NANOPOR POLYMER-INORGANIC FLAT MEMBRANES FOR PESTICIDE CONCENTRATION
Industrial pesticide plants wastewater poses a danger to the environment due to of the exceed of threshold limit value of concentration. It causes to fines and the loss of valuable commercial products. This work proposes a problem solution comprising the removal of pesticides from water by the baro...
Saved in:
| Date: | 2024 |
|---|---|
| Main Authors: | , , , , |
| Format: | Article |
| Language: | English |
| Published: |
V.I.Vernadsky Institute of General and Inorganic Chemistry
2024
|
| Online Access: | https://ucj.org.ua/index.php/journal/article/view/683 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Ukrainian Chemistry Journal |
| Download file: |  |
Institution
Ukrainian Chemistry Journal| _version_ | 1871466069091155968 |
|---|---|
| author | Rozhdestvenska , Liudmyla Kudelko, Kateryna Palchik, Aleksei Dzyazko, Yuliya Bubela, Halyna |
| author_facet | Rozhdestvenska , Liudmyla Kudelko, Kateryna Palchik, Aleksei Dzyazko, Yuliya Bubela, Halyna |
| author_institution_txt_mv | [
{
"author": "Liudmyla Rozhdestvenska ",
"institution": "V.I. Vernadsky Institute of General and Inorganic Chemistry NAS of Ukraine"
},
{
"author": "Kateryna Kudelko",
"institution": "V.I. Vernadsky Institute of General and Inorganic Chemistry NAS of Ukraine"
},
{
"author": "Aleksei Palchik",
"institution": "V.I. Vernadsky Institute of General and Inorganic Chemistry NAS of Ukraine"
},
{
"author": "Yuliya Dzyazko",
"institution": "V. I. Vernadsky Institute of General and Inorganic Chemistry"
},
{
"author": "Halyna Bubela",
"institution": " National University of Kyiv Mohyla Academy"
}
] |
| author_sort | Rozhdestvenska , Liudmyla |
| baseUrl_str | https://ucj.org.ua/index.php/journal/oai |
| collection | OJS |
| datestamp_date | 2026-07-22T08:23:54Z |
| description | Industrial pesticide plants wastewater poses a danger to the environment due to of the exceed of threshold limit value of concentration. It causes to fines and the loss of valuable commercial products. This work proposes a problem solution comprising the removal of pesticides from water by the baromembrane method. The advantages of this approach are obtaining a concentrate of pesticides by the non-destructive method. Polymer-inorganic membranes have been developed to remove pesticides from water. They were obtained by modifying the active layer of commercial micro- and ultrafiltration membranes with nanoparticles of hydrated zirconium dioxide (HZD) with size 10−100 nm. Modification changes the porous structure of active layer due to the formation of gaps between the incorporated nanoparticles as well the polymers hydrolysis. It was established the pore with size 4−33 nm determines the separation properties of the modified membranes. The modifier nanoparticles are located in the active layer. They provide secondary porosity that prevents irreversible contamination of the obtained materials. The membranes were tested with aqueous solutions of commercial pesticides that active ingredient are benzoic acid derivatives and sulfonylurea. It was found sequential filtration under low pressure (up to 2 atm) through polymer-inorganic membranes with larger and smaller pores and following adsorption by biochar reduces the content of pesticides in water below the threshold limit value concentrations. For example, the final content of the sulfonylurea derivative was 0.0005 g dm-3. The obtained concentrate can be used as a commercial product. |
| doi_str_mv | 10.33609/2708-129X.90.8.2024.43-55 |
| first_indexed | 2025-09-24T17:43:57Z |
| format | Article |
| fulltext |
43
УДК544.725.2+544.725.7+544.773 doi: 10.33609/2708-129X.90.8.2024.43-55
НАНОПОРИСТІ ПОЛІМЕРНО-НЕОРГАНІЧНІ ПЛАСКІ МЕМБРАНИ
ДЛЯ КОНЦЕНТРУВАННЯ ПЕСТИЦИДІВ
Л. М. Рождественська*1, К. О. Куделко1, О. В. Пальчик1, Ю. С. Дзязько1, Г. С. Бубела 2
1Інститут загальної та неорганічної хімії ім. В.І. Вернадського НАН України,
просп. Академіка Палладіна, 32/34, Київ 03141, Україна;
2Національний університет «Києво-Могилянська академія»,
вул. Г. Сковороди, 2, Київ 04070, Україна
*е-mail: ludar777@ukr.net
Для видалення та концентрування пестицидів розроблено полімер-неорганічні
мембрани, які отримано модифікуванням активного шару комерційних мікро- та уль-
трафільтраційної мембран наночастинками гідратованого діоксиду цирконію (ГДЦ).
Модифікування змінює пористу структуру цієї складової мембран за рахунок утво-
рення проміжків між інкорпорованими наночастинками та гідролізу полімерів. Вста-
новлено, що розмір пор, який визначає розділові властивості модифікованих мембран,
становить 4−33 нм. Наночастинки модифікатора мають розмір 10−100 нм, розташовані
в активному шарі і забезпечують вторинну пористість, яка запобігає незворотному за-
брудненню мембран. Мембрани було протестовано водними розчинами комерційних
пестицидів, діючі речовини яких відносять до похідних бензойної кислоти і сульфо-
налсечовини. Встановлено, що послідовна фільтрація розчинів під низьким тиском (до
2 атм) через полімер-неорганічні мембрани з більшими та меншими порами і подальша
адсорбція біовугіллям знижує вміст пестицидів у воді нижче рівня гранично допусти-
мих концентрацій. Наприклад, остаточний вміст похідної сульфоналсечовини становив
5·10-4 г·дм-3. Концентрат, отриманий при баромембранному розділенні, можна викори-
стати як комерційний продукт.
Ключові слова: полімер-неорганічна мембрана, гідратований діоксид цирконію, ін-
корпоровані наночастинки, нанопори, мікрофільтрація, ультрафільтрація, пестицид.
ВСТУП. Пестициди − це речовини для
захисту сільськогосподарських культур
від небезпечних шкідників та захворю-
вань, а також пригнічення розвитку бур’я-
нів. Заходи захисту рослин, які передбача-
ють застосування цих речовин, є необхід-
ними для забезпечення стабільно високих
врожаїв. У світі щорічно використовують
близько 2 мільйонів тонн пестицидів [1].
Найчастіше застосовують гербіциди (47,5%
від загальної кількості пестицидів) [2].
