сполук із водних розчинів, наприклад, фе
нолу [53] та пестицидів (рис. 8) [56]. В ос
танньому випадку найбільш висока ємність
композиту ГДЦ-ОГ реалізується за епокси
коназолом (71 мг·г-1), молекула якого вклю
чає 2 бензольних кільця, та карбоксином
(17 мг·г-1, 1 кільце), при цьому вдається
зменшити їхній вміст у воді до рівня ГДК.
Гірше сорбуються ацетоміприд (8 мг·г-1,
одне гетероциклічне кільце) та тіометоксам
(5 мг⋅г-1, 2 гетероциклічних кільця). Ана
логічні результати отримано й для неак
тивованого біовугілля [61] (В. М. Огенко,
О. В. Пальчик, Ю. С. Дзязько). Інформацію
щодо гідрофільно-гідрофобних та сорбцій
них властивостей композитів, що містять
ОГ, систематизовано у [62] (Ю. С. Дзязько,
канд. хім. наук М. О. Чабан).
Рис. 8. Пестициди, які сорбуються ком
позитом ГДЦ-ОГ [56].
Fig. 8. Pesticides sorbed by the composite of hy
drated zirconium dioxide - graphene oxide [56].
Рис. 9 Залежність сорбційної ємності за
U(VI) від рН. Сорбенти: ГФЦ (1) [63], ком
позит ГФЦ-частково розкриті вуглецеві на
нотрубки (2), ГДТ (3) [64] та його композиту з
K2Co[Fe(CN)6] (4). Пунктирна лінія − ємність за
повного вилучення іонів.
Fig. 9. Dependence of U(VI) sorption on pH.
Sorbents: ZHP (1) [63], its composite with partially
unzipped carbon nanotubes (2), HTD (1) [64], its
composite with K2Co[Fe(CN)6] (4). Dashed line is
the capacity of the full ion removal.
15
мг·г-1), молекула якого включає 2 бензольних кільця, та карбоксином (17 мг·г-1, 1 кільце),
при цьому вдається зменшити їхній вміст у воді до рівня ГДК. Гірше сорбуються
ацетоміприд (8 мг·г-1, одне гетероциклічне кільце) та тіометоксам (5 мгг-1, 2
гетероциклічних кільця). Аналогічні результати отримано й для неактивованого біовугілля
[61] (В. М. Огенко, О. В. Пальчик, Ю. С. Дзязько). Інформацію щодо гідрофільно-
гідрофобних та сорбційних властивостей композитів, що містять ОГ, систематизовано у [62]
(Ю. С. Дзязько, канд. хім. наук М. О. Чабан).
pH
2 4 6 8 10
Ах
10
2 , м
мо
ль
г-1
1
11
2
3
4
5
6
1
2
3
4
Рис. 8. Пестициди, які сорбуються
композитом ГДЦ-ОГ [56].
Fig. 8. Pesticides sorbed by the composite of
hydrated zirconium dioxide - graphene oxide
[56].
Рис. 9 Залежність сорбційної ємності за
U(VI) від рН. Сорбенти: ГФЦ (1) [63].
….композиту ГФЦ-частково розкриті
вуглецеві нанотрубки (2), ГДТ (3) [64] та
його композиту з K2Co[Fe(CN)6] (4).
Пунктирна лінія ємність за повного
вилучення іонів.
Fig. 9. Dependence of U(VI) sorption on pH.
Sorbents: ZHP (1) [63], its composite with
partially unzipped carbon nanotubes (2), HTD
(1) [64], its composite with K2Co[Fe(CN)6] (4).
Dashed line is the capacity of the full ion
removal.
Додавання частково розкритих вуглецевих нанотрубок до ГДЦ та ГФЦ підвищує їхню
сорбційну ємність за сполуками U(VI) [59, 63] (Ю. С. Дзязько, О. В. Пальчик, Г. Я. Колбасов,
М. О. Данилов, І. А. Русецький). В інтервалі рН 58 ступінь вилучення U(VI) становить
90100 % (рис. 9). Проте найбільш яскраво виражений ефект надає оксидному сорбенту
кристалічна сполука K2Co[Fe(CN)6] [58, 64] (Ю. С. Дзязько, О. В. Пальчик). У цьому випадку
15
мг·г-1), молекула якого включає 2 бензольних кільця, та карбоксином (17 мг·г-1, 1 кільце),
при цьому вдається зменшити їхній вміст у воді до рівня ГДК. Гірше сорбуються
ацетоміприд (8 мг·г-1, одне гетероциклічне кільце) та тіометоксам (5 мгг-1, 2
гетероциклічних кільця). Аналогічні результати отримано й для неактивованого біовугілля
[61] (В. М. Огенко, О. В. Пальчик, Ю. С. Дзязько). Інформацію щодо гідрофільно-
гідрофобних та сорбційних властивостей композитів, що містять ОГ, систематизовано у [62]
(Ю. С. Дзязько, канд. хім. наук М. О. Чабан).
pH
2 4 6 8 10
Ах
10
2 , м
мо
ль
г-1
1
11
2
3
4
5
6
1
2
3
4
Рис. 8. Пестициди, які сорбуються
композитом ГДЦ-ОГ [56].
Fig. 8. Pesticides sorbed by the composite of
hydrated zirconium dioxide - graphene oxide
[56].
Рис. 9 Залежність сорбційної ємності за
U(VI) від рН. Сорбенти: ГФЦ (1) [63].
….композиту ГФЦ-частково розкриті
вуглецеві нанотрубки (2), ГДТ (3) [64] та
його композиту з K2Co[Fe(CN)6] (4).
Пунктирна лінія ємність за повного
вилучення іонів.
Fig. 9. Dependence of U(VI) sorption on pH.
Sorbents: ZHP (1) [63], its composite with
partially unzipped carbon nanotubes (2), HTD
(1) [64], its composite with K2Co[Fe(CN)6] (4).
Dashed line is the capacity of the full ion
removal.
Додавання частково розкритих вуглецевих нанотрубок до ГДЦ та ГФЦ підвищує їхню
сорбційну ємність за сполуками U(VI) [59, 63] (Ю. С. Дзязько, О. В. Пальчик, Г. Я. Колбасов,
М. О. Данилов, І. А. Русецький). В інтервалі рН 58 ступінь вилучення U(VI) становить
90100 % (рис. 9). Проте найбільш яскраво виражений ефект надає оксидному сорбенту
кристалічна сполука K2Co[Fe(CN)6] [58, 64] (Ю. С. Дзязько, О. В. Пальчик). У цьому випадку
152 ISSN 2708-129X. Укр. хім. журн., 2022
РОЗРОБЛЕННЯ СОРБЦІЙНИХ МАТЕРІАЛІВ ШИРОКОГО ФУНКЦІОНАЛЬНОГО ПРИЗНАЧЕННЯ
В ІНСТИТУТІ ЗАГАЛЬНОЇ ТА НЕОРГАНІЧНОЇ ХІМІЇ ІМ. В. І. ВЕРНАДСЬКОГО НАН УКРАЇНИФІЗИЧНА ХІМІЯ
Додавання частково розкритих вуглеце
вих нанотрубок до ГДЦ та ГФЦ підвищує
їхню сорбційну ємність за сполуками U(VI)
[59, 63] (Ю. С. Дзязько, О. В. Пальчик,
Г. Я. Колбасов, М. О. Данилов, І. А. Русець
кий). В інтервалі рН 5−8 ступінь вилучення
U(VI) становить 90−100 % (рис. 9). Проте
найбільш яскраво виражений ефект надає
оксидному сорбенту кристалічна сполу
ка K2Co[Fe(CN)6] [58, 64] (Ю. С. Дзязько,
О. В. Пальчик). У цьому випадку ємність
композиту збільшується на 230 % (рН 4)
порівняно з вихідним гідратованим окси
дом. Максимум залежності сорбційної
ємності від рН зумовлено двома конку
руючими факторами: переходом UO2
2+→
[UO2OH]+→UO2(OH)2 з однієї сторони та
посиленням катіонообмінної спроможно
сті оксидного сорбенту − з іншої. Вплив
оксинітрату вісмуту на вибірковість ГДЦ до
іонів HCrO4
- досліджено у [65]: коефіцієнт
селективності збільшується у 15 разів по
рівняно з немодифікованим оксидом (Рож
дественська Л. М., Дзязько Ю. С., Желєз
нова Л. І., канд. хім. наук Руденко О. С.).
Цей композит використано для надання
неорганічним мембранам аніонообмінних
властивостей [66]. Модифікування ГФЦ
фосформолібденовою кислотою призво
дить до збільшення рухливості іонів Cs+ у
твердій фазі в 2.5 рази [67] (Мальцева Т. В.,
канд. хім. наук Котвицький О. Г.). Хоча єм
ність композиту та ГФЦ за цими іонами
є однаковою, проте співвідношення єм
ностей Cs+/Na+становить 3.8 (ГФЦ) та 2.8
(композит), що пояснюється блокуванням
пор високоселективною складовою.
Регенерацію неорганічних композитів
доцільно проводити лужними розчинами
(десорбція іонів) для запобігання дегра
дації оксидів [59, 63] або киплячою водою
(десорбція молекулярних сполук) [56].
Таким чином, модифікування аморфних
іонітів дозволяє підвищити селективність
сорбентів у широкому інтервалі рН. Пере
вагою композитів перед модифікаторами є
крупнодисперсність. Проте вибірковість до
певних іонів досягається й при поєднанні у
композиті тільки кристалічних компонен
тів, що буде розглянуто далі.
ЛІТІЙСЕЛЕКТИВНІ СОРБЕНТИ. У зв’яз
ку з постійно зростаючим попитом на лі
тій-іонні акумулятори, зростають потреби
світового ринку у літієвій сировині (кар
бонаті, гідроксиді та інших сполуках), які
прогнозують на рівні 6.6 млрд USD у 2028 р.
[68]. Проте розроблення літієвих покладів
(родовищ мінералів та солоних водойм −
саларів) пов’язано з екологічними ризи
ками: відчуженням родючих земель, засо
люванням джерел прісної води та їхнім за
брудненням сполуками літію. Ці сполуки є
токсичними, оскільки належать до речовин
із сильною психотропною дією [69]. Тому
до вмісту літію у воді висувають жорсткі
вимоги − гранично допустима концентра
ція становить 0.03 мг·дм−3 [70].
Морська вода, вода підземних джерел
та шахтні води розглядають як альтерна
тивні джерела літію, незважаючи на його
низький вміст (0.1–0.2 мг·дм−3) [71, 72].
У цьому випадку для вилучення літію най
більш прийнятним є сорбційний метод
із використанням літій-селективних сор
бентів [73, 74]. З економічної точки зору,
доцільним є використання літій-мангано
вих, літій-титанових та літій-титан-манга
нових шпінелей, які сорбують переважно
іони Li+ після переведення у водневу фор
му. Селективність зумовлена інтеркаля
153https://ucj.org.ua
Т. В. Мальцева, Ю. С. Дзязько УХЖ № 12 / ТОМ 88
цією Li+ до восьмигранного проміжку між
октаедрами, електронейтральність забез
печується адсорбцією аніонів на поверхні
нанокристалітів [75] (рис. 10). На жаль, ці
шпінелі можна отримати лише у вигляді
дрібнодисперсного порошку, що усклад
нює їхнє практичне застосування.
Рис. 10. Інтеркаляція іонів Li+ до титанової
шпінелі за перебігу сорбції
Fig. 10. Intercalation of Li+ ions to titanium
spinel during sorption,
В ІЗНХ розроблено методи отримання
крупнодисперсних сорбентів із підвище
ною вибірковістю до іонів Li+ (В. М. Бєля
ков, О. В. Пальчик, Л. М. Рождественська,
М. О. Чабан). Один із методів формування
великих (до 1 мм) механічно міцних гра
нул полягає в армуванні високоселектив
ної складової (літій-манганової шпінелі)
сполучним (діоксидом титану) [76]. Інший
метод передбачає застосування ГДТ та гід
ратованих подвійних оксидів титану-ман
гану як вихідних сполук [7781]. У цьому
випадку формування селективної складо
вої (літій-титанової або літій-титан-манга
нової шпінелі) та сполучного (ТiO2 у формі
рутилу або анатазу) відбувається водночас.
Шпінель у гідратованому оксиді утворю
ється у мезопорах-нанореакторах. Запро
поновано метод синтезу титан-марганце
вих оксидних сорбентів, основою якого
є окисно-відновна взаємодія між TiCl4 та
KMnO4. Повна ємність за іонами Li+ стано
вить ≈1.5 ммоль·г-1 − це значно вище порів
няно з гідратованими оксидами [82]. При
сорбції з морської води мольне співвідно
шення Li+, Na+та Ca2+ у твердій фазі стано
вить 1:4:3.
Запропоновано спосіб регенерації сор
бентів (розчином HNO3), який дозволяє
максимально запобігти їхній деградації
[83]. Розроблено метод перероблення реге
неруючого розчину, який включає випарю
вання, барботування NH3 для нейтралізації
кислоти (в результаті утворюються нітрати
лужних металів та амонію, випарювання та
осадження карбонату літію гарячим наси
ченим розчином K2CO3 (рис. 11). Вихід ста
новив 90%, осад містив 98% Li2CO3, тобто
відповідав кваліфікації ч. д. а. Маточний
розчин випарювали, а отриманий осад міс
тив нітрати і карбонати у мольному співвід
ношенні 5:1, співвідношення K та Na стано
вило 3:1. Цей продукт можна використову
вати як добриво для кислих ґрунтів.
Оскільки поглинання та регенерація іо
нів Li+ відбуваються досить повільно, до
цільним є інтегрування сорбції до зворот
ноосмотичного або електродіалізного оп
ріснення морської води, з якої попередньо
видалено іони жорсткості нанофільтраці
єю із застосуванням антискаланту, який
не взаємодіє з іонами Li+, наприклад, по
ліакрилової кислоти. Після вилучення іонів
Li+ воду можна демінералізувати зворот
ним осмосом.
Порівняно з неорганічними композита
ми, значно більша швидкість сорбції при
таманна органо-неорганічним компози
там, які розглянуто далі.
17
восьмигранного проміжку між октаедрами, електронейтральність забезпечується адсорбцією
аніонів на поверхні нанокристалітів [75] (рис. 10). На жаль, ці шпінелі можна отримати лише
у вигляді дрібнодисперсного порошку, що ускладнює їхнє практичне застосування.
В ІЗНХ розроблено методи отримання крупнодисперсних сорбентів із підвищеною
вибірковістю до іонів Li+ (В. М. Бєляков, О. В. Пальчик, Л. М. Рождественська, М. О.