Екологічні наслідки використання цих
44 ISSN 2708-129X. Укр. хім. журн., 2024
НАНОПОРИСТІ ПОЛІМЕРНО-НЕОРГАНІЧНІ ПЛАСКІ МЕМБРАНИ ДЛЯ КОНЦЕНТРУВАННЯ ПЕСТИЦИДІВНЕОРГАНІЧНА ХІМІЯ
речовин зумовлені, в основному, їхньою
стійкістю до деградації, що негативно
впливає на біорізноманіття водойм [3]. Ці
речовини потрапляють до поверхневих та
підземних вод зі стоками сільськогосподар-
ських угідь та промислових підприємств,
діяльність яких пов’язана з виробництвом
та фасуванням пестицидів, а також з ути-
лізацією використаної тари [4]. Підпри-
ємства, які виробляють та розфасовують
пестициди, становлять небезпеку для до-
вкілля, оскільки концентрація цих речовин
у стічних водах, як правило, значно пере-
вищує гранично допустиму. Результатом є
штрафні санкції та втрата цінних комерцій-
них продуктів. Пестициди також накопи-
чуються у водних рослинах та в організмах
тварин − мешканців водойм, звідки вони
згодом можуть потрапити і до організму
людини через харчові ланцюжки, а також
через питну воду.
Негативний вплив пестицидів на здо-
ров’я людини може проявлятися як у ви-
гляді легкого нездужання (подразнення
шкіри та очей, головний біль, запаморо-
чення, нудота), так і важких захворювань
(онкохвороби, діабет, респіраторні захво-
рювання, неврологічні розлади, порушен-
ня репродуктивної функції) [5, 6]. Таким
чином, видалення пестицидів із промисло-
вих стоків є актуальною проблемою.
Для вирішення цього завдання було за-
пропоновано кілька стратегій, таких як
хімічні, фізичні та біологічні методи [7].
Біологічні методи включають оброблен-
ня води активним мулом, обробку in-vitro
з використанням мікробних решток, ан
аеробно-аеробне біологічне оброблення,
мембранний біореактор. Хімічні методи −
це процеси хлорування [8], озонування [9],
ультрафіолетове оброблення [10] та поглиб
лене окислення [7]. Всі вказані способи за-
безпечують руйнування пестицидів з утво-
ренням кінцевих продуктів CO2 та H2O в
ідеальному випадку. Однак часто утворю-
ються токсичні побічні продукти [11]. Та-
кож для видалення пестицидів з води часто
застосовують адсорбцію [12−14]. Проте для
регенерації адсорбенту в промисловості за-
звичай застосовують термооброблення, яке
призводить до деградації пестицидів [15],
щo унеможливлює отримання концентра-
ту цих речовин, на відміну від неруйнівних
методів.
Фізичні методи передбачають мембран-
не розділення, яке відносять до неруйнів-
них [7]. Для цього застосовують нанофіль-
трацію [16], зворотний [17] та прямий ос-
мос [18]. Недоліками цих методів є високий
тиск (нанофільтрація і зворотний осмос),
повільна швидкість і проблема допоміжно-
го розчину (прямий осмос). Також для кон-
центрування пестицидів використовують
мікрофільтрацію [19] та ультрафільтрацію
[20]. Їхньою перевагою перед нанофільтра-
цією та зворотним осмосом є значно ниж-
чий тиск. Максимальне вилучення токсич-
них речовин із застосуванням ультрафіль-
траційної мембрани досягало 95% [20], а
мікрофільтраційної − 80% [19]. Утворений
концентрат можна використати повторно.
Проблемою полімерних фільтрувальних
мембран є їхнє забруднення органічними
речовинами (фаулінг) [20, 21]. Для уник-
нення цієї проблеми поширеним підходом
є модифікування мембран гідрофільними
компонентами, наприклад, новітніми вуг-
лецевими наноматеріалами, неорганічними
іонітами [21, 22] або їхніми композитами
[21−23]. Крім цього, модифікування мікро-
45https://ucj.org.ua
Л. М. Рождественська, К. О. Куделко, О. В. Пальчик, Ю. С. Дзязько, Г. С. Бубела УХЖ № 8 / ТОМ 90
фільтраційних мембран дозволяє посилити
їхні розділові властивості − вони набува-
ють здатності затримувати не лише колоїд-
ні частинки [22, 23], а й низькомолекулярні
речовини, наприклад, барвники [21, 22].
Метою цієї роботи є розроблення мемб-
ран з антифаулінговими властивостями
для концентрування пестицидів. Завдання
включають дослідження морфології цих
матеріалів, визначення розміру пор, які
забезпечують їхню розділову здатність, та
дослідження вилучення пестицидів із води,
зокрема зі застосуванням до пермеату ад-
сорбційного методу. Як полімерні матриці
було обрано мікро- та ультрафільтраційна
мембрани. Для модифікування використо-
вували гідратований діоксид цирконію
(ГДЦ), адже для гідратованих оксидів ба-
гатовалентних металів притаманні іонооб-
мінні властивості [24], що зумовлюють ви-
сокий поверхневий заряд таких матеріалів
[25]. Саме дисоційовані або протоновані
функціональні групи ГДЦ забезпечують
його гідрофільність, що унеможливлює або
принаймні мінімізує фаулінг мембран, які
містять цей модифікатор. За своєю поведін-
кою такі мембрани аналогічні матеріалам,
які містять гідрофосфат цирконію [26]. Це
дає можливість використовувати ГДЦ для
модифікування інертних [21, 23] та іонооб-
мінних [27] полімерів, які використовують
для баро- [21, 23] та електромембранного
[27] розділення. Раніше нами було засто-
совано спосіб об’ємного модифікування
мембран ГДЦ [23, 28]. У зазначеній роботі
модифікували лише активний шар мемб-
ран для підвищення їхньої продуктивності.
На відміну від [28], де досліджували вида-
лення з води емульсованого арилоксіфе-
ноксіпропіонату, мембрани з модифікова-
ним активним шаром використовували для
вилучення похідних бензойної кислоти і
сульфонілсечовини з істинних розчинів.
ЕКСПЕРИМЕНТ ТА ОБГОВОРЕННЯ
РЕЗУЛЬТАТІВ. Вихідними полімерними ма-
трицями для модифікування обрано мікро-
фільтраційну та ультрафільтраційну мемб-
рани (SuezSepa, Sterlitech, США), активний
шар яких виготовлено з поліаміду (ПА) та
поліакрилонітрилу (ПАН) відповідно. Золь
гідроксокомплексів Zr (0,1М ZrOCl2) от-
римували аналогічно [14]. Активний шар
мембран просочували золем після видален-
ня повітря з пор, потім витримували в екси-
каторі над 0,1 М розчином NH4OH протягом
24 год, промивали водою, обробляли уль-
тразвуком частотою 30 кГц в ультразвуковій
ванні Bandelin (Bandelin, Угорщина) і суши-
ли за кімнатної температури. Таким чином
було отримано модифіковані мембрани, їх
марковано як ПА-ГДЦ та ПАН-ГДЦ.