Чабан). Один із методів формування великих (до 1 мм) механічно міцних гранул полягає в
армуванні високоселективної складової (літій-манганової шпінелі) сполучним (діоксидом
титану) [76]. Інший метод передбачає застосування ГДТ та гідратованих подвійних оксидів
титану-мангану як вихідних сполук [7781]. У цьому випадку формування селективної
складової (літій-титанової або літій-титан-манганової шпінелі) та сполучного (ТiO2 у формі
рутилу або анатазу) відбувається водночас. Шпінель у гідратованому оксиді утворюється у
мезопорах-нанореакторах. Запропоновано метод синтезу титан-марганцевих оксидних
сорбентів, основою якого є окисно-відновна взаємодія між TiCl4 та KMnO4. Повна ємність за
іонами Li+ становить 1.5 ммоль·г-1 це значно вище порівняно з гідратованими оксидами
[82]. При сорбції з морської води мольне співвідношення Li+, Na+та Ca2+ у твердій фазі
становить 1:4:3.
Запропоновано спосіб регенерації сорбентів (розчином HNO3), який дозволяє
максимально запобігти їхній деградації [83]. Розроблено метод перероблення регенеруючого
розчину, який включає випарювання, барботування NH3 для нейтралізації кислоти (в
результаті утворюються нітрати лужних металів та амонію, випарювання та осадження
карбонату літію гарячим насиченим розчином K2CO3 (рис. 11). Вихід становив 90%, осад
містив 98% Li2CO3, тобто відповідав кваліфікації ч. д. а. Маточний розчин випарювали, а
отриманий осад містив нітрати і карбонати у мольному співвідношенні 5:1, співвідношення
K та Na становило 3:1. Цей продукт можна використовувати як добриво для кислих ґрунтів.
154 ISSN 2708-129X. Укр. хім. журн., 2022
РОЗРОБЛЕННЯ СОРБЦІЙНИХ МАТЕРІАЛІВ ШИРОКОГО ФУНКЦІОНАЛЬНОГО ПРИЗНАЧЕННЯ
В ІНСТИТУТІ ЗАГАЛЬНОЇ ТА НЕОРГАНІЧНОЇ ХІМІЇ ІМ. В. І. ВЕРНАДСЬКОГО НАН УКРАЇНИФІЗИЧНА ХІМІЯ
Рис. 11. Інтегрування сорбційного вилучення літію до процесу мембранного знесолення води
Fig. 11. Integration of sorption recovery of lithium to the membrane process ofwater desalination.
17
восьмигранного проміжку між октаедрами, електронейтральність забезпечується адсорбцією
аніонів на поверхні нанокристалітів [75] (рис. 10). На жаль, ці шпінелі можна отримати лише
у вигляді дрібнодисперсного порошку, що ускладнює їхнє практичне застосування.
В ІЗНХ розроблено методи отримання крупнодисперсних сорбентів із підвищеною
вибірковістю до іонів Li+ (В. М. Бєляков, О. В. Пальчик, Л. М. Рождественська, М. О.
Чабан). Один із методів формування великих (до 1 мм) механічно міцних гранул полягає в
армуванні високоселективної складової (літій-манганової шпінелі) сполучним (діоксидом
титану) [76]. Інший метод передбачає застосування ГДТ та гідратованих подвійних оксидів
титану-мангану як вихідних сполук [7781]. У цьому випадку формування селективної
складової (літій-титанової або літій-титан-манганової шпінелі) та сполучного (ТiO2 у формі
рутилу або анатазу) відбувається водночас. Шпінель у гідратованому оксиді утворюється у
мезопорах-нанореакторах. Запропоновано метод синтезу титан-марганцевих оксидних
сорбентів, основою якого є окисно-відновна взаємодія між TiCl4 та KMnO4. Повна ємність за
іонами Li+ становить 1.5 ммоль·г-1 це значно вище порівняно з гідратованими оксидами
[82]. При сорбції з морської води мольне співвідношення Li+, Na+та Ca2+ у твердій фазі
становить 1:4:3.
Запропоновано спосіб регенерації сорбентів (розчином HNO3), який дозволяє
максимально запобігти їхній деградації [83]. Розроблено метод перероблення регенеруючого
розчину, який включає випарювання, барботування NH3 для нейтралізації кислоти (в
результаті утворюються нітрати лужних металів та амонію, випарювання та осадження
карбонату літію гарячим насиченим розчином K2CO3 (рис. 11). Вихід становив 90%, осад
містив 98% Li2CO3, тобто відповідав кваліфікації ч. д. а. Маточний розчин випарювали, а
отриманий осад містив нітрати і карбонати у мольному співвідношенні 5:1, співвідношення
K та Na становило 3:1. Цей продукт можна використовувати як добриво для кислих ґрунтів.
ОРГАНО-НЕОРГАНІЧНІ СОРБЕНТИ.
Прийом, який надає сорбентам аніонооб
мінної спроможності, полягає у модифі
куванні поверхні органічними сполуками.
В ІЗНХ проведено цикл робіт із досліджен
ня сорбційних властивостей силікагелів
та аеросилів різних марок, модифікованих
β-циклодекстрином [84, 85] (В. М. Бєляков,
К. О. Каздобін, Т. В. Мальцева, О. Г. Кот
вицький). Циклодекстрини − це циклічні
олігомери глюкози, в їхньому складі за
лишки D-(+)-глюкопіранози об'єднані у
макроцикли α-D-1,4-глікозидними зв'язка
ми, які разом із водневими зв'язками між
−ОН групами стабілізують тороїдну форму
молекул [86] (рис. 12). Внутрішня поверхня
молекули є гідрофобною, а зовнішня − гід
рофільною за рахунок −ОН груп.
Максимальна кількість циклодекстри
ну, який може бути введено, становить до
0.2 ммоль·г-1 [85]. На практиці досягають ве
личин у 2−10 разів менших від очікуваних.
Концентрація сорбованих катіонів Pb2+ є
еквівалентною кількості циклодекстрину,
Cu2+− у 2.8 рази більшою, а у випадку хро
мат- та арсенат-аніонів − більшою у 4−6 ра
зів та у 3 рази відповідно. Механізм сорб
ції − утворення клатратів із токсичними
іонами та протиіонами. Таким чином, мо
дифікування циклодекстрином силікагелю
надає останньому аніонообмінних власти
востей і розширює інтервал рН сорбції ка
тіонів. Останній ефект раніше намагалися
досягти шляхом переведення силікагелю в
іон-заміщену форму (Ca, Al) [88].
155https://ucj.org.ua
Т. В. Мальцева, Ю. С. Дзязько УХЖ № 12 / ТОМ 88
а б
Рис. 12. Молекула циклодекстрину [85] (а) , утворення клатратів із неорганічними сполуками
[87] (б). Опубліковано з дозволу видавництва Elsevier.
Fig. 12. Cyclodextrin molecule [85] (a), formation of clathrates with inorganic compounds [87] (b).
Published according to the permission of Elsevier.
18
Рис. 10. Інтеркаляція іонів Li+ до титанової
шпінелі за перебігу сорбції
Fig. 10. Intercalation of Li+ ions to titanium
spinel during sorption,
Рис. 11. Інтегрування сорбційного вилучення
літію до процесу мембранного знесолення
води
Fig. 11. Integration of sorption recovery of
lithium to the membrane process ofwater
desalination.
Оскільки поглинання та регенерація іонів Li+ відбуваються досить повільно,
доцільним є інтегрування сорбції до зворотноосмотичного або електродіалізного опріснення
морської води, з якої попередньо видалено іони жорсткості нанофільтрацією із
застосуванням антискаланту, який не взаємодіє з іонами Li+, наприклад, поліакрилової
кислоти. Після вилучення іонів Li+ воду можна демінералізувати зворотним осмосом.
Порівняно з неорганічними композитами, значно більша швидкість сорбції притаманна
органо-неорганічним композитам, які розглянуто далі.
ОРГАНО-НЕОРГАНІЧНІ СОРБЕНТИ. Прийом, який надає сорбентам аніонообмінної
спроможності, полягає у модифікуванні поверхні органічними сполуками. В ІЗНХ проведено
цикл робіт із дослідження сорбційних властивостей силікагелів та аеросилів різних марок,
модифікованих -циклодекстрином [84, 85] (В. М. Бєляков, К. О. Каздобін, Т. В. Мальцева,
О. Г. Котвицький). Циклодекстрини це циклічні олігомери глюкози, в їхньому складі
залишки D-(+)-глюкопіранози об'єднані у макроцикли α-D-1,4-глікозидними зв'язками, які
разом із водневими зв'язками між ОН групами стабілізують тороїдну форму молекул [86]
(рис. 12). Внутрішня поверхня молекули є гідрофобною, а зовнішня гідрофільною за
рахунок ОН груп.
а б
Рис. 12. Молекула циклодекстрину [85] (а) , утворення клатратів із неорганічними сполуками
[87] (б). Опубліковано з дозволу видавництва Elsevier.
Fig. 12. Cyclodextrin molecule [85] (a), formation of clathrates with inorganic compounds [87] (b).
Published according to the permission of Elsevier.
18
Рис. 10. Інтеркаляція іонів Li+ до титанової
шпінелі за перебігу сорбції
Fig. 10. Intercalation of Li+ ions to titanium
spinel during sorption,
Рис. 11. Інтегрування сорбційного вилучення
літію до процесу мембранного знесолення
води
Fig. 11. Integration of sorption recovery of
lithium to the membrane process ofwater
desalination.
Оскільки поглинання та регенерація іонів Li+ відбуваються досить повільно,
доцільним є інтегрування сорбції до зворотноосмотичного або електродіалізного опріснення
морської води, з якої попередньо видалено іони жорсткості нанофільтрацією із
застосуванням антискаланту, який не взаємодіє з іонами Li+, наприклад, поліакрилової
кислоти. Після вилучення іонів Li+ воду можна демінералізувати зворотним осмосом.
Порівняно з неорганічними композитами, значно більша швидкість сорбції притаманна
органо-неорганічним композитам, які розглянуто далі.
ОРГАНО-НЕОРГАНІЧНІ СОРБЕНТИ. Прийом, який надає сорбентам аніонообмінної
спроможності, полягає у модифікуванні поверхні органічними сполуками. В ІЗНХ проведено
цикл робіт із дослідження сорбційних властивостей силікагелів та аеросилів різних марок,
модифікованих -циклодекстрином [84, 85] (В. М. Бєляков, К. О. Каздобін, Т. В. Мальцева,
О. Г. Котвицький). Циклодекстрини це циклічні олігомери глюкози, в їхньому складі
залишки D-(+)-глюкопіранози об'єднані у макроцикли α-D-1,4-глікозидними зв'язками, які
разом із водневими зв'язками між ОН групами стабілізують тороїдну форму молекул [86]
(рис. 12). Внутрішня поверхня молекули є гідрофобною, а зовнішня гідрофільною за
рахунок ОН груп.
а б
Рис. 12. Молекула циклодекстрину [85] (а) , утворення клатратів із неорганічними сполуками
[87] (б). Опубліковано з дозволу видавництва Elsevier.
Fig. 12. Cyclodextrin molecule [85] (a), formation of clathrates with inorganic compounds [87] (b).
Published according to the permission of Elsevier.
Недоліком органо-неорганічних сор
бентів на основі силікагелю є їхня відносно
невелика ємність. Цього недоліку позбав
лені полімер-неорганічні композити на ос
нові іонообмінних смол. В ІЗНХ проведено
цикл робіт зі створення таких композитів,
їхня мета − підвищення селективності ко
мерційних смол до іонів токсичних мета
лів (В. Н. Бєляков, Ю. С. Дзязько, канд. хім.
наук Л. М. Пономарьова, Т. В. Мальцева,
канд. хім. наук Є. О. Коломієць). З іншої
сторони, такі композити є модельними
об'єктами: розроблені способи синтезу
можна застосувати й стосовно іонообмін
них мембран, проте, на відміну від остан
ніх, до смол можна застосувати і метод
ТЕМ, що значно полегшує вивчення їхніх
морфологічних особливостей. Окрім цьо
го, іонообмінним смолам та мембранам
притаманна ідентична пориста структура,
що формується при набуханні у воді або
інших полярних розчинниках. Інформа
цію з цього питання систематизовано в ог
лядах [89−91].
Так, Хсу та Гірке на підставі даних, отри
маних методом малокутового розсіювання
рентгенівських променів, довели, що полі
мер та вода у набряклих іонообмінних по
лімерах являють собою окремі фази [92].
Незважаючи на критику та альтернативні
точки зору [93], уявлення Хсу та Гірке є на
разі найбільш прийнятними для інтерпре
тації функціональних властивостей іонітів
та іонообмінних мембран.
Згідно з моделлю Хсу − Гірке, структур
ні утворення у гідратованих іонообмінних
полімерах можна розділити на 2 типи: геле
ві ділянки та міжгелеві проміжки, де розта
шовані гідрофобні вуглеводневі ланцюги.
Гелеві ділянки утворені нанорозмірними
кластерами, які формуються за рахунок ди
поль-дипольної взаємодії функціональних
груп. Кластери поєднані між собою мен
шими за розміром каналами. Кластери та
канали відносяться до гідрофільних пор,
де відбувається перенос іонів. Гідрофобні
ділянки полімерних ланцюгів формують
пори, які відносяться до міжгелевих про
міжків. Їхній розмір є більшим порівняно з
кластерами. Окрім того, пориста структура
іонообмінних полімерів включає дефекти
структури мікронних розмірів.
156 ISSN 2708-129X. Укр. хім. журн., 2022
РОЗРОБЛЕННЯ СОРБЦІЙНИХ МАТЕРІАЛІВ ШИРОКОГО ФУНКЦІОНАЛЬНОГО ПРИЗНАЧЕННЯ
В ІНСТИТУТІ ЗАГАЛЬНОЇ ТА НЕОРГАНІЧНОЇ ХІМІЇ ІМ. В. І. ВЕРНАДСЬКОГО НАН УКРАЇНИФІЗИЧНА ХІМІЯ
Всі вказані пори, або принаймні гідро
фільні, ідентифікують порометричними
методами, які передбачають гідратацію
полімерів (диференціальна скандувальна
калориметрія, ізотермічна адсорбція − де
сорбція розчинників, ізопіестичний метод,
еталонна контактна порометрія) [90, 94].
Широкий діапазон пор у полімерних іоні
тах зумовлює різноманіття інкорпорованих
неорганічних частинок [95−102] (рис. 13).
Кількість неорганічного модифікатора
та його морфологічні особливості зумовлю
ють функціональні властивості компози
тів. Таблиця ілюструє сорбційну поведінку
полімер-неорганічних композитів стосов
но деяких токсичних іонів, вилучення яких
з води, що містила надлишок іонів жор
сткості, відбувалося у динамічному режи
мі. В усіх випадках модифікатор ГФЦ при
зводить до збільшення ємності до проскоку
та ступеня вилучення токсичних іонів. На
прикладі арсенат- та хромат-аніонів вста
новлено збільшення ємності композитів,
що містять частинки гідратованих оксидів
багатовалентних металів порівняно з не
модифікованою аніонообмінною смолою
[103−109], при цьому у багатьох випадках
зафіксовано синергетичний ефект.
а б
в г
Рис. 13. Мікрофотографії ГФЦ у катіонообмінному полімері: неагреговані наночастинки (а),
їхні агрегати (б), агломерати (в), дендритні агрегати (г)
Fig. 13. Microphotographs of ZHP in cation exchange polymers: non-aggregated nanoparticles (a),
their aggregates (b), agglomerates (c), dendrite aggregates (d).
20
Всі вказані пори, або принаймні гідрофільні, ідентифікують порометричними
методами, які передбачають гідратацію полімерів (диференціальна скандувальна
калориметрія, ізотермічна адсорбція десорбція розчинників, ізопіестичний метод, еталонна
контактна порометрія) [90, 94]. Широкий діапазон пор у полімерних іонітах зумовлює
різноманіття інкорпорованих неорганічних частинок [95102] (рис. 13).
Кількість неорганічного модифікатора та його морфологічні особливості зумовлюють
функціональні властивості композитів. Таблиця ілюструє сорбційну поведінку полімер-
неорганічних композитів стосовно деяких токсичних іонів, вилучення яких з води, що
містила надлишок іонів жорсткості, відбувалося у динамічному режимі. В усіх випадках
модифікатор ГФЦ призводить до збільшення ємності до проскоку та ступеня вилучення
токсичних іонів. На прикладі арсенат- та хромат-аніонів встановлено збільшення ємності
композитів, що містять частинки гідратованих оксидів багатовалентних металів порівняно з
немодифікованою аніонообмінною смолою [103109], при цьому у багатьох випадках
зафіксовано синергетичний ефект.
а б
в г
Рис. 13. Мікрофотографії ГФЦ у катіонообмінному полімері: неагреговані наночастинки (а),
їхні агрегати (б), агломерати (в), дендритні агрегати (г) 20
Всі вказані пори, або принаймні гідрофільні, ідентифікують порометричними
методами, які передбачають гідратацію полімерів (диференціальна скандувальна
калориметрія, ізотермічна адсорбція десорбція розчинників, ізопіестичний метод, еталонна
контактна порометрія) [90, 94]. Широкий діапазон пор у полімерних іонітах зумовлює
різноманіття інкорпорованих неорганічних частинок [95102] (рис. 13).
Кількість неорганічного модифікатора та його морфологічні особливості зумовлюють
функціональні властивості композитів. Таблиця ілюструє сорбційну поведінку полімер-
неорганічних композитів стосовно деяких токсичних іонів, вилучення яких з води, що
містила надлишок іонів жорсткості, відбувалося у динамічному режимі. В усіх випадках
модифікатор ГФЦ призводить до збільшення ємності до проскоку та ступеня вилучення
токсичних іонів. На прикладі арсенат- та хромат-аніонів встановлено збільшення ємності
композитів, що містять частинки гідратованих оксидів багатовалентних металів порівняно з
немодифікованою аніонообмінною смолою [103109], при цьому у багатьох випадках
зафіксовано синергетичний ефект.
а б
в г
Рис. 13. Мікрофотографії ГФЦ у катіонообмінному полімері: неагреговані наночастинки (а),
їхні агрегати (б), агломерати (в), дендритні агрегати (г)
157https://ucj.org.ua
Т. В. Мальцева, Ю. С. Дзязько УХЖ № 12 / ТОМ 88
Проте іонітам, що містять агрегати та
агломерати наночастинок модифікатора,
притаманна низька відтворюваність скла
ду та сорбційних властивостей, а найви
щою відтворюваністю характеризуються
іоніти, які містять тільки неагреговані на
ночастинки [110]. Тому запропоновано та
експериментально підтверджено теоретич
ний підхід, який дозволяє спрямовано
регулювати розмір частинок, інкорпоро
ваних до аніонообмінного [109, 111] або
катіонообмінного [112] полімерів. Факто
рами, які визначають розмір частинок, що
осаджуються у порах полімерної основи,
є молярний об’єм сполуки модифікатора,
її розчинність, обмінна ємність полімера,
температура, поверхневий натяг розчинни
ка, концентрація та об’єм розчинів реаген
тів. Застосування такого підходу дозволяє
отримати найбільш морфологічно одно
рідні полімер-неорганічні композити ста
лого складу, що виявляють відтворювані
функціональні властивості. Метод синтезу
впроваджено Державним підприємством
«Смоли» (Кам'янське, Україна). Відомості,
які стосуються використання органо-не
органічних іонітів для пом'якшення води,
систематизовано в огляді [113].
Таблиця
Вилучення токсичних катіонів із води у динамічному режимі
Table.
Removal of toxic cations from water under dynamic operation.
Матриця Вміст ГФЦ,
мас. %
Тип та розмір частинок Іон, вихідна
концентрація,
ммоль·м-3
Ємність до
проскоку*,
ммоль·см-3
Ступень
вилучення*,
%
Джерело
Сильнокислотна,
гелева,
середньозшита
15 Неагреговані, 20−50 нм,
агрегати, 70−300 нм
[UO2
2+OH]+, 0.2
3.93×10-3
(3.4×10-4 )
65
(50)
[102]
50 Дендритні агломерати,
декілька мікрон
2.36×10-3
(3.4×10-4)
87
(50)
37 Неагреговані,
4−20 нм,
агрегати, агломерати,
50 нм − декілька мікрон
Cd2+, 0.035 5,16 ×10-3
(1.5×10-3)
>99
(19)
[97]
43 Агломерати, декілька
мікрон
Cd2+, 0.1
Ni2+, 0.1
0.24 (0.16)
0.24 (0.16)
99 (90)
99 (95)
[99]
Слабкокислотна,
середньозшита,
макропориста
8 Неагреговані,
5−15 нм, агрегати,
декілька мікрон
Ni2+, 0.1 2.1×10-2
(7.0 ×10-3)
85
(85)
[101]
Сильнокислотна,
слабкозшита,
гелева
40 Неагреговані,
7−14 нм,
Агрегати, 30−50 нм,
Агломерати, декілька
мікрон
Ni2+, 0.3 1.58×10-2
(2.7×10-3)
>99
(93)
[98]
* У дужках наведено значення для немодифікованих смол.
158 ISSN 2708-129X. Укр. хім. журн., 2022
РОЗРОБЛЕННЯ СОРБЦІЙНИХ МАТЕРІАЛІВ ШИРОКОГО ФУНКЦІОНАЛЬНОГО ПРИЗНАЧЕННЯ
В ІНСТИТУТІ ЗАГАЛЬНОЇ ТА НЕОРГАНІЧНОЇ ХІМІЇ ІМ. В. І. ВЕРНАДСЬКОГО НАН УКРАЇНИФІЗИЧНА ХІМІЯ
Порівняно з іонообмінними смолами,
органо-неорганічні іоніти легше регенеру
ються. Наприклад, десорбція U(VI) із ка
тіонітів та аніонітів відбувається швидше
і найбільш повно [114]. Слід особливо під
креслити, що для регенерації замість розчи
ну сильної кислоти доцільно застосовувати
лужний розчин NaHCO3. Для десорбції ін
ших катіонів застосовують розчин H2SO4,
проте для регенерації композитів потрібен
менший об'єм регенеруючого розчину, ніж
у випадку немодифікованих смол.
Композити на основі природних мате-
ріалів
Порівняно з синтетичними сорбентами,
природні матеріали є більш доступними та
дешевими, а то й взагалі безкоштовними.
Для надання таким матеріалам необхід
них функціональних властивостей засто
совують спеціальні модифікатори. З еко
номічної точки зору, доцільною є проста
й екологічно чиста процедура модифіку
вання з використанням дешевих реагентів.
В ІЗНХ проводять роботи із розроблення
сорбентів для видалення нафти і нафто
продуктів із водних поверхонь (Є. О. Коло
мієць, Ю. С. Дзязько), а також «контейне
рів» для дозування добрив (Ю. С. Дзязько,
Л. М. Рождественська, К. О. Куделко).
Нафта і нафтопродукти потрапляють
до поверхневих вод внаслідок техногенних
катастроф, спричинених, зокрема, військо
вими діями. Для запобігання негативних
екологічних наслідків вуглеводні мають
бути видаленими з водних поверхонь. За
пропоновано магнітні сорбенти на основі
некарбонізованих біополімерів (рослинної
целюлози і кератину). Для виготовлення
композитів використовували біополімерні
матриці різної морфології на рівні пучків
волокон. Залежно від походження матри
ці, пучки волокон є прямими (целюлоза,
отримана з деревини та кукурудзяних ка
чанів), спіралеподібними (целюлоза чай
ного листя) або лускатими (кератин вовни
тварин). Частинки магнетиту вводили до
біополімерних матриць після видалення з
них нецелюлозних і некератинових вклю
чень. Найбільш однорідний розподіл маг
нітних частинок, розмір яких менший за
1 мкм, виявлено для матриці, отриманої з
качанів кукурудзи. Це композит, який міс
тив найменшу кількість заліза (0,24 мас. %):
саме цей зразок демонструє найкращу
плавучість. Сорбент на основі целюлози з
листя чаю містив 71% заліза: частинки то
нули у воді майже повністю. Його ємність
в неполярних рідинах становила (г·г-1):
1,6−8,6 (рослинна олія), 10,5−16,4 (нафта),
9,8−14,5 (керосин). Після видалення з по
верхні води сирої нафти плівку цієї рідини
візуально не спостерігали. Для очищеної
води хімічне споживання кисню стано
вило ≈0,2 мгО2⋅дм-3, це менше норми для
питної води. Крім цього, сорбент можна
легко видалити з водної поверхні за допо
могою магніту. Встановлено, що сорбенти
також можна використовувати для вида
лення з води іонів токсичних металів. Як
виявлено, магнітні частинки покращують
сорбцію іонів Pb2+, але зменшують сорбцію
Cd2+. Таким чином, сорбенти з невеликим
вмістом неорганічного модифікатора мож
на використовувати для видалення нафти і
нафтопродуктів із водних поверхонь. Для
вилучення неорганічних іонів можна ви
користовувати сорбенти, які тонуть у воді.
Перевага сорбентів на основі біополімерів
перед відомими матеріалами полягає у не
складному способі синтезу, який передба
159https://ucj.org.ua
Т. В. Мальцева, Ю. С. Дзязько УХЖ № 12 / ТОМ 88
чає використання дешевої та доступної си
ровини. Крім цього, сорбенти можна легко
відокремити від води за допомогою магніт
ного поля. Інформацію щодо сорбентів на
основі некарбонізованих біополімерів сис
тематизовано в огляді [115].
Для синтезу «контейнерів»-дозаторів
добрив використано природні цеоліти
[116]. Синтезовано композити, які містять
наночастинки гідратованого оксиду феру
му(ІІІ) − модифікатор екранує мезопори
цеолітової матриці. Отримано також мате
ріали, модифіковані частинками мікронних
розмірів, які розташовані у макропорах.
Саме для таких композитів знайдено дозу
ючий ефект для розчину, що містить мікро
компоненти, необхідні для росту рослин.
Сорбент, просочений цим розчином, вно
сили до ґрунту. Знайдено його позитивний
вплив на розвиток коріння та паростків
Cucumis sativus (огірка городнього). Цео
літи, модифіковані наночастинками, реко
мендовано для вилучення іонів Pb2+ із води.
ВИСНОВКИ. Всі сорбенти, які розробле
ні в ІЗНХ, можна застосовувати у процесах
розділення: завдяки крупнодисперсності та
механічній міцності їх можна використо
вувати як наповнювачів сорбційних колон.
Ранні роботи були направлені на розро
блення аморфних гідрофосфатів та подвій
них гідратованих оксидів багатовалентних
металів, призначених для вилучення з води
токсичних неорганічних іонів (арсенат-,
хромат- та борат-аніонів, катіонів Cu2+,
Pb2+, Cd2+ тощо). Наразі основну увагу зо
середжено на розробленні композиційних
матеріалів. Поєднання в композитах різ
них складових дозволяє отримати сорбен
ти з покращеними властивостями (більш
швидкою сорбцією, підвищеною ємністю
та селективністю, сорбційною здатністю у
більш широкому інтервалі рН, полегшеною
регенерованістю) або поліфункціональні
матеріали, які сорбують як неорганічні, так
і органічні сполуки. Перспективні напрям
ки досліджень − створення технологій, які
включають не тільки вилучення токсичних
і цінних компонентів із рідин природного,
техногенного та біогенного походження, а
й регенерацію сорбенту та перероблення
концентрату для отримання комерційних
продуктів. Інший напрямок досліджень −
створення композитів − потенційних мо
дифікаторів мембран.
Роботу виконано в межах держбю-
джетної теми «Розроблення мемб-
ран, модифікованих композитами на ос-
нові полімерів із неорганічними гідрофі-
лізуючими та антибактеріальними добав-
ками, для вилучення токсичних і цінних
компонентів із водних розчинів», держав-
ний реєстраційний номер: 0122U001235.
DEVELOPMENT OF SORPTION MATERIALS OF
WIDE FUNCTIONAL PURPOSE IN THE V.I. VER-
NADSKII INSTITUTE OF GENERAL AND INOR-
GANIC CHEMISTRY OF THE NAS OF UKRAINE
T.V. Maltseva, Yu.S. Dzyazko
V.I. Vernadsky Institute of General and Inorganic
Chemistry of National Academy of Sciences of
Ukraine,
32/34 Akad. Palladin ave, 03142 Kyiv, Ukraine
e-mail: dzyazko@gmail.com
The review is devoted to the work, which
were performed at the V.I. Vernadskii Institute
of General and Inorganic Chemistry of the
NAS of Ukraine according to the direction of
160 ISSN 2708-129X. Укр. хім. журн., 2022
РОЗРОБЛЕННЯ СОРБЦІЙНИХ МАТЕРІАЛІВ ШИРОКОГО ФУНКЦІОНАЛЬНОГО ПРИЗНАЧЕННЯ
В ІНСТИТУТІ ЗАГАЛЬНОЇ ТА НЕОРГАНІЧНОЇ ХІМІЇ ІМ. В. І. ВЕРНАДСЬКОГО НАН УКРАЇНИФІЗИЧНА ХІМІЯ
the development of sorption naterials of wide
functional purpose. All sorbents can be used
in separation processes: due to their coarse
dispersion and mechanical strength, they can
be used as fillers for sorption columns.The di
rection of early works is the development of
amorphous hydrophosphates and double hyd
rated oxides of multivalent metals, intended for
the removal of toxic inorganic ions from water
(arsenate-, chromate- and borate-anions, Cu2+,
Pb2+, Cd2+cations etc.). Currently, attention
is focused on the development of composite
materials.The base of inorganic composites is
hydrophosphate and oxide sorbents, and the
modifiers are the advanced carbon materials,
lithium-titanium and lithium-titanium-man
ganese spinels etc.Sorbents based on ion-ex
change resins modified with inorganic ionites
have also been developed.The combination
of various components in composites makes
it possible to obtain sorbents with improved
properties (faster sorption, increased capacity
and selectivity, sorption capacity in a wider pH
range, easier regeneration) or multifunctional
materials that sorb both inorganic and orga
nic compounds, for example, pesticides. Pro
spective field of research is the development of
technologies that include not only the extrac
tion of toxic and valuable components from
liquids of natural, technological and biogenic
origin, but also the regeneration of the sorbent
and processing of the concentrate to obtain
commercial products.Thus, the integration of
lithium sorption concentration into the pro
cess of reverse osmosis water desalination has
been proposed. The processing of the solution
formed during the regeneration of the sorbent
includes the production of lithium carbonate
and a complex fertilizer for acidic soils. Com
posites, the components of which are natural
materials, are also in the focus of attention.