Морфологію та хімічний склад мембран
вивчали за допомогою скануючого елект
ронного мікроскопа TescanMira 3LMU з
детектором InBeam (TESCAN, Чехія). Для
забезпечення провідності на поверхню
зразків було нанесено ультратонкий шар
золота. Для оцінки загальної кількості ГДЦ
у модифікованих мембранах (у вигляді зне-
водненого ZrO2) зважений зразок спалюва-
ли за 1000 oC, а залишок знову зважували.
Пористу структуру мембран досліджува-
ли методом адсорбції − десорбції азоту за
допомогою приладу AUTOSORB NOVA-6B
(Quantochrome Іnstruments, США).
ТЕМ-дослідження активного шару мемб-
рани ПА-ГДЦ проводили за допомогою
просвічуючого електронного мікроскопу
JEOL JEM 1230 (Jeol, Японія). Попередньо
активний шар було видалено з поверхні
46 ISSN 2708-129X. Укр. хім. журн., 2024
НАНОПОРИСТІ ПОЛІМЕРНО-НЕОРГАНІЧНІ ПЛАСКІ МЕМБРАНИ ДЛЯ КОНЦЕНТРУВАННЯ ПЕСТИЦИДІВНЕОРГАНІЧНА ХІМІЯ
мембрани та подрібнено. Змочування
мембран водою досліджували за допомогою
тензіометра Attension Theta Lite Tensiometer
(Biolin Scientific, США). Пористість за змо-
чуванням визначали просочуванням зва-
жених зразків водою та нонаном (ідеально
змочуючою рідиною) за 25 oС. Об’єм запо-
внених пор розраховували за збільшенням
маси мембрани з урахуванням густини рі-
дини за вказаної температури.
Тестування мембран проводили у філь-
трувальній комірці з тангенціальним пото-
ком рідини. Потік рідини (J) оцінювали як
відношення кумулятивного об’єму (V) пер-
меату на виході з комірки впродовж часу
фільтрації (τ) до площі мембрани. На осно-
ві вивчення пропускання води в стаціонар-
ному стані було розраховано проникність
мембрани (L) згідно з рівнянням [29]:
J = LΔP, (1)
де ∆P − перепад тиску. Традиційно проник-
ність виражають у несистемних одиницях
л м-2год-1атм-1.
Як модельні об’єкти тестування мембран
було обрано комерційні гербіциди («Укра-
віт», Україна) з активними діючими речови-
нами дикамба (похідна бензойної кислоти)
та нікосульфурон (похідна сульфоналсечо-
вини). Ці речовини досить добре розчинні
у воді − їхня розчинність становить 1.3 (ди-
камба) та 7.5 (нікосульфурон) г дм-3. Попе-
редньо комерційні препарати розводили
водою у 1000 разів. Концентрація діючих
речовин у модельних розчинах становила
125 та 45 мг дм-3. Іншими словами, отрима-
ні рідини являли собою істинні розчини.
В усіх випадках фільтрування здійснюва-
ли при 1 атм. Розчин нікосульфурону про-
пускали через мембрану ПА-ГДЦ, для вида-
лення залишку пестициду отриманий перме-
ат фільтрували з використанням мембрани
ПАН-ГДЦ. Пермеат, одержаний таким чи-
ном, пропускали через адсорбційну колон-
ку, заповнену біовугіллям, яке отримували
з лактози окисленням концентрованою сір-
чаною кислотою [13]. Діаметр колонки ста-
новив 0,8 см, об’єм шару біовугілля − 5 см3,
швидкість руху рідини − 0,15 см3 с-1.
У випадку дикамби проведено 2 серії
експериментів: (і) послідовне пропускан-
ня розчину через мембрану ПА-ГДЦ та ад-
сорбційну колонку, (іі) фільтрування через
мембрану ПАН-ГДЦ із подальшим пропус-
канням пермеату через колонку. В усіх ви-
падках вміст діючої речовини у вихідному
розчині становив 125 мг дм-3.
Зразки пермеату та концентрату аналізу-
вали за допомогою рідинного хроматографа
Agilent 1290 із потрійним квадрупольним
детектором Agilent 6400 (Agilent, США).
Морфологія мембран на основі ПА
Результати СЕМ-досліджень вихідних та
модифікованих мікрофільтраційних мемб-
ран наведено на рис. 1а, б. Для мембрани на
основі ПА спостерігаємо пори неправиль-
ної форми, їхній розмір становить 100−500
нм. Щодо мембрани ПА-ГДЦ, то її пори ма-
ють круглу або близьку до неї форму, а роз-
мір пор − переважно 50−300 нм. Глобули на
поверхні мембрани відповідають полімеру.
ТЕМ-зображення активного шару показує
наявність агрегованих наночастинок HZD
(рис. 1в), розмір яких становить 10−100 нм,
а найбільші частинки мають зазубрені краї.
Таким чином, скоріш за все, ці утворення
складаються з первинних наночастинок,
тобто являють собою агрегати. Інкорпоро-
вані частинки утворюють так звану вто-
ринну пористість, яка може бути відпові-
дальною за розділову здатність мембран.
47https://ucj.org.ua
Л. М. Рождественська, К. О. Куделко, О. В. Пальчик, Ю. С. Дзязько, Г. С. Бубела УХЖ № 8 / ТОМ 90
а б в
г
Рис. 1. СЕМ-зображення ПА (а) та ПА-ГДЦ
(б) мембран, ТЕМ-зображення активного шару
мембрани ПА-ГДЦ(в), розподіл пор за розмірами
для активного шару вихідної та модифікованої
мембран на основі ПА (г)
Fig.1. SEM images of PA (a) and PA-GDC (б) mem-
branes, TEM image of the active layer of the PA-GDC
membrane (в), pore size distribution for the active layer
of the original and modified PA-based membranes (г).
Модифікування призводить до збіль-
шення об’єму пор в області радіусів 1−10 нм
(рис. 1г), що може свідчити про появу до-
даткових пор у цьому діапазоні за рахунок
трансформації активного шару (за раху-
нок частинок ГДЦ). У більшому діапазо-
ні радіусів зміна пористої структури може
бути зумовлена розтягуванням полімеру та
екрануванням пор полімеру неорганічною
складовою.
Морфологія мембран на основі ПАН
СЕМ-зображення мембран на основі
ПАН наведено на рис. 2. Видно, що зовніш-
ня поверхня вихідної мембрани ПАН сфор-
мована блоками полімеру (рис. 2 а), також
на поверхні спостерігаємо глобули полі-
меру. Між блоками помітні щілиноподібні
отвори, максимальна ширина яких стано-
вить ≈50 нм. На зображенні поперечного
перерізу модифікованої мембрани видно
макропористу підкладку, яка складається
зі щільно упакованих волокон, розмір пор
між ними досягає кілька десятків мікрон. На
підкладці розташовано активний шар, тов-
щина якого становить до 500 нм (рис. 2 б).
Деякі утворення еліптичної форми в під-
кладці, скоріш за все, являють собою полі-
мер. Модифікування призводить до розши-
рення пор на поверхні активного шару, вони
стають більш протяжними (рис. 2 в). Крім
того, деякі полімерні блоки склеюються. Як
видно зі зображень, на поверхні активного
шару не спостерігаємо жодних дефектів. Од-
нак фокусування електронного пучка на ок-
ремих ділянках активного шару призводить
до його розтріскування (рис. 2 б).
48 ISSN 2708-129X. Укр. хім. журн., 2024
НАНОПОРИСТІ ПОЛІМЕРНО-НЕОРГАНІЧНІ ПЛАСКІ МЕМБРАНИ ДЛЯ КОНЦЕНТРУВАННЯ ПЕСТИЦИДІВНЕОРГАНІЧНА ХІМІЯ
а б в
Рис. 2. СЕМ-зображення мембран ПAН (а) та ПAН-ГДЦ (б, в). Ділянки: зовнішня поверхня
активного шару (a, в), поперечний переріз (б)
Fig. 2. SEM images of PAN membranes (a) and PAN-GDC (б,в). Sections: outer surface of the active
layer (a, в), cross-section (б).
Табл. 1
Хімічний склад мембран ПА-ГДЦ
Table 1.
Chemical composition of PA-GDC mem
branes.
Розташування
Вміст, ат. %
C N O Zr
Перед фільтруванням
Активний шар 49 2 16 33
Переріз 63 22 13 2
Після фільтрування води під тиском
Активний шир 48 3 15 34
Переріз 61 23 13 3
Найбільша кількість модифікатора ви-
явлена саме на зовнішній поверхні актив-
ного шару, ця область характеризується
найменшим вмістом азоту (табл. 1). Без-
посередньо під зовнішньою поверхнею
кількість ГДЦ значно менша, а вміст азоту
вищий. Невелика втрата азоту зовнішньої
поверхні (кількість вуглецю залишається
практично без змін) зумовлена гідролізом
ПАН як у кислому, так і в лужному середо-
вищах під час модифікування [30] (кислоти
та луги спричинюють також гідроліз і ПА).
Оскільки ПАН та ПА трансформуються
водночас з осадженням ГДЦ, то частинки
неорганічної складової міцно закріплю-
ються в полімерах, які виконують функцію
зв’язуючого. Це забезпечує стійкість вбудо-
ваних частинок до дії тиску. З табл. 1 видно,
що кількість цирконію на поверхні актив-
ного шару практично не змінюється після
фільтрування.
Гідрофільні властивості мембран та
фільтрування води
Модифіковані мембрани містять при-
близно однакову кількість ГДЦ, який під-
вищує гідрофільність їхньої поверхні та
пор (табл. 2).
49https://ucj.org.ua
Л. М. Рождественська, К. О. Куделко, О. В. Пальчик, Ю. С. Дзязько, Г. С. Бубела УХЖ № 8 / ТОМ 90
Табл. 2.
Характеристики мембран
Table 2.
Membrane characteristics.
Мембрана ПА ПА-
ГДЦ ПАН ПАН-
ГДЦ
Макропориста
основа поліефір Нетканий
лавсан
Вміст ZrO2, ваг. % − 3.5 − 4.1
Крайовий кут
змочування,
градус
69.52 42.74 72.65 64.83
ε, вода, % 0.48 0.44 0.48 0.44
ε,нонан, % 0.56 0.48 0.52 0.46
L, л м-2год-1атм-1 324 130 19 4
r, нм 51.5 33 9.5 4
Іншою причиною гідрофілізації може
бути наявність карбоксильних груп, які
утворюються при гідролізі полімеру під час
модифікування. Загальна пористість, яка
визначається за водою і нонаном, зменшу-
ється через екранування пор частинками
ГДЦ, а також через трансформацію поліме-
ру, спричинену гідролізом. Різниця між по-
ристістю за водою та нонаном зменшується
на 4% (ПА→ПА−ГДЦ) і 2 % (ПАН→ПАН-
ГДЦ), що свідчить про деяке зменшення
вмісту гідрофобних пор (на відміну від
іонообмінних мембран [32] мембрани ПА
та ПАН практично не набухають у воді).
Фактично всі пори, які змочуються водою,
є доступними за перебігу баромембранно-
го розділення. Модифікування також при-
зводить до зменшення кута змочування во-
дою; приклад для ПА та ПА-ГДЦ наведено
на рис. 6.
а б
Рис. 3. Змочування ПА (а) та ПА-ГДЦ (б)
водою
Fig. 3. Wetting of PA (a) and PA-GDC (b) with
water.
Порівняно з вихідними модифікова-
ні мембрани демонструють зменшення
проникності за водою приблизно у 2.5 та
5 разів (див. табл. 2). Іншими словами, вбу-
довані частинки ГДЦ зменшують продук-
тивність мембран. Це може бути викли-
кано трансформацією або макропористої
основи, або активного шару, або обох цих
складових. Водночас хімічний склад мемб-
ран залишається незмінним після фільтру-
вання, що вказує на стабільність частинок
модифікатора в мембрани під дією тиску.
Порівняно з об’ємно модифікованими ма-
теріалами [28], проникність мембран, у
яких модифікованим є лише активний шар,
є дещо вищою.
Проникнення води через мембрану ви-
значається її пористістю (ε), з однієї сторо-
ни, та розміром пор − з іншої. Радіус пор
можна оцінити за допомогою рівняння Ха-
гена − Пуазейля [29]:
9
матеріалами [28], проникність мембран, у яких модифікованим є лише активний шар, є дещо
вищою.
Проникнення води через мембрану визначається її пористістю (ε), з однієї сторони, та
розміром пор з іншої. Радіус пор можна оцінити за допомогою рівняння Хагена Пуазейля
[29]:
𝑟𝑟 = √8𝑀𝑀𝑀𝑀Δ𝑥𝑥𝑥𝑥
𝜀𝜀ΔP . (2)
Тут t – коефіцієнт звивистості (t2 [33]), ∆x – товщина мембрани, µ –динамічна в'язкість.
Як свідчать дані табл. 2, введення частинок ГДЦ до активного шару призводить до
зменшення пор, які визначають розділову здатність. Ультрафільтраційні мембрани
характеризуються розміром пор у межах 0.0010.1 мкм. Тому за цим показником
модифіковану ПАН-ГДЦ мембрану можна віднести до нано- ультрапористої. Це дає
можливість використовувати полімер-неорганічні матеріали для фільтрування розчинів
пестицидів.