Magnetic sorbents based on biopolymers, pro
posed for extraction of oil and oil products
from water surfaces. Composites based on zeo
lites are used as containers for liquid fertilizers
Another direction of research is the creation
of composites - potential membrane modifiers
for separation processes.
Keywords: sorbents, composites, hydro
phosphates of multivalent metals, hydrated
doubleoxides, ion exchangeresins.
ЛІТЕРАТУРА
1. Clearfield A., Stynes J.A. The preparation of
crystalline zirconium phosphate and some
observation on its ion exchange behaviour. J.
Inorg. Nucl. Chem. 1964. 26 (1). P. 117−129.
2. Alberti G., Toracca F. Crystallyne insoluble
salts of polybasic metals. 2. Synthesis of crys
talline zirconium and titanium phosphates
by direct precipitation. J. Inorg. Nucl. Chem.
1968. 30 (5). P. 317−318.
3. Cheng Yu., Chuah G.K. The synthesis and ap
plications of α-zirconium phosphate. Chin.
Chem. Let. 2020. 31(2). P. 307–310.
4. Yamanaka S., Tanaka M. Formation region and
structural model of γ-zirconium phosphate. J.
Inorg. Nucl. Chem. 1979. 41 (1). P. 45–48.
5. Krogh A.M., Norby A.P., Hanson J.C., Hanson
J.C., Vogt T. Preparation and characterization
of a new 3-dimensional zirconium hydro
gen phosphate τ-Zr(HPO4)2. Determination
of the complete crystal structure combining
synchrotron X-ray single-crystal diffraction
and neutron powder diffraction. Inorg. Chem.
1998. 37 (5). P. 876–881.
6. Clearfield A., Bortun A.I., Bortun L.N., Garcia
J.R. Direct hydrothermal synthesis of zirconi
um phosphate and zirconium arsenate with a
novel basic layered structure in alkaline media.
Inorg. Chem. Commun. 1998. 1 (6). P. 206−208.
7. Alberti G., Costantino U., Allulli S., Massucci
M.A. Crystalline insoluble acid salts of tetra
161https://ucj.org.ua
Т. В. Мальцева, Ю. С. Дзязько УХЖ № 12 / ТОМ 88
valent metals – XIV. Forward and reverse so
dium-potassium ion exchange isotherms on
crystalline zirconium phosphate. J. Inorg. Nucl.
Chem. 1973. 35 (4). P. 1339−1346.
8. Rudolf P.R. Clearfield A. Time of flight neu
tron powder Rietveld refinement of the
ZrKH(PO4)2 structure. Inorg. Chem. 1985. 24
(22). P. 3714−3715.
9. Costantino U., Szirtes L., Kuzmann E., Me
gyeri J., Lázár K. Exchange of iron ions into
layers of α-zirconium phosphate. Solid State
Ionics. 2001. 141−142. P. 359−364.
10. Grevillot G., Dzyazko J., Kazdobin K., Belyakov
V. The electrochemically controlled sorption
of d-metal cations by ion-exchangers based on
titanium phosphate. Solid State Electrochem.
1999. 3 (2). P. 104−110.
11. Дзязько Ю. С., Рождественская Л. М.,
Пальчик А. В., Беляков В. Н. Подвижность
ионов Ni(II) в неорганических ионитах на
основе гидроксофосфата циркония. Теор.
эксп. химия. 2003. 39 (6). C. 368−373.
12. Дзязько Ю. С., Беляков В. Н., Рождествен
ская Л. М. Особенности кинетики сорбции
ионов Ni(II) ионообменными смолами.
Укр. хим. журн. 2003. 69 (7−8). C. 8–12.
13. Dzyazko Yu., Rozhdestvenska L., Palchik A.,
Lapicque F. Ion-exchange properties and mo
bility of Cu2+ ions in zirconium hydrophos
phate ion-exchangers. Separ. Purif. Technol.
2005. 45 (2). P. 141−146.
14. Дзязько Ю. С., Рождественская Л. М., Па
льчик А. В. Извлечение ионов Ni(II) из раз
бавленных растворов комбинированным
методом ионного обмена и электродиализа.
Журн. прикл. химии. 2005. 78 (3). C. 418–424.
15. Дзязько Ю. С., Рождественская Л. М., Беля
ков В. Н.Электроперенос в системе Ni2+-Н+
в ионообменной органической матрице.
Хим. техн. воды. 2003. 25 (6). C. 515–524.
16. Rozhdestvenska L.M., Dzyazko Yu.S., Belyakov
V.N. Electrodeionization of a Ni2+-containing
solution using highly hydrated zirconium
hydrophosphate. Desalination. 2006. 198.
P. 247–255.
17. Бортун A. И., Беляков В. Н., Стрелко В. В.,
Kaрaсeвa T. A. Исследование кинетики сорб
ции катионов щелочных металлов на сфе
рически гранулированном фосфате цирко
ния. Укр. хим. журн. 1979. 53 (8). C. 2060–
2063.
18. Митченко Т. Е., Беляков В. Н., Ройтенберг
А. М., Постолов Л. Е. Исследование хими
ческой стабильности сорбента на основе
фосфата титана. Журн. прикл. химии. 1986.
59 (7). C. 1337–1340.
19. Митченко Т. Е., Стрелко В. В., Беляков
В. Н., Постолов Л. Е. Извлечение ионов
кадмия из сточных вод сорбентом на осно
ве фосфата циркония. Химия и технология
воды. 1983. 5 (5). C. 53–57.
20. Ласкорин Б. Н., Голдобина В. А., Копанев
А. М. Сорбция ионов цветных металлов и
железа неорганическими ионитами на ос
нове фосфата циркония. Изв. вузов. Цветн.
металлургия. 1973. 16 (11). C. 22−24.
21. Бортун А. И., Квашенко А. П. Комплексо
образование при сорбции ионов Cu, Co,
Zn аморфными фосфатами титана и цир
кония. Журн. прикл. химии. 1990. 64(7).
C. 1963−1966.
22. Дзязько Ю. С., Трачевский В. В., Рождест
венская Л. М., Василюк С. Л., Беляков
В. Н. Взаимодействие сорбированных ио
нов Ni(II) с аморфным гидрофосфатом
циркония. Журн. физ. химии A. 2013. 87(5).
C. 857–862.
23. Бортун А. И., Малиновский Г. А., Хайна
ков С. А., Беляков В. Н. Амфотерные свой
ства ионитов на основе фосфатов титана и
циркония. Укр. хим. журн. 1990. 56(1). C. 6–9.
24. Ярославцев А. Б. Ионный обмен на неор
ганических сорбентах. Успехи химии. 1997.
66(7). C. 641−659.
25. Parks G.A. The isoelectric points of solid oxi
des, solid hydroxides, and aqueous hydroxo
complex systems. Chem. Rev. 1965. 65(2).
P. 177–198.
26. Tamura H.Theorization on ion-exchange
equilibria: activity of species in 2-D phases. J
162 ISSN 2708-129X. Укр. хім. журн., 2022
РОЗРОБЛЕННЯ СОРБЦІЙНИХ МАТЕРІАЛІВ ШИРОКОГО ФУНКЦІОНАЛЬНОГО ПРИЗНАЧЕННЯ
В ІНСТИТУТІ ЗАГАЛЬНОЇ ТА НЕОРГАНІЧНОЇ ХІМІЇ ІМ. В. І. ВЕРНАДСЬКОГО НАН УКРАЇНИФІЗИЧНА ХІМІЯ
Colloid Interface Sci. 2004. 279 (1). P. 1−22.
27. Serrano S., O'Day P.A., Vlassopoulos D.,
García-Gonzáleza M.T., Garrido F. A surface
complexation and ion exchange model of
Pb and Cd competitive sorption on natural
soils. Geochim. Cosmochim. Acta. 2009. 73(3).
P. 543−558.
28. Lund T.J., Koretsky C.M., Landry C.J, Schaller
M.S., Das S. Surface complexation modeling of
Cu(II) adsorption on mixtures of hydrous fer
ric oxide and kaolinite. Geochem. Trans. 2008.
9. P. 9−19.
29. Дзязько Ю. С., Рождественская Л. М., Васи
люк С. Л. Подвижность анионов Cr (VI) в
фазе амфотерного неорганического иони
та. Химия и технология воды. 2008. 30(5).
C. 498–508.
30. Мальцева Т. В., Яценко Т. В., Куделко E. O.,
Беляков В. Н. Влияние введения гидроди
оксида марганца и гидратированного ок
сида алюминия на пористую структуру и
заряд поверхности оксигидратов Zr (IV),
Ti (IV) иSn (IV). Журн. прикл. химии. 2011.
84(5). C. 756–761.
31. Мальцева Т. В., Яценко Т. В., Пальчик О. В.,
Дзязько Ю. С. Вплив діоксиду марганцю в
оксигидратах Zr, Sn, Ti на адсорбцію іонів
свинцю, стронцію та радіонуклідів 90Sr.
Укр. хім. журн. 2017. 83(11). C. 26–32.
32. Мальцева Т. В. Анализ возможности при
менения эффективных сорбционных ма
териалов для переработки жидких отходов
на АЭС Украины. Вода і водоочисні техно-
логії. Науково-технічні вісті. 2015. 17(2).
C. 50–61.
33. Kudelko K., Maltseva T., Bieliakov V. Adsorp
tion and mobility of Cu (II), Cd (II), Pb (II)
ions adsorbed on (hydr)oxide polymer sor
bents MxOy·nH2O, M = Zr (IV), Ti (IV), Sn
(IV), Mn (IV). Desalination and Water Treat-
ment. 2011. 35 (1−3). P. 295–299.
34. Куделко E. O., Мальцева Т. В., Беляков В. Н.
Сорбция ионов Cr (VI) оксигидратами
состава MxAl1-xOy·nH2O, где М - Zr(IV),
Ti(IV), Sn(IV). Коллоидный журн. 2012.
74(3). C. 337–342.
35. Куделко E. O., Мальцева Т. В., Беляков В. Н.
Анионообменные свойства оксигидратов
состава MxAl1-xOy·nH2O, М – Zr, Ti, Sn. Укр.
хім. журн. 2012. 78(1). C. 6–11.
36. Мальцева Т. В. Вплив введення оксидів мар
ганцю і алюмінію до складу оксигідратів
цирконію, титану, стануму на вибірковість
і кінентику сорбції кисень-вмісних іонів.
Укр. хім. журн. 2018. 84(8). C. 84–90.
37. Мальцева Т. В., Куделко E. O., Беляков В. Н.
Адсорбция Cu(II), Cd(II), Pb(II), Cr(VI)
двойніми гидроксидами на основе оксида
Al и оксидов Zr, Sn и Ti. Журн. физ. химии
А. 2009. 83(13). C. 2336–2339.
38. Куделко E. O., Мальцева Т. В., Беляков В. Н.
Анионообменные свойства оксигидратов
состава MxAl1-xOy·nH2O, М – Zr, Ti, Sn. Укр.
хім. журн. 2012. 78(1). C. 6–11.
39. Дзязько Ю. С., Беляков В. Н., Стефаняк
Н. В., Василюк С. Л. Анионообменные
свойства композиционных керамических
мембран, содержащих гидратированный
диоксид циркония. Журн. прикл. химии.
2006. 79(5). C. 778−782.
40. Яценко T. В., Мальцева Т. В., Пальчик A. В.,
Aтаманюк В. Ю., Беляков В. Н. Определе
ние удельной поверхности оксигидратов
элементов III−IV групп по данным потен
циометрического титрования. Укр. хім.
журн. 2006. 72(7). C. 10–14.
41. Яценко T. В., Мальцева Т. В., Куделко E. O.
Расчет удельной поверхности пористых
оксигидратных адсорбентов из величины
емкости двойного электрического слоя.
Журн. прикл. химии. 85(3). C. 383–387.
42. De Faria A., Trasatti S. The Parsons–Zobel plot
for systems of suspended particles: a specific
experimental test. J. Electroanal Chem. 1998.
448(2). P. 159–162.
43. Стрелко В. В., Беляков В. Н., Бортун A. И.,
Хайноков С. А. Исследование селективной
сорбции сульфат-ионов гидратированным
диоксидом циркония. Журн. физ. химии.
1980. 64(2). C. 408–412.
163https://ucj.org.ua
Т. В. Мальцева, Ю. С. Дзязько УХЖ № 12 / ТОМ 88
44. Dzyazko Y.S., Rozhdestvenskaya L. M., Vasi
lyuk S. L., Belyakov V. N., Kabay N., Yuksel
M., Arar O., Yuksel U. Electro-deionization of
Cr (VI)-containing solution. Part I: chromi
um transport through granulated inorganic
ion-exchanger. Chem. Eng. Commun. 2009.
196(1−2). P. 3–21.
45. Aтаманюк В. Ю., Maльцева Т. Ю., Беляков
В. Н. Извлечение бора из водных растворов
с использованием гидратированного ди
оксида циркония. Химия и технология
воды. 2002. 24(3). C. 238–247.
46. Zhuravlev I., Zakutevsky O., Psareva T., Ka
nibolotsky V., Strelko V., Taffet M., Gallios G.
Uranium sorption on amorphous titanium
and zirconium phosphates modified by Al3+
or Fe3+ ions. J. Radioanal. Nucl. Chem. 2002.
254(1). P. 85–89.
47. Marcano D.C., Kosynkin D.V., Berlin J.M., Sinit
skii A., Sun Z., Slesarev A., Alemany L.B., Lu W.,
Tour J.M. Improved synthesis of graphene oxi
de. ACS Nano. 2010. 4(8). P. 4806–4814.
48. Danilov M.O., Slobodyanyuk I.A., Ruset
skii I.A., Kolbasov G.Y. Synthesis of reduced
graphene oxide obtained from multiwalled
carbon nanotubes and its electrocatalytic
properties. In: Aliofkhazraei M., Ali N., Wil
liam I., Milne W.I., Ozkan C.S., Mitura S., Ger
vasoni J.L. (eds). Graphene science handbook:
fabrication methods. Boca Raton, London,
New York: CRS press, 2016. Р. 205–226.
49. Danilov M.O., Rusetskii I.A., Slobodyanyuk
I.A., Dovbeshko G.I., Kolbasov G.Y., Strubov
Y.Y. Synthesis, properties, and application of
graphene-based materials obtained from car
bon nanotubes and acetylene black. Ukr. J.
Phys. 2016. 7(1). P. 3–11.
50. Dzyazko Y., Ogenko V. Polysaccharides: an
efficient tool for fabrication of carbon nano
matrials. In: Inamuddin, Boddula A.R., Altal
hi T. (eds.). Polysaccharides: Properties and
Applications. Hoboken: Wiley. 2021. P. 337–
366.
51. Новикова Е. М., Мальцева Т. В., Беляков
В. Н., Собкевич В. А., Шваб Н. А. Природа
синергического эффекта на композицион
ных материалах углерод − гидроксид цирко
ния. Укр. хим. журн. 1991. 57(9). C. 928–929.
52. Strelko V.V., Kartel N.T., Dukhno I.N., Kuts
V.S., Clarkson R.B., Odintsov B.M. Mecha
nism of reductive oxygen adsorption on active
carbons with various surface chemistry. Sur-
face Sci. 2004. 548(1−3). P. 281–290.
53. Dzyazko Yu.S., Ogenko V.M., Volfkovich
Yu.M., Sosenkin V.E., Maltseva T.V., Yatsen
ko T.V., Kudelko K.O. Composite consisting
of hydrated zirconium dioxide and grapheme
oxide for removal of organic and inorganic
components from water. Him. Fiz. Tehnol.
Poverhni. 2018. 9(4). P. 417–431.
54. Dreyer D.R., Park S., Bielawski C.W., Ruoff
R.S. The chemistry of graphene oxide. Chem.
Soc. Rev. 2010. 39(1). P. 228–240.
55. Volfkovich Y.M., Rychagov A.Y., Sosenkin
V.E., Efimov O.N., Os’makov M.I. Measuring
the specific surface area of carbon nanomate
rials by different methods. Russ. J. Electrochem.
2014. 50(11). P. 1099–1101.
56. Dzyazko Yu.S., Ogenko V.M., Shteinberg L.Ya.,
Bildуukevich A.V., Yatsenko T.V. Composite
adsorbents including oxidized graphene: ef
fect of composition on mechanical durability
and adsorption of pesticides. Him. Fiz. Tehnol.
Poverhni. 2019. 10(4). P. 432–445.
57. Volfkovich Yu.M., Bagotsky V.S. Experimental
methods for investigation of porous materials
and powders, In: Volfkovich Yu.M., Filippov
A.N., Bagotsky V.S. (eds). Porous materials
and powders used in different fields of science
and technology. London: Springer-Verlag,
2014. P. 1–6.
58. Perlova O.V., Dzyazko Yu.S., PalchikO.V., Mar
tovyi I.S. Hydrated titanium dioxide modified
with potassium cobalt hexacyanoferrate (II)
for sorption of cationic and anionic complex
es of uranium (VI). Appl.Nanosci. 2022. 12(3).
P. 651–663.
59. Perlova O.V., Dzyazko Y.S., Palchik A.V., Iva
nova I.S., Perlova N.O., Danilov M.O., Ru
setskii I.A., Kolbasov G.Ya., Dzyazko A.G.
164 ISSN 2708-129X. Укр. хім. журн., 2022
РОЗРОБЛЕННЯ СОРБЦІЙНИХ МАТЕРІАЛІВ ШИРОКОГО ФУНКЦІОНАЛЬНОГО ПРИЗНАЧЕННЯ
В ІНСТИТУТІ ЗАГАЛЬНОЇ ТА НЕОРГАНІЧНОЇ ХІМІЇ ІМ. В. І. ВЕРНАДСЬКОГО НАН УКРАЇНИФІЗИЧНА ХІМІЯ
Composites based on zirconium dioxide
and zirconium hydrophosphate containing
graphene-like additions for removal of U(VI)
compounds from water. Appl.Nanosci. 2020.
10(12). P. 4591–4602.
60. Myronchuk V., Zmievskii Y., Dzyazko Y., Rozh
destveska L., Zakharov V., Bildyukevich A.
Electrodialytic whey demineralization involv
ing polymer-inorganic membranes, anion ex
change resin and graphene-containing com
posite. Acta Periodica Technologica. 2019. 50.
P. 63–171.
61. Dzyazko Yu.S., Palchik A.V., Ogenko V.M.,
Shtemberg L.Y., Bogomaz V.I., Protsenko S.A.,
Khomenko V.G., Makeeva I.S., Chernysh O.V.,
Dzyazko O.G. Nanoporous biochar for remov
al of toxic organic compounds from water.
Springer Proc. Phys. 2019. 222. P. 209–224.
62. Dzyazko Yu.S., Volfkovich Yu.M., Chaban
M.O. Composites containing inorganic ion ex
changers and graphene oxide: hydrophilic–hy
drophobic and sorption properties (Review).
Springer Proc Phys. 2020. 246. P. 93–110.
63. Perlova O.V., Ivanova I.S., Dzyazko Yu.S.,
Danilov M.O., Rusetskii I.A., Kolbasov G.Ya.
Sorption of U(VI) compounds on inorga
nic composites containing partially unzipped
multiwalled carbon nanotubes. Him. Fiz. Teh-
nol. Poverhni. 2021. 12(1). P. 16–31.
64. Perlova O.V., Dzyazko Yu.S., Malinovska A.A.,
Palchik A.V. Pecularities of U(VI) sorption on
composites containing hydrated titanium di
oxide and potassium-cobalt hezacianoferrate
(II). Him. Fiz. Tehnol. Poverhni. 2021. 12(4).
P. 344–357.
65. Рождественська Л. M., Дзязько Ю. С., Ру
денко О. С., Желєзнова Л. І., Бєляков В. Н.
Нові селективні нанокомпозиційні матері
али на основі гідратованого діоксиду цир
конію та оснóвного оксонітрату вісмуту.
Доповіді Національної академії наук Украї-
ни. 2013. (8). C. 135–140.
66. Dzyazko Yu., Rozhdestveskaya L., Zmievskii
Yu., Zakharov V., Myronchuk V. Composite
inorganic anion exchange membrane for elec
trodialytic desalination of milky whey. Mater.
Today: Proc. 2019. 6(2). P. 250–259.
67. Kotvitskyy A.G, Maltseva T.V., Belyakov V.N.
Selective removal of Cs+ ions by means of elec
tro-deionisation. Separ Purif Technol. 2005.
41(3). P. 329–334.
68. Fortune business insight. The global lithium
market is projected to grow from USD 3.83 bi
llion in 2021 to USD 6.62 billion in 2028 at a
CAGR of 8.1% during the 2021–2028 period.
https://www.fortunebusinessinsights.com/li
thium-market-104052
69. Kapusta N.D., Mossaheb N., Etzersdorfer E.,
Hlavin G., Thau K., Willeit M., Praschak-Rie
der N., Sonneck G., Leithner-Dziubas K. Lithi
um in drinking water and suicide mortality.
Braz. J. Psych. 2011. 198(5). P. 346–350.
70. World Health Organization. EAEU Techni
cal Regulation On Safety of Packaged Pota
ble Water Including Natural Mineral Water
(TR EAEU 044/2017) with 3 annexes. 2017.
https://apps.fas.usda.gov/newgainapi/api/re
port/downloadreportbyfilename?filename=E
AEU%20Technical%20Regulation%20on%20
Packaged%20Water_Moscow_Russian%20
Federation_10-30-2017.pdf
71. Flexer V., Baspineiro C.F., Galli C.I. Lithium
recovery from brines: a vital raw material for
green energies with a potential environmental
impact in its mining and processing. Sci. Total
Envir. 2018. 639. P. 1188–1204.
72. Xin H., Kaur S., Kostecki R. Mining lithium
from seawater. Joule. 2020. 4(7): P. 1357–1358.
73. Xu X., Chen Y., Wan P., Gasem K., Wang K.,
He T., Adidharma H., Fan M. Extraction of
lithium with functionalized lithium ion-sieves.
Progr.Mater. Sci. 2016. 84. P. 276–313.
74. Salman S., Lottermoser B.G., Alessi D.S. Metal
oxide sorbents for the sustainable recovery of
lithium from unconventional resources. Appl.
Mater. Today. 2020. 19. P. 100638.
75. Li L., Deshmane V., Paranthaman M., Bhave R.,
Moyer B., Harrison S. Lithium recovery from
aqueous resources and batteries – a brief re
view. Johnson Matthey Technology Review,
165https://ucj.org.ua
Т. В. Мальцева, Ю. С. Дзязько УХЖ № 12 / ТОМ 88
2018. 62(2). P. 161–176.
76. Chaban М.О., Rozhdestvenska L.M., Palchik
О.V., Ponomarova L.M., Dzyazko Y.S. Selec
tive to lithium ions nanocomposite sorbents
based on TiO2 containing manganese spinel.
Voprosy Khimii i Khimicheskoi Tekhnologii.
2021. (4). P. 126–133.
77. Chaban М.О., Rozhdestvenska L.M., Palchik
A.V., BelyakovV.M. Influence of structural
characteristicson sorption properties of lithi
um-selectivecomposite materials based on
TiO2 and MnO2. Khim. Phiz. Tekhnol. Poverh-
ni. 2014.5 (3). P. 303–308.
78. Chaban M.A., Palchik A.V., Rozhdestvenska
L.M., Vasilyuk S.L., Linkov V.M. Characteriza
tion of sorption materials containing oxides of
multivalent metals for use in processes of lithi
um extraction from salt solutions. Water and
Water Purification Technologies. Scientific and
Technical News. 2016. 3(20). P. 8–21.
79. Чабан М. А., Рождественская Л. М., Пальчик
А. В., Беляков В. Н.Избирательность новых
неорганических ионитов на основе оксидов
титана и марганца при сорбции лития из
водных сред. Химия и технология воды.
2016. 38 (1). C. 14–24.
80. Chaban M.O., Rozhdestvenska L.M., Palchyk
O.V., Dzyazko Y.S. Structural characteristics
and sorption properties of lithium-selective
composite materials based on TiO2 and MnO2.
Appl. Nanosci. 2019. 9(5). P. 1037–1045.
81. Rozhdestvenska L.M., Chaban M.O., Dzyazko
Yu.S., Palchik O.V., Dzyazko O.G. Formation
of lithium-selective sorbent in nanoreactors of
the support based on titanium dioxide. Appl.
Nanosci. 2021. 12(4). P. 1113–1122.
82. Чабан М. О., Рождественська Л. М., Дзязь
ко Ю. С. Електромембранне вилучення
іонів Li+ з водних розчинів із використан
ням сорбенту на основі TiO2-MnO2. Пи-
тання хімії та хімічної технології. 2019.
(2). C. 135–143.
83. Chaban M.O., Rozhdestvenska L.M., Palchik
O.V. Sorption removal of Li+ ions from mul
ticomponent solutions. Regeneration of sor
bents and processing of concentrate. Voprosy
Khimii i Khimicheskoi Tekhnologii. 2020. (4).
P. 177–186.
84. Belyakova L.A., Kazdobin K.A., Belyakov
V.N., Ryabov S.V., Namor A.F.D. Synthesis and
properties of supramolecular systems based
on silica. J. Colloid Interface Sci. 2005. 283(2).
P. 488–494.
85. Belyakov V.N., Belyakova L.A., Varvarin A.M.,
Khora O.V., Vasilyuk S.L., Kazdobin K.A.,
Maltseva T.V., Kotvitskyy A.G., Namor A.F.D.
Supramolecular structures on silica surfaces
and their adsorptive properties. J. Colloid In-
terface Sci. 2005. 285(1). P. 18–26.
86. Tian B., Hua S., Liu J. Cyclodextrin-based de
livery systems for chemotherapeutic antican
cer drugs: A review. Carbohydr. Polym. 2020.
232. P. 115805.
87. Belyakova L.A., Shvets O.M., Lyashenko D.Y.
Formation of the nanostructure on a silica sur
face as mercury(II) ions adsorption sites. Inor-
gan. Chim. Acta. 2009. 362(7). P. 2222–2230.
88. Strazhesko D.N., Strelko V.V., Belyakov V.N.,
Rubanik S.C. Mechanism of cationexchange
on silica gels. J. Chromatography A. 1974. 102.
P. 191–195.
89. Коломієць E. O., Дзязькo Ю. С., Maльцевa
T. В. Електропровідні та сорбційні власти
вості композитів на основі іонообмінних
матеріалів. Укр. хім. журн. 2019. 85(3). P. 81–
97.
90. Dzyazko Yu., Volfkovich Yu., Perlova O., Po
nomaryova L., Perlova N., Kolomiets E. Effect
of porosity on ion transport through polymers
and polymer-based composites containing in
organic nanoparticles (Review). Springer Proc.
Phys. 2019. 222. P. 235–253.
91. Dzyazko Y., Omel’chuk A. Porous Ionic Poly
mers. In: Inamuddin, Ahamed M.I., Boddu
la R. Porous Polymer Science and Applica
tions. Boca Raton, London, New York: CRC
Press, 2022. P. 37–59.
92. Hsu W.Y., Gierke T.D. Ion transport and clus
tering in Nafion perfluorinated membranes. J.
Membr. Sci.1983.13(3). P. 307–326.
166 ISSN 2708-129X. Укр. хім. журн., 2022
РОЗРОБЛЕННЯ СОРБЦІЙНИХ МАТЕРІАЛІВ ШИРОКОГО ФУНКЦІОНАЛЬНОГО ПРИЗНАЧЕННЯ
В ІНСТИТУТІ ЗАГАЛЬНОЇ ТА НЕОРГАНІЧНОЇ ХІМІЇ ІМ. В. І. ВЕРНАДСЬКОГО НАН УКРАЇНИФІЗИЧНА ХІМІЯ
93. Mauritz K.A., Moore R.B. State of Under
standing of Nafion, Chem. Rev. 2004.104(10).
P. 4535−4585.
94. Kononenko N., Nikonenko V., Grande D., Lar
chet C., Dammak L., Fomenko M., Volfkovich
Yu. Porous structure of ion exchange mem
branes investigated by various technique. Adv.
Colloid Interface Sci. 2017. 246. P. 196−216.
95. Дзязько Ю. С., Пономарева Л. Н., Вольфко
вич Ю. М., Сосенкин В. Е. Kинетика обме
на Ni2+ на гибридных органо-неорганиче
ских ионитах: влияние пористой структу
ры полимера. Журн. физ. химии A. 2012.
86(6). C. 913–919.
96. Дзязько Ю. С., Пономарева Л. Н., Вольфко
вич Ю. М., Сосенкин В. Е. Электропрово
дящие свойства гелевого ионита, модифи
цированного наночастицами гидрофосфа
та циркония. Электрохимия. 2013. 49(3).
C. 209−215.
97. Dzyazko Yu.S., Ponomaryova L.N., Volfkovich
Yu.M., Sosenkin V.E., Belyakov V.N. Polymer
Ion-Exchangers Modified with Zirconium
Hydrophosphate for Removal of Cd2+ Ions
from Diluted Solutions. Separ. Sci. Technol.
2013. 48(14). P. 2140–2149.
98. Dzyazko Y.S., Ponomaryova L.N., Rozhdest
venskaya L.M., Vasilyuk S.L., Belyakov V.N.
Electrodeionization of low-concentrated mul
ticomponent Ni2+-containing solutions using
organic-inorganic ion-exchangers. Desalina-
tion. 2014. 342. P. 52–60.
99. 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. Mor
phology and functional properties. Micropor
Mesopor Mater. 2014. 198. P. 55–62.
100. Dzyazko Yu., Ponomarova L., Volfkovich Yu.,
Tsirina V., Sosenkin V., Nikolska N., Belya
kov V. Influence of zirconium hydrophosphate
nanoparticles on porous structure and sorp
tion capacity of the composites based on ion
exchange resin. Chem. Chem. Technol. 2016.