Фільтрування пестицидів
При пропусканні модельного розчину нікосульфурону через мембрану ПА-ГДЦ її
проникність становила 9.4 л м-2 год-1 атм-1, а концентрація цієї речовини у пермеаті
знижувалася до 1 мг дм-3. Порівняно з вихідним розчином вміст нікосульфурону зменшувався
у 45 разів. За подальшого фільтрування отриманого пермеату з використанням мембрани з
меншими порами (ПАН-ГДЦ) її продуктивність була меншою у 50 разів. Проте прийом
послідовного фільтрування через мембрани з більшими та меншими порами дозволив
знизити концентрацію діючої речовини у пермеаті до 0.009 мг дм-3. Результатом подальшого
застосування адсорбційного методу було зниження вмісту нікосульфурону у воді до 0.0005
мг дм-3, що нижче рівня ГДК (0.001 мг дм-3). Цей метод доцільно використовувати і для
оброблення концентрату, який утворюється на другій стадії фільтрації і не має комерційної
цінності. Варто особливо підкреслити, що мембрани ефективно затримують саме
низькомолекулярну сполуку. Вочевидь це пов'язано з її зв'язуванням з іншими компонентами
комерційного препарату, наприклад, з поверхнево-активними речовинами. В результаті
мембрани затримують саме колоїдні частинки, що містять пестициди.
Одним із факторів, який визначає швидкість фільтрування органічних речовин, є
фаулінг мембран. Для його оцінки застосовано моделі блокування та звуження пор, а також
осадоутворення на поверхні активного шару [34]. Встановлено лінійний характер
залежностей /VV, де час (рис. 4). Це свідчить про те, що забруднення спричинено
акумулюванням осаду саме на зовнішній поверхні мембрани, звідки забруднення може бути
легко видалено зворотним потоком пермеату або гідродинамічними пульсаціями.
(1)
Тут t – коефіцієнт звивистості (t≈2 [33]),
∆x – товщина мембрани, µ –динамічна в’яз-
кість.
50 ISSN 2708-129X. Укр. хім. журн., 2024
НАНОПОРИСТІ ПОЛІМЕРНО-НЕОРГАНІЧНІ ПЛАСКІ МЕМБРАНИ ДЛЯ КОНЦЕНТРУВАННЯ ПЕСТИЦИДІВНЕОРГАНІЧНА ХІМІЯ
Як свідчать дані табл. 2, введення части-
нок ГДЦ до активного шару призводить до
зменшення пор, які визначають розділову
здатність. Ультрафільтраційні мембрани
характеризуються розміром пор у межах
0.001−0.1 мкм. Тому за цим показником
модифіковану ПАН-ГДЦ мембрану можна
віднести до нано- ультрапористої. Це дає
можливість використовувати полімер-не-
органічні матеріали для фільтрування роз-
чинів пестицидів.
Фільтрування пестицидів
При пропусканні модельного розчину
нікосульфурону через мембрану ПА-ГДЦ її
проникність становила 9.4 л м-2 год-1 атм-1, а
концентрація цієї речовини у пермеаті зни-
жувалася до 1 мг дм-3. Порівняно з вихідним
розчином вміст нікосульфурону зменшу-
вався у 45 разів. За подальшого фільтруван-
ня отриманого пермеату з використанням
мембрани з меншими порами (ПАН-ГДЦ)
її продуктивність була меншою у ≈50 разів.
Проте прийом послідовного фільтрування
через мембрани з більшими та меншими
порами дозволив знизити концентрацію
діючої речовини у пермеаті до 0.009 мг дм-3.
Результатом подальшого застосування ад-
сорбційного методу було зниження вмісту
нікосульфурону у воді до 0.0005 мг дм-3, що
нижче рівня ГДК (0.001 мг дм-3). Цей метод
доцільно використовувати і для оброб
лення концентрату, який утворюється на
другій стадії фільтрації і не має комерцій-
ної цінності. Варто особливо підкреслити,
що мембрани ефективно затримують саме
низькомолекулярну сполуку. Вочевидь це
пов’язано з її зв’язуванням з іншими ком-
понентами комерційного препарату, на-
приклад, з поверхнево-активними речови-
нами. В результаті мембрани затримують
саме колоїдні частинки, що містять пести-
циди.
Одним із факторів, який визначає швид-
кість фільтрування органічних речовин, є
фаулінг мембран. Для його оцінки застосо-
вано моделі блокування та звуження пор,
а також осадоутворення на поверхні ак-
тивного шару [34]. Встановлено лінійний
характер залежностей τ/V−V, де τ − час
(рис. 4). Це свідчить про те, що забруднен-
ня спричинено акумулюванням осаду саме
на зовнішній поверхні мембрани, звідки за-
бруднення може бути легко видалено зво-
ротним потоком пермеату або гідродина-
мічними пульсаціями.
Рис. 4. Застосування моделі забруднення
зовнішньої поверхні мембрани ПА-ГДЦ ніко-
сульфуроном
Fig. 4. Application of the model of contamination
of the outer surface of the PA-GDC membrane
with nicosulfuron.
При фільтруванні розчину дикамби
початкової концентрації 125 мг дм-3 че-
рез мембрану ПА-ГДЦ концентрація цієї
сполуки у пермеаті зменшувалася до 2 мг
дм-3. Фільтрування розчину такої ж по-
чаткової концентрації через мембрану з
51https://ucj.org.ua
Л. М. Рождественська, К. О. Куделко, О. В. Пальчик, Ю. С. Дзязько, Г. С. Бубела УХЖ № 8 / ТОМ 90
меншими порами призводить до більш
суттєвого зниження вмісту дикамби в пер-
меаті (0.05 мг дм-3). У подальшому адсорб-
ція дозволяє знизити вміст пестициду до
рівня ГДК (0.02 мг дм-3) або навіть нижче
(0.01 мг дм-3) у випадку пермеату, отрима-
ного при використанні мембран ПА-ГДЦ
та ПАН-ГДЦ відповідно.
Фільтрування дозволяє сконцентрувати
розчин дикамби у 10 разів, тобто збільши-
ти її вміст до 1.25 г дм-3. Згідно даних ви-
робника, витрати комерційного препара-
ту становлять 0.5 дм3га-1. Для отриманого
концентрату витрати становлять 1 дм3 на
200 м2, що передбачає його застосування на
малих земельних ділянках.
ВИСНОВКИ. Інкорпорування наночас-
тинок ГДЦ до активного шару мікро- та уль-
трафільтраційних мембран призводить до
збільшення об’єму пор у діапазоні 1−10 нм,
що спричинено трансформацією активно-
го шару мембран, який визначає розділо-
ву здатність. Іншою причиною є гідроліз
полімерів (поліаміду та поліакрионітрилу)
при перебігу модифікування. Більш того,
гідролізований полімер виконує функцію
сполучного, що запобігає втраті наночас-
тинок під дією тиску. Неорганічна складо-
ва забезпечує не тільки високу розділову
спроможність мембран, а й антифаулінгові
властивості. Полімер-неорганічні мембра-
ни рекомендовано застосовувати для очи-
щення рідких відходів підприємств, які
виробляють та розфасовують пестициди.