19(3). P. 329–335.
101. Ponomarova L., Dzyazko Yu., Volfkovich Yu.,
Sosenkin V., Scherbakov S. Effect of incorpo
rated inorganic nanoparticles on porous struc
ture and functional properties of strongly and
weakly acidic ion exchangers. Springer Proc.
Phys. 2018. 214. P. 63–77.
102. Dzyazko Y.S., Perlova O.V., Perlova N.A., Volf
kovich Yu.M., Sosenkin V.E., Trachevskii V.V.,
Sazonova V.F., Palchik A.V. Composite cati
on-exchange resins containing zirconium hy
drophosphate for purification of water from
U (VI) cations. Desalination and Water Treat-
ment. 2017. 69. P. 142–152.
103. Коломієць Є. О., Мальцева Т. В., Дзязько
Ю. С. Органо-неорганічні іоніти для вибір
кової електродеіонізації розведених вод
них розчинів. Питання хімії та хімічної
технології. 2019. (1). C. 18–25.
104. Dzyazko Yu., Kolomyets E., Borysenko Yu.,
Chmilenko V., FedinaI. Organic-inorganic
sorbents containing hydrated zirconium diox
ide for removal of chromate anions from di
luted solutions. Mater. Today: Proc. 2019. 6(2).
P. 260–269.
105. Коломиец Е. А., Беляков В. Н., Пальчик А. В.,
Мальцева Т. В., Железнова Л. И. Адсорбция
мышьяка гибридными анионитами на
основе оксигидрата титана. J. Water Chem.
Technol. 2017. 39(2). С. 80−84.
106. Мальцева Т. В., Коломиец Е. А., Василюк
С. Л. Гибридные адсорбенты на основе
гидратированных оксидов Zr(IV), Ti(IV),
Sn(IV) и Fe(III) для удаления мышьяка.
Хімія і технологія води. 2017. 39(4). C. 214–
219.
107. Kolomiyets Ye.O., Kudelko E.O., Maltseva Т.V.,
Vasilyuk S.L., Dzyazko Yu.S. Adsorption of
arsenic, chromium, lead, cadmium by adsor
bents on the basis of Zr(IV), Ti(IV), Sn(IV),
Al(III), Fe(III) oxides. Water and Water Puri-
fication Technologies. Scientific and Technical
News. 2018. 22(1). P. 11–19.
108. Kolomiyets Y.O., Belyakov V.N., Palchik A.V.,
Maltseva T.V. Effect of incorporation of hyd
rated oxides of Sn (IV), Zr (IV) and Fe (III) in
167https://ucj.org.ua
Т. В. Мальцева, Ю. С. Дзязько УХЖ № 12 / ТОМ 88
a matrix of the anion exchanger Dowex SBR-P
on the sorption capacity towards the Arsenic
(V) anions. Int. J. Water Wastewater Treat.
2016. 2(2).
109. Maltseva T.V., Kolomiets E.O., Dzyazko Yu.S.,
Scherbakov S. https://link.springer.com/arti
cle/10.1007/s13204-018-0689-9#citeasCom
posite anion-exchangers modified with nan
oparticles of hydrated oxides of multivalent
metals. Appl. Nanosci. 2019. 9(5). P. 997–1004.
110. Dzyazko Yu., Borysenko Yu., Zmievskii Yu.,
Zakharov V., Myronchuk V., Kolomiets E. Or
ganic-inorganic ion exchange materials for
electromembrane processing of liquid wastes
produced dairy industry. Mater. Today: Proc.
2022. 50(4). P. 496–501.
111. 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. 2018. 210.
P. 3–15.
112. 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 Res. Let.
2017. 12. P. 209.
113. Dzyazko Y.S. Applications of Ion Exchange
Resins in Water Softening. In: Inamuddin,
Khan M., Mazumder M.A.J., Luqman M.
(eds.) Ion Exchange Resins: Biomedical and
Environmental Applications. Millersville: Ma
terials Research Forum LLC. 2021. P. 142–165.
114. Перлова О. В., Дзязько Ю. С., Іванова І. С.,
Маліновська О. О., Пальчик О. В. Неорга
гічні та полімерні модифіковані сорбенти:
вилучення урану (VI) з водних розчинів
та регенерація. Питання хімії та хімічної
технології. 2018. (6). C. 125–132.
115. Коломієць Є. О., Дзязько Ю. С. Сорбенти на
основі некарбонізованої рослинної сирови
ни. Укр. хім. журн. 2022. 88(5). C. 37–68.
116. Dzyazko Yu.S., Rozhdestvenska L.M., Kudelko
K.O., Fedina I.V., Ponomaryova L.M., Nikovs
ka G.M., Dzyazko O.G. Hydrated iron oxide
embedded to natural zeolite: effect of nano
particles and microparticles on sorption pro
perties of composites.Water, Air and Soil Pol-
lut. 2022. 233(6). P. 205.
REFERENCES
1. Clearfield A, Stynes J.A. The preparation of
crystalline zirconium phosphate and some
observation on its ion exchange behaviour. J
Inorg Nucl Chem. 1964. 26(1): 117−129.
2. Alberti G., Toracca F. Crystallyne insoluble
salts of polybasic metals. 2. Synthesis of crys
talline zirconium and titanium phosphates by
direct precipitation. J. Inorg Nucl Chem. 1968.
30(5): 317−318.
3. Cheng Yu., Chuah G.K. The synthesis and ap
plications of α-zirconium phosphate. Chin.
Chem. Let. 2020. 31(2): 307–310.
4. Yamanaka S., Tanaka M. Formation region
and structural model of γ-zirconium phos
phate. J Inorg. Nucl. Chem. 1979. 41(1): 45–48.
5. Krogh A.M., Norby A.P., Hanson J.C., Hanson
J.C., Vogt T. Preparation and characterization
of a new 3-dimensional zirconium hydrogen
phosphate τ-Zr(HPO4)2. Determination of the
complete crystal structure combining synchro
tron X-ray single-crystal diffraction and neu
tron powder diffraction. Inorg. Chem. 1998.
37(5): 876–881.
6. Clearfield A., Bortun A.I., Bortun L.N., Garcia
J.R. Direct hydrothermal synthesis of zirconi
um phosphate and zirconium arsenate with a
novel basic layered structure in alkaline media.
Inorg Chem Commun. 1998. 1(6): 206−208.
7. Alberti G., Costantino U., Allulli S., Massucci
M.A.Crystalline insoluble acid salts of tetrav
alent metals − XIV. Forward and reverse so
dium-potassium ion exchange isotherms on
crystalline zirconium phosphate. J Inorg. Nucl.
Chem. 1973. 35(4): 1339−1346.
8. Rudolf P.R., Clearfield A. Time of flight
neutron powder Rietveld refinement of the
ZrKH(PO4)2 structure. Inorg. Chem. 1985.
24(22): 3714−3715.
168 ISSN 2708-129X. Укр. хім. журн., 2022
РОЗРОБЛЕННЯ СОРБЦІЙНИХ МАТЕРІАЛІВ ШИРОКОГО ФУНКЦІОНАЛЬНОГО ПРИЗНАЧЕННЯ
В ІНСТИТУТІ ЗАГАЛЬНОЇ ТА НЕОРГАНІЧНОЇ ХІМІЇ ІМ. В. І. ВЕРНАДСЬКОГО НАН УКРАЇНИФІЗИЧНА ХІМІЯ
9. Costantino U., Szirtes L., Kuzmann E., Me
gyeri J., Lázár K. Exchange of iron ions into
layers of α-zirconium phosphate. Solid State
Ionics. 2001. 141−142: 359−364.
10. Grevillot G., Dzyazko J., Kazdobin K., Belyakov
V. The electrochemically controlled sorption
of d-metal cations by ion-exchangers based on
titanium phosphate. Solid State Electrochem.
1999. 3(2): 104−110.
11. Dzyaz'ko Yu.S., Rozhdestvenskaya L.M., Pa
l'chik A.V., Belyakov V.N. Mobility of Ni(II)
ions in inorganic ion exchangers based on zir
conium hydroxophosphate. Theor. Exp. Chem.
2003. 39(6): 368−373.
12. Dzyaz'ko Yu.S., Belyakov V.N., Rozhdestven
skaya L.M. Character of kinetics of Ni(II) ion
sorption on ion-exchange resins. Ukrainskij
Khimicheskij Zhurnal. 2003. 69(7−8): 8–12.
13. Dzyazko Yu., Rozhdestvenska L., Palchik A.,
Lapicque F. Ion-exchange properties and mo
bility of Cu2+ ions in zirconium hydrophos
phate ion-exchangers. Separ Purif Technol.
2005. 45 (2): 141−146.
14. Dzyaz’ko Yu.S., Rozhdestvenskaya L.M., Pa
l'chik A.V. Recovery of Nickel Ions from Di
lute Solutions by Electrodialysis Combined
with Ion Exchange. Russ. J Appl. Chem. 2005.
78(3): 418–424.
15. Dzyazko Yu.S. , Rozhdestvenskaya L.M., Be
lyakov V.N. Electric transport of Ni2+ and H+ in
ion-exchange resins. Khimiya i Tekhnologiya
Vody. 2003. 25(6): 515–524.
16. Rozhdestvenska L.M., Dzyazko Yu.S., Belya
kov V.N. Electrodeionization of a Ni2+-con
taining solution using highly hydrated zirconi
um hydrophosphate. Desalination. 2006. 198:
247–255.
17. Bortun A.I., Belyakov V.N., Strelko V.V., Kara
seva T.A. Investigation into sorption kinetics
of alkali metal cations on specifically formed
samples of zirconium phosphate. Soviet J Phys.
Chem. 1979. 53(8): 2060–2063.
18. Mitchenko T.E., Belyakov V.N., Roitenberg
A.M., Postolov L.E. Study of the chemical sta
bility of a titanium phosphate based sorbent.
J Appl Chem USSR/ 1986. 59 (7 pt 1): 1337–
1340.
19. Mitchenko T.E., Strelko V.V., Belyakov V.N.,
Postolov L.E. Removal of cadmium from
wastewater by sorbent based on titanium
phosphate. Soviet J Water Chem. Technol.
1983. 5(5): 53–57.
20. Laskorin B.N., Goldobina V.A., Коpanev А.М.
Sorption of ions of bob-ferrous metals and
iron with iborganicion-exchangers based on
titanium phosphate. Izvestiya Vuzov. tsvetnaya
Metallurgiya. 1973. 16(11): 22−24.
21. Bortun A.I., Kvashenko A.P. Complex forma
tion during the sorption of Cu2+, Co2+, and
Zn2+ ions by amorphous titanium and zirco
nium phosphates. Zhurnal Prikladnoi Khimii.
1990. 64(7): 1963−1966.
22. Dzyazko Yu.S., Trachevskii V.V., Rozhdest
venskaya L.M., Vasilyuk S.L., Belyakov V.N. .
Interaction of sorbed Ni (II) ions with amor
phous zirconium hydrogen phosphate. Russ. J
Phys. Chem. A. 2013. 87(5): 857–862.
23. Bortun A.I., Malinovskii G.A., Khainakov
S.A., Belyakov V.N. Amphoteric properties
of ionites based on titanium and zirconium
phosphates with a low phosphorus content.
Soviet. Progr. Chem. 1990. 56(1): 6–9.
24. Yaroslavtsev A.B. Ion exchange on inorganic
sorbents. Russ Chem Rev. 1997. 66(7): 579–596.
25. Parks G.A. The isoelectric points of solid ox
ides, solid hydroxides, and aqueous hydroxo
complex systems. Chem. Rev. 1965. 65(2):
177–198.
26. Tamura H. Theorization on ion-exchange
equilibria: activity of species in 2-D phases. J
Colloid Interface Sci. 2004. 279 (1): 1−22.
27. Serrano S., O'Day P.A, Vlassopoulos D., Gar
cía-Gonzáleza M.T., Garrido F. A surface com
plexation and ion exchange model of Pb and
Cd competitive sorption on natural soils. Ge-
ochim Cosmochim Acta. 2009. 73(3): 543−558.
28. Lund T.J., Koretsky C.M., Landry C.J., Schaller
M.S., Das S. Surface complexation modeling of
Cu(II) adsorption on mixtures of hydrous fer
ric oxide and kaolinite. Geochem Trans. 2008.
169https://ucj.org.ua
Т. В. Мальцева, Ю. С. Дзязько УХЖ № 12 / ТОМ 88
9: 9−19.
29. Dzyaz’ko Yu.S., Rozhdestvenskaya L.M., Vasi
lyuk S.L .Mobility of Cr(VI) anions in the
phase of the amphoteric inorganic ion ex
changer. J Water Chem. Technol. 2008. 30(5):
281–287.
30. Mal’tsevaT.V., Yatsenko T.V., Kudelko E.O.,
Belyakov V.N. The effect of introduction of
manganese hydroxide and hydrated aluminum
oxide on the pore structure and surface charge
of Zr (IV), Ti (IV), and Sn (IV) oxyhydrates.
Russ. J Appl. Chem. 2011. 84(5): 756–761.
31. Maltseva T.V., Yatsenko T.V., Palchik O.V.,
Dzyazko Yu.S. Influence of introduction of
manganese dioxide in the Zr(IV), Ti(IV), and
Sn(IV) oxyhydrates on the adsorption of lead
ions, strontium ions and radionuclides 90Sr.
Ukr. Chem. J. 2017. 83(11): 26–32.
32. Maltseva T.V. Analysis ability to application
of effective sorbtion materials for liquid waste
treatment on the nuclear plants of Ukraine. Wa-
ter and Water Purification Technologies. Scientif-
ic and Technological News. 2015. 17(2): 50–61.
33. Kudelko K., Maltseva T., Bieliakov V. Adsorp
tion and mobility of Cu (II), Cd (II), Pb (II)
ions adsorbed on (hydr)oxide polymer sor
bents MxOy·nH2O, M = Zr (IV), Ti (IV), Sn
(IV), Mn (IV). Desalination and Water Treat-
ment. 2011. 35 (1−3): 295–299.
34. Kudelko E.O., Maltseva T.V., Belyakov V.N.
Sorption of Cr(VI) ions by oxyhydrates of M x
Al1− x O y· nH2O composition, where M is Zr
(IV), Ti (IV), or Sn (IV). Colloid J. 2012. 74(3):
337–342
35. Kudelko E.O., Maltseva T.V., Belyakov V.N.
Anion exchange properties of oxyhydrates of
the composition of MxAl1-xOy·nH2O, М – Zr,
Ti, Sn. Ukr. Chem. J. 2012. 78(1): 6–11.
36. Maltseva T.V. Effect of the introduction of
manganese and aluminium oxides in the
composition of zirconia, titan, tin oxyhydrate
on selection and kinetics of sorption of oxy
gen-containing ions. Ukr. Chem. J. 2018. 84(8):
84–90.
37. Maltseva T.V., Kudelko E.O., Belyakov V.N.
Adsorption of Cu(II), Cd(II), Pb(II), Cr(VI)
by double hydroxides on the basis of Al oxide
and Zr, Sn, and Ti oxides. Russ. J Phys. Chem.
A. 2009. 83(13): 2336–2339.
38. Kudelko E.O., Maltseva T.V., Belyakov V.N.
Anion exchange properties of oxyhydrates of
the composition of MxAl1-xOy·nH2O, М – Zr,
Ti, Sn. Ukr. Chem. J. 2012. 78(1): 6–11.
39. Dzyaz'ko Y.S., Belyakov V.N., Stefanyak N.V.,
Vasilyuk S.L. Anion-exchange properties of
composite ceramic membranes containing hy
drated zirconium dioxide. Russ. J Appl. Chem.
2006. 79(5): 769–773.
40. Yatsenko T.V., Maltseva T.V., Palchik A.V.,
Atamaniuk V.Yu., Belyakov V.N. Determina
tion of specific surface of oxyhydrates of ele
ments III–IV groups by potenciometric titra
tion. Ukr. Chem. J. 2006. 72(7): 10–14.
41. Yatsenko T.V., Maltseva T.V., Kudelko E.O.
Specific surface area calculation on the basis
of electric double layer capacitance for porous
oxyhydratead sorbents. Russ. J Appl. Chem.
2012. 85(3): 359–387.
42. De Faria A., Trasatti S. The Parsons–Zobel plot
for systems of suspended particles: a specific
experimental test/ J Electroanal. Chem. 1998.
448(2): 159–162.
43. Strelko V.V., Belyakov V.N., Bortun A.I., Kha
jnakov S.A. Study of selectivity of sulfate - ion
sorption by hydrated zirconium dioxide. Zhur-
nal Fizicheskoj Khimii (USSR). 1980. 64(2):
408–412.
44. DzyazkoY.S., Rozhdestvenskaya L.M., Vasi
lyuk S.L., Belyakov V.N., Kabay N., Yuksel
M., Arar O., Yuksel U. Electro-deionization of
Cr (VI)-containing solution. Part I: chromi
um transport through granulated inorganic
ion-exchanger. Chem. Eng. Commun. 2009.
196(1−2): 3–21.
45. Atamanyuk V.Yu., Mal'tseva T.V., Belyakov
V.N. Extraction of boron from aqueous solu
tions using hydrous zirconia. Khimiya i Tekh-
nologiya Vody. 2002. 24(3): 238–247.
46. Zhuravlev I., Zakutevsky O., Psareva T., Ka
nibolotsky V., Strelko V., Taffet M., Gallios G.
170 ISSN 2708-129X. Укр. хім. журн., 2022
РОЗРОБЛЕННЯ СОРБЦІЙНИХ МАТЕРІАЛІВ ШИРОКОГО ФУНКЦІОНАЛЬНОГО ПРИЗНАЧЕННЯ
В ІНСТИТУТІ ЗАГАЛЬНОЇ ТА НЕОРГАНІЧНОЇ ХІМІЇ ІМ. В. І. ВЕРНАДСЬКОГО НАН УКРАЇНИФІЗИЧНА ХІМІЯ
Uranium sorption on amorphous titanium
and zirconium phosphates modified by Al3+
or Fe3+ ions. J Radioanal Nucl. Chem. 2002.
254(1): 85–89.
47. Marcano D.C., Kosynkin D.V., Berlin J.M., Si
nitskii A., Sun Z., Slesarev A., Alemany L.B., Lu
W, Tour J.M. Improved synthesis of graphene
oxide. ACS Nano. 2010. 4(8): 4806–4814.
48. Danilov M.O., Slobodyanyuk I.A., Ruset
skii I.A., Kolbasov G.Y. Synthesis of reduced
graphene oxide obtained from multiwalled
carbon nanotubes and its electrocatalytic
properties. In: Aliofkhazraei M, Ali N, Wil
liam I. Milne WI, Ozkan CS, Mitura S, Ger
vasoni JL. (eds). Graphene science handbook:
fabrication methods. Boca Raton, London,
New York: CRS press, 2016. 205–226.
49. Danilov M.O., Rusetskii I.A., Slobodyanyuk
I.A., Dovbeshko G.I., Kolbasov G.Y., Strubov
Y.Y. Synthesis, properties, and application
of graphene-based materials obtained from
carbon nanotubes and acetylene black. Ukr. J
Phys. 2016. 7(1):3–11.
50. Dzyazko Y., Ogenko V. Polysaccharides: an effi
cient tool for fabrication of carbon nanomatri
als. In: Inamuddin, Boddula AR, Altalhi T.
(eds.). Polysaccharides: Properties and Appli
cations. Hoboken: Wiley. 2021. 337–366.
51. Novikova E.M., Maltseva T.V., Belyakov
V.N., Sobkevich V.A., Shvab N.A. Nature of
synergetic effect in compositional materi
als carbon-zirconium hydroxide. Ukr. Khim.
Zh. 1991. 57(9): 928–929.
52. Strelko V.V., Kartel N.T., Dukhno I.N., Kuts
V.S., Clarkson R.B., Odintsov B.M. Mecha
nism of reductive oxygen adsorption on active
carbons with various surface chemistry. Sur-
face Sci. 2004. 548(1−3): 281–290.
53. Dzyazko Yu.S., Ogenko V.M., Volfkovich Yu.M.,
Sosenkin V.E., Maltseva T.V., Yatsenko T.V.,
Kudelko K.O. Composite consisting of hydra
ted zirconium dioxide and grapheme oxide for
removal of organic and inorganic components
from water. Him Fiz Tehnol. Poverhni. 2018.
9(4): 417–431.
54. Dreyer D.R., Park S., Bielawski C.W., Ruoff
R.S. The chemistry of graphene oxide. Chem.
Soc. Rev. 2010. 39(1): 228–240.
55. Volfkovich Y.M., Rychagov A.Y., Sosenkin
V.E., Efimov O.N., Os’makov M.I. Measuring
the specific surface area of carbon nanomate
rials by different methods. Russ J Electrochem.
2014. 50(11): 1099–1101.
56. Dzyazko Yu.S., Ogenko V.M., Shteinberg L.Ya.,
Bildуukevich A.V., Yatsenko T.V. Composite
adsorbents including oxidized graphene: ef
fect of composition on mechanical durability
and adsorption of pesticides. Him Fiz Tehnol.
Poverhni. 2019. 10(4): 432–445.
57. Volfkovich Yu.M., Bagotsky V.S. Experimental
methods for investigation of porous materials
and powders, In: Volfkovich YuM, Filippov
AN, Bagotsky VS. (eds). Porous materials and
powders used in different fields of science and
technology. London: Springer-Verlag, 2014.
1−6.
58. Perlova O.V., Dzyazko Yu.S., Palchik O.V.,
Martovyi I.S. Hydrated titanium dioxide mod
ified with potassium cobalt hexacyanoferrate
(II) for sorption of cationic and anionic com
plexes of uranium (VI). Appl Nanosci. 2022.
12(3): 651–663.
59. Perlova O.V, Dzyazko Y.S., Palchik A.V., Ivano
va I.S., Perlova N.O., Danilov M.O., Rusetskii
I.A., Kolbasov G.Ya., Dzyazko A.G. Compos
ites based on zirconium dioxide and zirconi
um hydrophosphate containing graphene-like
additions for removal of U(VI) compounds
from water. Appl Nanosci. 2020. 10(12): 4591–
4602.
60. Myronchuk V., Zmievskii Y., Dzyazko Y., Rozh
destveska L., Zakharov V., Bildyukevich A.
Electrodialytic whey demineralization involv
ing polymer-inorganic membranes, anion ex
change resin and graphene-containing com
posite. Acta Periodica Technologica. 2019. 50:
63–171.
61. Dzyazko Yu.S., Palchik A.V., Ogenko V.M.,
Shtemberg L.Y., Bogomaz V.I., Protsenko S.A.,
Khomenko V.G., Makeeva I.S., Chernysh O.V.,
171https://ucj.org.ua
Т. В. Мальцева, Ю. С. Дзязько УХЖ № 12 / ТОМ 88
Dzyazko O.G. Nanoporous biochar for remov
al of toxic organic compounds from water.
Springer Proc. Phys. 2019. 222: 209–224.
62. Dzyazko Yu.S., Volfkovich Yu.M., Chaban
M.O. Composites containing inorganic ion ex
changers and graphene oxide: hydrophilic–hy
drophobic and sorption properties (Review).
Springer Proc. Phys. 2020. 246: 93–110.
63. Perlova O.V., Ivanova I.S., Dzyazko Yu.S.,
Danilov M.O., Rusetskii I.A., Kolbasov G.Ya.
Sorption of U(VI) compounds on inorgan
ic composites containing partially unzipped
multiwalled carbon nanotubes. Him Fiz Teh-
nol. Poverhni. 2021. 12(1): 16–31.
64. Perlova O.V., Dzyazko Yu.S., Malinovska A.A.,
Palchik A.V. Pecularities of U(VI) sorption on
composites containing hydrated titanium di
oxide and potassium-cobalt hezacianoferrate
(II). Him. Fiz. Tehnol. Poverhni. 2021. 12(4):
344–357.
65. Rozhdestvenska L.M., Dzyazko Yu.S., Ruden
ko O.S., Zheleznova L.I., Belyakov V.N. New
selective nanocomposite materials based on
hydrated zirconium dioxide and basic bismuth
oxonitrate. Reports of the National Academy of
Sciences of Ukraine. 2013. (8): 135–140.
66. Dzyazko Yu., Rozhdestveskaya L., Zmievskii
Yu., Zakharov V., Myronchuk V. Composite
inorganic anion exchange membrane for elec
trodialytic desalination of milky whey. Mater
Today: Proc. 2019. 6(2): 250–259.
67. Kotvitskyy A.G., Maltseva T.V., Belyakov V.N.
Selective removal of Cs+ ions by means of elec
tro-deionisation. Separ Purif Technol. 2005.
41(3): 329–334.
68. Fortune business insight. The global lithium
market is projected to grow from USD 3.83
billion in 2021 to USD 6.62 billion in 2028 at
a CAGR of 8.1% during the 2021-2028 period.
https://www.fortunebusinessinsights.com/li
thium-market-104052
69. Kapusta N.D., Mossaheb N., Etzersdorfer E.,
Hlavin G., Thau K., Willeit M., Praschak-Rie
der N., Sonneck G., Leithner-Dziubas K. Lithi
um in drinking water and suicide mortality.
Braz J Psych. 2011. 198(5): 346–350.
70. World Health Organization. EAEU Techni
cal Regulation On Safety of Packaged Pota
ble Water Including Natural Mineral Water
(TR EAEU 044/2017) with 3 annexes. 2017.
https://apps.fas.usda.gov/newgainapi/api/re
port/downloadreportbyfilename?filename=E
AEU%20Technical%20Regulation%20on%20
Packaged%20Water_Moscow_Russian%20
Federation_10-30-2017.pdf
71. Flexer V., Baspineiro C.F., Galli C.I. Lithium
recovery from brines: a vital raw material for
green energies with a potential environmental
impact in its mining and processing. Sci Total
Envir. 2018. 639:1188–1204.
72. Xin H., Kaur S., Kostecki R. Mining lithium
from seawater. Joule. 2020. 4(7):1357–1358.
73. Xu X., Chen Y., Wan P., Gasem K., Wang K.,
He T, Adidharma H, Fan M. Extraction of li
thium with functionalized lithium ion-sieves.
ProgrMater Sci. 2016. 84: 276–313.
74. Salman S., Lottermoser B.G., Alessi D.S. Metal
oxide sorbents for the sustainable recovery of
lithium from unconventional resources. Appl
Mater Today. 2020. 19:100638.
75. Li L., Deshmane V., Paranthaman M., Bhave
R., Moyer B., Harrison S. Lithium recovery
from aqueous resources and batteries – a brief
review. Johnson Matthey Technology Review.
2018. 62(2): 161–176.
76. Chaban М.О., Rozhdestvenska L.M., Palchik
О.V., Ponomarova L.M., Dzyazko Y.S. Selec
tive to lithium ions nanocomposite sorbents
based on TiO2 containing manganese spinel.
Voprosy Khimii i Khimicheskoi Tekhnologii.
2021. (4): 126–133.
77. Chaban М.О., Rozhdestvenska L.M., Palchik
A.V., Belyakov V.M. Influence of structural
characteristicson sorption properties of lithi
um-selectivecomposite materials based on
TiO2 and MnO2. Khim. Phiz. Tekhnol. Poverh-
ni. 2014. 5 (3): 303–308.
78. Chaban M.A., Palchik A.V., Rozhdestvenska
L.M., Vasilyuk S.L., Linkov V.M. Characteriza
tion of sorption materials containing oxides of
172 ISSN 2708-129X. Укр. хім. журн., 2022
РОЗРОБЛЕННЯ СОРБЦІЙНИХ МАТЕРІАЛІВ ШИРОКОГО ФУНКЦІОНАЛЬНОГО ПРИЗНАЧЕННЯ
В ІНСТИТУТІ ЗАГАЛЬНОЇ ТА НЕОРГАНІЧНОЇ ХІМІЇ ІМ. В. І. ВЕРНАДСЬКОГО НАН УКРАЇНИФІЗИЧНА ХІМІЯ
multivalent metals for use in processes of lith
ium extraction from salt solutions. Water and
Water Purification Technologies. Scientific and
Technical News. 2016. 3(20): 8–21.
79. Chaban M.A., Rozhdestvenska L.M., Palchik
A.V., Belyakov V.N. Selectivity of new inor
ganic ion–exchangers based on oxides of ti
tanum and manganese at sorpion of lithium
from aqueous media. J Water Chem. Technol.
2016. 38 (1): 14–24.
80. Chaban M.O., Rozhdestvenska L.M., Palchyk
O.V., Dzyazko Y.S. Structural characteristics
and sorption properties of lithium-selective
composite materials based on TiO2 and MnO2.
Appl Nanosci. 2019. 9(5): 1037–1045.
81. Rozhdestvenska L.M., Chaban M.O., Dzyazko
Yu.S., Palchik O.V., Dzyazko O.G. Formation
of lithium-selective sorbent in nanoreactors of
the support based on titanium dioxide. Appl-
Nanosci. 2021. 12(4): 1113–1122.
82. Chaban M.O., Rozhdestvenska L.M., Dzyaz
ko Y.S. Electromembrane recovery of Li+ ions
from aqueous solutions using a sorbent based
on TiO2 MnO2. Voprosy Khimii i Khimicheskoi
Tekhnologii. 2019. (2): 135–143.
83. Chaban M.O., Rozhdestvenska L.M., Palchik
O.V. Sorption removal of Li+ ions from mul
ticomponent solutions. Regeneration of sor
bents and processing of concentrate. Voprosy
Khimii i Khimicheskoi Tekhnologii. 2020. (4):
177–186.
84. Belyakova L.A., Kazdobin K.A., Belyakov
V.N., Ryabov S.V., Namor AFD. Synthesis and
properties of supramolecular systems based
on silica. J Colloid Interface Sci. 2005. 283(2):
488–494.
85. Belyakov V.N., Belyakova L.A., Varvarin A.M.,
Khora O.V., Vasilyuk S.L., Kazdobin K.A.,
Maltseva T.V., Kotvitskyy A.G., Namor AFD.