Концентрат, що містить один або декілька
пестицидів, можна використовувати як ко-
мерційний продукт для боротьби з бур’я-
нами на невеликих земельних ділянках,
між тротуарною плиткою тощо.
Роботу виконано в межах держбю-
джетної теми НАН України «Роз-
роблення мембран, модифікованих
композитами на основі полімерів із неор-
ганічними гідрофілізуючими та антибак-
теріальними добавками, для вилучення
токсичних і цінних компонентів із водних
розчинів», державний реєстраційний но-
мер: 0122U001235.
NANOPOR POLYMER-INORGANIC FLAT
MEMBRANES FOR PESTICIDE
CONCENTRATION.
L.M. Rozhdestvenska*1, K.O. Kudelko1,
O.V. Palchik1, Y.S. Dzyazko1, G.S. Bubela2
1V.I.Vernadskii Institute of Generaland Inorga
nic Chemistry of National Academy of Sciences
of Ukraine,
32/34 Aсademiс Palladin Avenue, 03141 Kyiv,
Ukraine;
2National University «Kyiv-MohylaAcademy»,
2 G. Skovorodа street, 04070 Kyiv, Ukraine
*е-mail: ludar777@ukr.net
Industrial pesticide plants wastewater po
ses a danger to the environment due to of the
exceed of threshold limit value of concentra-
tion. It causes to fines and the loss of valuable
commercial products. This work proposes a
problem solution comprising the removal of
pesticides from water by the baromembrane
method. The advantages of this approach are
obtaining a concentrate of pesticides by the
non-destructive method. Polymer-inorganic
membranes have been developed to remove
pesticides from water. They were obtained by
52 ISSN 2708-129X. Укр. хім. журн., 2024
НАНОПОРИСТІ ПОЛІМЕРНО-НЕОРГАНІЧНІ ПЛАСКІ МЕМБРАНИ ДЛЯ КОНЦЕНТРУВАННЯ ПЕСТИЦИДІВНЕОРГАНІЧНА ХІМІЯ
modifying the active layer of commercial mi-
cro- and ultrafiltration membranes with na-
noparticles of hydrated zirconium dioxide
(HZD) with size 10−100 nm. Modification
changes the porous structure of active layer
due to the formation of gaps between the in-
corporated nanoparticles as well the polymers
hydrolysis. It was established the pore with size
4−33 nm determines the separation properties
of the modified membranes. The modifier na-
noparticles are located in the active layer. They
provide secondary porosity that prevents irre-
versible contamination of the obtained materi-
als. The membranes were tested with aqueous
solutions of commercial pesticides that active
ingredient are benzoic acid derivatives and
sulfonylurea. It was found sequential filtration
under low pressure (up to 2 atm) through po
lymer-inorganic membranes with larger and
smaller pores and following adsorption by
biochar reduces the content of pesticides in
water below the threshold limit value concen-
trations. For example, the final content of the
sulfonylurea derivative was 0.0005 g dm-3. The
obtained concentrate can be used as a com-
mercial product.
Keywords: polymer-inorganic membrane,
hydrated zirconiumdioxide, embedded nano-
particles, nanopores, microfiltration, ultrafilt
ration, pesticide.
ЛІТЕРАТУРА
1. Syafrudin M., Kristanti R.A., Yuniarto A. et al
Pesticides in drinking water a review. Int J En-
viron Res Public Health. 2021. 18. 2. P. 468.
2. Alengebawy A., Abdelkhalek S.T., Qureshi
S.R. et al Heavy metals and pesticides toxicity
in agricultural soil and plants: ecological risks
and human health implications. Toxics. 2021. 9:
P. 42.
3. Sharma A., Kumar V., Shahzad B. et al World-
wide pesticide usage and its impacts on ecosys-
tem. Appl Sci. 2019. 1. P. 1446.
4. Mohafrash S.M., Mossa A.T. Disposal of ex-
pired empty containers and waste from pesti-
cides. Egypt J Chem. 2024.67(4). P. 65–85.
5. Schleiffer M., Speiser B. Presence of pesticides
in the environment, transition into organic
food, and implications for quality assurance
along the European organic food chain – A re-
view. Environ Pollut. 2022. 313. P. 120116.
6. Kim K.-H.,Kabir E., Jahan S.A. et al Exposure
to pesticides and the associated human health
effects. Sci Total Environ. 2017. 575. P. 525–535.
7. Saleh I.A., Zouari N., Al-Ghouti M.A. Remo
val of pesticides from water and wastewater:
chemical, physical and biological treatment
approaches. Environ Technol Innovat.2020. 19.
P. 101026.
8. Li R., Duan J., Saint C.P. et al. Impact of pre-
chlorination on organophosphorus pesticides
during drinking water treatment: Removal and
transformation to toxic oxon byproducts. Wa-
ter Res. 2016. 105. P. 1–10.
9. Cruz-Alcalde A., Sans C., Esplugas S. Priority
pesticides abatement by advanced water tech-
nologies: the case of acetamiprid removal by
ozonation. Sci Total Environ. 2017. 599–600.
P. 1454–1461.
10. Lakshmipathy K., Sindhu S., Singh A. et al
A review on pesticides degradation by using
ultraviolet light treatment in agricultural com-
modities. eFood. 2024. 5(1). P. 129.
11. Kudlek E. Identification of degradation
by-products of selected pesticides during oxi-
dation and chlorination processes. Ecol Chem
Eng S. 2019. 26(3). P. 571–581.
12. Ponnuchamy M., Kapoor A., Perumal S.K. et
al. Sustainable adsorbents for the removal of
pesticides from water: a review. Environ Chem
Lett. 2021. 19. P. 2425–2463.
13. Dzyazko Y.S., Palchik O.V., Ogenko V.M. et
al. Nanoporous biochar for removal of toxic
organic compounds from water. Springer Pro-
53https://ucj.org.ua
Л. М. Рождественська, К. О. Куделко, О. В. Пальчик, Ю. С. Дзязько, Г. С. Бубела УХЖ № 8 / ТОМ 90
ceedings in Physics. 2019. 222. P. 209–224.
14. Dzyazko Y.S., Ogenko V.M., Shteinberg L.Y. et
al Composite adsorbents including oxidized
graphene: effect of composition on mechanical
durability and adsorption of pesticides. Him
Fiz TehnolPoverhni. 2019. 10 (4). P. 432–445.
15. Cansado I.P.P., Mourão P.A.M., Castanheiro
J.E.S.F. Performance of regenerated activated
carbons on pesticides removal from the aque-
ous phase. Processes. 2023. 11(8). P. 2496.