Supramolecular structures on silica surfaces
and their adsorptive properties. J Colloid In-
terface Sci. 2005. 285(1): 18–26.
86. Tian B., Hua S., Liu J. Cyclodextrin-based de
livery systems for chemotherapeutic antican
cer drugs: A review. Carbohydr. Polym. 2020.
232: 115805.
87. Belyakova L.A., Shvets O.M., Lyashenko D.Y.
Formation of the nanostructure on a silica sur
face as mercury(II) ions adsorption sites. Inor-
gan Chim Acta. 2009. 362(7): 2222–2230.
88. Strazhesko D.N., Strelko V.V., Belyakov V.N.,
Rubanik S.C. Mechanism of cationexchange
on silica gels. J Chromatography A. 1974. 102:
191–195.
89. Kolomiyets E.O., Dzyazko Yu.S., Maltseva T.V.
Electrical conductivity and sorption proper
ties of the composites based on ion exchange
polymers. Ukr. Chem. J. 2019. 85(3): 81–97.
90. Dzyazko Yu., Volfkovich Yu., Perlova O., Pono
maryova L., Perlova N., Kolomiets E. Effect of
porosity on ion transport through polymers
and polymer-based composites containing in
organic nanoparticles (Review). Springer Proc.
Phys. 2019. 222: 235–253.
91. Dzyazko Y., Omel’chuk A. Porous Ionic Poly
mers. In: Inamuddin, Ahamed MI, Boddula
R. Porous Polymer Science and Applications.
Boca Raton, London, New York: CRC Press,
2022. 37–59.
92. Hsu W.Y., Gierke T.D. Ion transport and clus
tering in Nafion perfluorinated membranes. J
Membr Sci. 1983. 13(3): 307–326.
93. Mauritz K.A., Moore R.B. State of Under
standing of Nafion. Chem. Rev. 2004. 104(10):
4535−4585.
94. Kononenko N., Nikonenko V., Grande D., Lar
chet C., Dammak L., Fomenko M., Volfkovich
Yu. Porous structure of ion exchange mem
branes investigated by various technique. Adv
Colloid Interface Sci. 2017. 246:196−216.
95. Dzyazko Yu.S., Ponomareva L.N., Volfkovich
Yu.M., Sosenkin V.E. Effect of the porous
structure of polymer on the kinetics of Ni2+ ex
change on hybrid inorganic-organic ionites.
Russ. J Phys. Chem. A. 2012. 86(6): 913–919.
96. Dzyazko Yu.S., Ponomareva L.N., Volfkovich
Yu.M., Sosenkin V.E., Belyakov V.N. Conduct
ing properties of a gel ionite modified with zir
conium hydrophosphate nanoparticles. Rus. J
Electrochem. 2013. 49(3): 209–215.
173https://ucj.org.ua
Т. В. Мальцева, Ю. С. Дзязько УХЖ № 12 / ТОМ 88
97. Dzyazko Yu.S., Ponomaryova L.N., Volfkovich
Yu.M., Sosenkin V.E., Belyakov V.N. Polymer
Ion-Exchangers Modified with Zirconium Hy
drophosphate for Removal of Cd2+ Ions from
Diluted Solutions. Separ Sci Technol. 2013.
48(14): 2140–2149.
98. Dzyazko Y.S., Ponomaryova L.N., Rozhdest
venskaya L.M., Vasilyuk S.L., Belyakov V.N.
Electrodeionization of low-concentrated mul
ticomponent Ni2+-containing solutions using
organic-inorganic ion-exchangers. Desalina-
tion. 2014. 342: 52–60.
99. 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. Mor
phology and functional properties. Micropor.
Mesopor. Mater. 2014. 198: 55–62.
100. Dzyazko Yu., Ponomarova L., Volfkovich Yu.,
Tsirina V., Sosenkin V., Nikolska N., Belyak
ov V. Influence of zirconium hydrophosphate
nanoparticles on porous structure and sorp
tion capacity of the composites based on ion
exchange resin. Chem. Technol. 2016. 19(3):
329–335.
101. Ponomarova L., Dzyazko Yu., Volfkovich Yu.,
Sosenkin V., Scherbakov S. Effect of incorpo
rated inorganic nanoparticles on porous struc
ture and functional properties of strongly and
weakly acidic ion exchangers. Springer Proc.
Phys. 2018. 214: 63–77.
102. Dzyazko Y.S., Perlova O.V., Perlova N.A.,
Volfkovich Yu.M., Sosenkin V.E., Trachevskii
V.V., Sazonova V.F., Palchik A.V. Composite
cation-exchange resins containing zirconium
hydrophosphate for purification of water from
U (VI) cations. Desalination and Water Treat-
ment. 2017. 69: 142–152.
103. Kolomiets E.O., Maltseva T.V., Dzyazko Yu.S.
Organic-inorganic ion-exchangers for selec
tive electrodeionization of diluted aqueous
solutions. Voprosy Khimii i Khimicheskoi Tekh-
nologii. 2019. (1): 18–25.
104. Dzyazko Yu., Kolomyets E., Borysenko Yu.,
Chmilenko V., Fedina I. Organic-inorganic
sorbents containing hydrated zirconium diox
ide for removal of chromate anions from di
luted solutions. Mater Today: Proc. 2019. 6(2):
260–269.
105. Kolomiyets Ye.O., Belyakov V.N., Palchik A.V.,
Maltseva T.V., Zheleznova L.I. Adsorption of
arsenic by hybrid anion–exchanger based on
titanium oxyhydrate. J Water Chem. Technol.
2017. 39(2): 80–84.
106. 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 ar
senic removal. J Water Chem. Technol. 2017.
39(4): 214–219.
107. Kolomiyets Ye.O., Kudelko E.O., Maltseva Т.V.,
Vasilyuk S.L., Dzyazko Yu.S. Adsorption of
arsenic, chromium, lead, cadmium by adsor
bents on the basis of Zr(IV), Ti(IV), Sn(IV),
Al(III), Fe(III) oxides. Water and Water Puri-
fication Technologies. Scientific and Technical
News. 2018. 22(1): 11–19.
108. Kolomiyets Y.O., Belyakov V.N., Palchik A.V.,
Maltseva T.V. Effect of incorporation of hy
drated 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 Arsenic
(V) anions. Int J Water Wastewater Treat. 2016.
2(2).
109. Maltseva T.V., Kolomiets E.O., Dzyazko Yu.S.,
Scherbakov S. https://link.springer.com/arti
cle/10.1007/s13204-018-0689-9#citeasCom
posite anion-exchangers modified with nan
oparticles of hydrated oxides of multivalent
metals. Appl Nanosci. 2019. 9(5): 997–1004.
110. Dzyazko Yu., Borysenko Yu., Zmievskii Yu.,
Zakharov V., Myronchuk V., Kolomiets E. Or
ganic-inorganic ion exchange materials for
electromembrane processing of liquid wastes
produced dairy industry. Mater Today: Proc.
2022. 50(4): 496–501.
111. Perlova O., Dzyazko Yu., Halutska I., Perlo
va N., Palchik A. Anion exchange resin modi
fied with nanoparticles of hydrated zirconium
dioxide for sorption of soluble U(VI) com
pounds. Springer Proc Phys. 2018. 210: 3–15.
174 ISSN 2708-129X. Укр. хім. журн., 2022
РОЗРОБЛЕННЯ СОРБЦІЙНИХ МАТЕРІАЛІВ ШИРОКОГО ФУНКЦІОНАЛЬНОГО ПРИЗНАЧЕННЯ
В ІНСТИТУТІ ЗАГАЛЬНОЇ ТА НЕОРГАНІЧНОЇ ХІМІЇ ІМ. В. І. ВЕРНАДСЬКОГО НАН УКРАЇНИФІЗИЧНА ХІМІЯ
112. 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 Res Let.
2017. 12: 209.
113. Dzyazko Y.S. Applications of Ion Exchange
Resins in Water Softening. In: by Inamuddin,
Khan M, Mazumder MAJ, Luqman M. (eds.)
Ion Exchange Resins: Biomedical and Envi
ronmental Applications. Millersville: Materi
als Research Forum LLC. 2021: 142−165.
114. Perlova O.V., Dzyazko Yu.S., Ivanova I.S., Ma
linovska О.О., Palchik A.V. Inorganic and po
lymer modified sorbents: removal of uranium
(VI) from aqueous solutions and regeneration.
Voprosy Khimiii Khimicheskoi Tekhnologii.
2018. (6): 125–132.
115. Kolomiiets Y., Dzyazko Yu. Sorbents based on
non-carbonized vegetable raw materials. Ukr.
Chem. J. 2022. 88(5): 37–68.
116. Dzyazko Yu.S., Rozhdestvenska L.M., Kudelko
K.O., Fedina I.V., Ponomaryova L.M., Nikovs
ka G.M., Dzyazko O.G. Hydrated iron oxide
embedded to natural zeolite: effect of nano
particles and microparticles on sorption pro
perties of composites. Water, Air and Soil Pol-
lut. 2022. 233(6): 205.
Стаття надійшла 06.01.2023.
|
| id | oai:ojs2.1444248.nisspano.web.hosting-test.net:article-506 |
| institution | Ukrainian Chemistry Journal |
| keywords_txt_mv | keywords |
| language | English |
| last_indexed | 2026-07-23T01:09:14Z |
| publishDate | 2023 |
| publisher | V.I.Vernadsky Institute of General and Inorganic Chemistry |
| record_format | ojs |
| resource_txt_mv | ucjorgua/e8/66b1816eb4e1bfb196439ea1c00d3de8.pdf |
| spelling | oai:ojs2.1444248.nisspano.web.hosting-test.net:article-5062026-07-22T08:23:50Z DEVELOPMENT OF SORPTION MATERIALS OF WIDE FUNCTIONAL PURPOSE IN THE V.I. VERNADSKII INSTITUTE OF GENERAL AND INORGANIC CHEMISTRY OF THE NAS OF UKRAINE Maltseva, Tetiana Dzyazko, Yulliya sorbents, composites, hydrophosphates of multivalent metals, hydrated doubleoxides, ion exchangeresins The review is devoted to the work, which were performed at the V.I. Vernadskii Institute of General and Inorganic Chemistry of the NAS of Ukraine according to the direction of the development of sorption naterials of wide functional purpose. All sorbents can be used in separation processes: due to their coarse dispersion and mechanical strength, they can be used as fillers for sorption columns.The direction of early works is the development of amorphous hydrophosphates and double hydrated oxides of multivalent metals, intended for the removal of toxic inorganic ions from water (arsenate-, chromate- and borate-anions, Cu2+, Pb2+, Cd2+cations etc.). Currently, attention is focused on the development of composite materials.The base of inorganic composites is hydrophosphate and oxide sorbents, and the modifiers are the advanced carbon materials, lithium-titanium and lithium-titanium-manganese spinels etc.Sorbents based on ion-exchange resins modified with inorganic ionites have also been developed.The combination of various components in composites makes it possible to obtain sorbents with improved properties (faster sorption, increased capacity and selectivity, sorption capacity in a wider pH range, easier regeneration) or multifunctional materials that sorb both inorganic and organic compounds, for example, pesticides. Prospective field of research is the development of technologies that include not only the extraction of toxic and valuable components from liquids of natural, technological and biogenic origin, but also the regeneration of the sorbent and processing of the concentrate to obtain commercial products.Thus, the integration of lithium sorption concentration into the process of reverse osmosis water desalination has been proposed. The processing of the solution formed during the regeneration of the sorbent includes the production of lithium carbonate and a complex fertilizer for acidic soils. Composites, the components of which are natural materials, are also in the focus of attention.Magnetic sorbents based on biopolymers, proposed for extraction of oil and oil products from water surfaces. Composites based on zeolites are used as containers for liquid fertilizers Another direction of research is the creation of composites - potential membrane modifiers for separation processes. V.I.Vernadsky Institute of General and Inorganic Chemistry 2023-01-27 Article Article Physical chemistry Физическая xимия Фізична xімія application/pdf https://ucj.org.ua/index.php/journal/article/view/506 10.33609/2708-129X.88.12.2022.139-174 Ukrainian Chemistry Journal; Vol. 88 No. 12 (2022): Ukrainian Chemistry Journal; 139-174 Украинский химический журнал; ##issue.vol## 88 ##issue.no## 12 (2022): Ukrainian Chemistry Journal; 139-174 Український хімічний журнал; Том 88 № 12 (2022): Український хімічний журнал; 139-174 2708-129X 2708-1281 en https://ucj.org.ua/index.php/journal/article/view/506/258 Copyright (c) 2023 Tetiana Maltseva, Yulliya Dzyazko https://creativecommons.org/licenses/by-nc/4.0 |
| spellingShingle | Maltseva, Tetiana Dzyazko, Yulliya DEVELOPMENT OF SORPTION MATERIALS OF WIDE FUNCTIONAL PURPOSE IN THE V.I. VERNADSKII INSTITUTE OF GENERAL AND INORGANIC CHEMISTRY OF THE NAS OF UKRAINE |
| title | DEVELOPMENT OF SORPTION MATERIALS OF WIDE FUNCTIONAL PURPOSE IN THE V.I. VERNADSKII INSTITUTE OF GENERAL AND INORGANIC CHEMISTRY OF THE NAS OF UKRAINE |
| title_full | DEVELOPMENT OF SORPTION MATERIALS OF WIDE FUNCTIONAL PURPOSE IN THE V.I. VERNADSKII INSTITUTE OF GENERAL AND INORGANIC CHEMISTRY OF THE NAS OF UKRAINE |
| title_fullStr | DEVELOPMENT OF SORPTION MATERIALS OF WIDE FUNCTIONAL PURPOSE IN THE V.I. VERNADSKII INSTITUTE OF GENERAL AND INORGANIC CHEMISTRY OF THE NAS OF UKRAINE |
| title_full_unstemmed | DEVELOPMENT OF SORPTION MATERIALS OF WIDE FUNCTIONAL PURPOSE IN THE V.I. VERNADSKII INSTITUTE OF GENERAL AND INORGANIC CHEMISTRY OF THE NAS OF UKRAINE |
| title_short | DEVELOPMENT OF SORPTION MATERIALS OF WIDE FUNCTIONAL PURPOSE IN THE V.I. VERNADSKII INSTITUTE OF GENERAL AND INORGANIC CHEMISTRY OF THE NAS OF UKRAINE |
| title_sort | development of sorption materials of wide functional purpose in the v.i. vernadskii institute of general and inorganic chemistry of the nas of ukraine |
| topic_facet | sorbents composites hydrophosphates of multivalent metals hydrated doubleoxides ion exchangeresins |
| url | https://ucj.org.ua/index.php/journal/article/view/506 |
| work_keys_str_mv | AT maltsevatetiana developmentofsorptionmaterialsofwidefunctionalpurposeinthevivernadskiiinstituteofgeneralandinorganicchemistryofthenasofukraine AT dzyazkoyulliya developmentofsorptionmaterialsofwidefunctionalpurposeinthevivernadskiiinstituteofgeneralandinorganicchemistryofthenasofukraine |