16. Van der Bruggen B., Everaert K., Wilms D et
al. Application of nanofiltration for removal of
pesticides, nitrate and hardness from ground
water: rejection properties and economic eva
luation. J Membr Sci. 2001. 193(2). P. 239–248.
17. Rodríguez-Alegre R., Pérez Megías L., San-
chis S. et al. Nanofiltration & reverse osmosis
technical assessment for pesticides removal.
Discov Environ. 2024. 2. 52.
18. Zheng L., Price W.E., McDonald J. et al. New
insights into the relationship between draw
solution chemistry and trace organic rejection
by forward osmosis. J Membr. Sci. 2019587.
P. 117184.
19. Zhang Y, Lu H, Wang B et al Removal of imi
dacloprid and acetamiprid from tea infusions
by microfiltration membrane. Int J Food Sci
Technol. 2015. 50(6). P. 1397–1404
20. Vaidyanathan VK, Kumar PS, George J.
Poly(methyl vinyl ether-alt-maleic acid)-coated
poly(ether ether) sulfone ultrafiltration mem-
branes augmented with silver nanoparticles for
the removal of proteins and pesticides from
aqueous solutions. Ind Eng Chem Res. 2024.
63(1). P. 275–287
21. do Nascimento NN, Paraíso CM, Molina LCA
et al Innovative trends in modified membranes:
A mini review of applications and challenges
in the food sector. Membranes. 2024. 14(10).
P. 209.
22. Dzyazko Y., Rozhdestvenska L., Kudelko K. et
al. Membranes modified with advanced carbon
nanomaterials (review). Springer Proc Phys.
2021. 263. P. 151–174.
23. Rozhdestvenska L., Kudelko K., Ogenko V. et al.
Filtration membranes containing nanoparticles
of hydrated zirconium oxide–graphene oxide.
Springer Proc Phys. 2020. 246. P. 757–771.
24. Trivedi P., Axe L. Modeling Cd and Zn sorption
to hydrous metal oxides. Environ Sci Technol.
2000. 34. P. 2215–2223.
25. Maltseva T.V., Pal’chik A.V., Kudelko E.O. et al.
Impact of surface properties of hydrated com-
pounds based on ZrO2 on the value of ionic
conduction. J Water Chem Technol. 2015. 37.
P. 18–24.
26. Zmievskii Y., Dziazko Y., Myronchuk V. et al.
Fouling of polymer and organic-inorganic
membranes during filtration of corndistillery.
Ukrainian Food Journal. 2016. 5(4). P. 739–747.
27. Rozhdestvenskaya L.M., Dzyazko Y.S., Kudelko
E.O. et al. Desalination of glycerol-water solu-
tions by electrodyalysis using the organo-in-
organic membranes. J. Water Chem. Technol.
2017. 39(1). P. 26–32.
28. Dzyazko Y.S., Rozhdestvenska L.M., Kudelko
K.O. et al. Polymer-inorganic membranes for
removal of pesticides from water using pres-
sure-driven technique. Him. Fiz. Tehnol. Pov-
erhni. 2024. 15(4). P. 534–551.
29. Mulder M. Basic principle of membrane tech-
nology. Springer, Dordrecht. 1996.
30. Krentsel L.B., Kudryavtsev Y.V., Rebrov A.I.,
Litmanovich A.D., Plate N.A. Acidic hydrol-
ysis of polyacrylonitrile: effect of neighboring
groups. Macromolecules. 2001. 34(16). P. 5607–
5610.
31. Lee J.Y., Kim K.-J. MEG effects on hydrolysis
of polyamide 66/glass fiber composites and
mechanical property changes. Molecules. 2019.
24(4). 755 рр.
32. Dzyazko Y., Volfkovich Y., Perlova O. et al. Ef-
fect of porosity onion transport through poly-
mers and polymer-based composites contain-
ing inorganic nanoparticles (review). Springer
Proc Phys. 2019. 222. P. 235–253.
33. Manickam S.S., Gelb J., McCutcheon J.R.
Pore structure characterization of asymmetric
54 ISSN 2708-129X. Укр. хім. журн., 2024
НАНОПОРИСТІ ПОЛІМЕРНО-НЕОРГАНІЧНІ ПЛАСКІ МЕМБРАНИ ДЛЯ КОНЦЕНТРУВАННЯ ПЕСТИЦИДІВНЕОРГАНІЧНА ХІМІЯ
membranes: non-destructive characterization
of porosity and tortuosity. J. Membr. Sci. 2014.
454. P. 549–554.
34. Ho C.C., Zydney A.L. A combined pore blo
ckage and cake filtration model for protein
fouling during microfiltration. J. Colloid Inter-
face Sci. 2000. 232. P. 389–399.
REFERENCES
1. Syafrudin M., Kristanti R.A., Yuniarto A. et al
Pesticides in drinking water a review. Int J En-
viron Res Public Health. 2021. 18. 2: 468.
2. Alengebawy A., Abdelkhalek S.T., Qureshi S.R.
et al Heavy metals and pesticides toxicity in ag-
ricultural soil and plants: ecological risks and
human health implications. Toxics. 2021. 9: 42.
3. Sharma A., Kumar V., Shahzad B. et al World-
wide pesticide usage and its impacts on ecosys-
tem. Appl Sci. 2019. 1:1446.
4. Mohafrash S.M., Mossa A.T. Disposal of ex-
pired empty containers and waste from pesti-
cides. Egypt J Chem. 2024. 67(4): 65−85.
5. Schleiffer M., Speiser B. Presence of pesticides
in the environment, transition into organic
food, and implications for quality assurance
along the European organic food chain – A re-
view. Environ Pollut. 2022. 313: 120116.
6. Kim K.-H., Kabir E., Jahan S.A. et al Exposure
to pesticides and the associated human health
effects. Sci Total Environ. 2017. 575: 525–535.
7. Saleh I.A., Zouari N., Al-Ghouti M.A. Remo
val of pesticides from water and wastewater:
chemical, physical and biological treatment
approaches. Environ Technol Innovat. 2020. 19:
101026.
8. Li R., Duan J., Saint C.P. et al. Impact of pre-
chlorination on organophosphorus pesticides
during drinking water treatment: Removal and
transformation to toxic oxon byproducts. Wa-
ter Res. 2016. 105: 1–10.
9. Cruz-Alcalde A., Sans C., Esplugas S. Priority
pesticides abatement by advanced water tech-
nologies: the case of acetamiprid removal by
ozonation. Sci Total Environ. 2017. 599–600:
1454–1461.
10. Lakshmipathy K., Sindhu S., Singh A. et al
A review on pesticides degradation by using
ultraviolet light treatment in agricultural com-
modities. eFood. 2024. 5(1):129.
11. Kudlek E. Identification of degradation by-pro
ducts of selected pesticides during oxidation
and chlorination processes. Ecol Chem Eng S.
2019. 26(3): 571−581.
12. Ponnuchamy M., Kapoor A., Perumal S.K. et
al. Sustainable adsorbents for the removal of
pesticides from water: a review. Environ Chem
Lett. 2021. 19: 2425–2463.
13. Dzyazko Y.S., Palchik O.V., Ogenko V.M. et
al. Nanoporous biochar for removal of toxic
organic compounds from water. Springer Pro-
ceedings in Physics. 2019. 222: 209–224.
14. Dzyazko Y.S., Ogenko V.M., Shteinberg L.Y. et
al Composite adsorbents including oxidized
graphene: effect of composition on mechanical
durability and adsorption of pesticides. Him
Fiz TehnolPoverhni. 2019. 10 (4): 432–445.
15. Cansado I.P.P., Mourão P.A.M., Castanheiro
J.E.S.F. Performance of regenerated activated
carbons on pesticides removal from the aque-
ous phase. Processes. 2023. 11(8): 2496.
16. Van der Bruggen B., Everaert K., Wilms D et
al. Application of nanofiltration for removal of
pesticides, nitrate and hardness from ground
water: rejection properties and economic eva
luation. J Membr Sci. 2001. 193(2): 239–248.
17. Rodríguez-Alegre R., Pérez Megías L., San-
chis S. et al. Nanofiltration & reverse osmosis
technical assessment for pesticides removal.
Discov Environ. 2024. 2: 52.
18. Zheng L., Price W.E., McDonald J. et al. New
insights into the relationship between draw
solution chemistry and trace organic rejection
by forward osmosis. J Membr. Sci. 2019587:
117184.
19. Zhang Y., Lu H., Wang B. et al. Removal of imi
dacloprid and acetamiprid from tea infusions
by microfiltration membrane. Int J Food Sci
Technol. 2015. 50(6): 1397–1404.
55https://ucj.org.ua
Л. М. Рождественська, К. О. Куделко, О. В. Пальчик, Ю. С. Дзязько, Г. С. Бубела УХЖ № 8 / ТОМ 90
20. Vaidyanathan V.K., Kumar P.S., George J.
Poly(methyl vinyl ether-alt-maleic acid)-coated
poly(ether ether) sulfone ultrafiltration mem-
branes augmented with silver nanoparticles for
the removal of proteins and pesticides from
aqueous solutions. Ind Eng Chem Res. 2024.
63(1): 275–287.
21. do Nascimento N.N., Paraíso C.M., Molina
L.C.A. et al. Innovative trends in modified
membranes: A mini review of applications and
challenges in the food sector. Membranes. 2024.
14(10): 209.
22. Dzyazko Y., Rozhdestvenska L., Kudelko K. et
al. Membranes modified with advanced carbon
nanomaterials (review). Springer Proc Phys.
2021. 263: 151–174.
23. Rozhdestvenska L., Kudelko K., Ogenko V. et
al. Filtration membranes containing nanopar-
ticles of hydrated zirconium oxide–graphene
oxide. Springer Proc Phys. 2020. 246: 757–771.
24. Trivedi P., Axe L. Modeling Cd and Zn sorption
to hydrous metal oxides. Environ Sci Technol.
2000. 34: 2215–2223.
25. Maltseva T.V., Pal’chik A.V., Kudelko E.O. et al.
Impact of surface properties of hydrated com-
pounds based on ZrO2 on the value of ionic
conduction. J Water Chem Technol. 2015. 37:
18–24.
26. Zmievskii Y., Dziazko Y., Myronchuk V. et al.
Fouling of polymer and organic-inorganic
membranes during filtration of corndistillery.
Ukrainian Food Journal. 2016. 5(4): 739–747.
27. Rozhdestvenskaya L.M., Dzyazko Y.S., Kudelko
E.O. et al. Desalination of glycerol-water solu-
tions by electrodyalysis using the organo-in-
organic membranes. J. Water Chem. Technol.
2017. 39(1): 26–32.
28. Dzyazko Y.S., Rozhdestvenska L.M., Kudelko
K.O. et al. Polymer-inorganic membranes for
removal of pesticides from water using pres-
sure-driven technique. Him. Fiz. Tehnol. Po
verhni. 2024. 15(4): 534–551.
29. Mulder M. Basic principle of membrane tech-
nology. Springer, Dordrecht. 1996.
30. Krentsel L.B., Kudryavtsev Y.V., Rebrov A.I.,
Litmanovich A.D., Plate N.A. Acidic hydro
lysis of polyacrylonitrile: effect of neighboring
groups. Macromolecules. 2001. 34(16): 5607–
5610.
31. Lee J.Y., Kim K.-J. MEG effects on hydrolysis
of polyamide 66/glass fiber composites and
mechanical property changes. Molecules. 2019.
24(4): 755.
32. Dzyazko Y., Volfkovich Y., Perlova O. et al. Ef-
fect of porosity onion transport through poly-
mers and polymer-based composites contain-
ing inorganic nanoparticles (review). Springer
Proc Phys. 2019. 222: 235–253.
33. Manickam S.S., Gelb J., McCutcheon J.R.
Pore structure characterization of asymmetric
membranes: non-destructive characterization
of porosity and tortuosity. J.Membr. Sci. 2014.
454: 549–554.
34. Ho C.C., Zydney A.L. A combined pore block-
age and cake filtration model for protein foul-
ing during microfiltration. J. Colloid Interface
Sci. 2000. 232: 389–399.
Стаття надійшла 19.05.2024.
|
| id | oai:ojs2.1444248.nisspano.web.hosting-test.net:article-683 |
| institution | Ukrainian Chemistry Journal |
| keywords_txt_mv | keywords |
| language | English |
| last_indexed | 2026-07-23T01:12:04Z |
| publishDate | 2024 |
| publisher | V.I.Vernadsky Institute of General and Inorganic Chemistry |
| record_format | ojs |
| resource_txt_mv | ucjorgua/34/4e02f5a37da063e32e5d2b5a6b352134.pdf |
| spelling | oai:ojs2.1444248.nisspano.web.hosting-test.net:article-6832026-07-22T08:23:54Z NANOPOR POLYMER-INORGANIC FLAT MEMBRANES FOR PESTICIDE CONCENTRATION Rozhdestvenska , Liudmyla Kudelko, Kateryna Palchik, Aleksei Dzyazko, Yuliya Bubela, Halyna polymer-inorganic membrane, hydrated zirconiumdioxide, embedded nanoparticles, nanopores, microfiltration, ultrafiltration, pesticide. Industrial pesticide plants wastewater poses a danger to the environment due to of the exceed of threshold limit value of concentration. It causes to fines and the loss of valuable commercial products. This work proposes a problem solution comprising the removal of pesticides from water by the baromembrane method. The advantages of this approach are obtaining a concentrate of pesticides by the non-destructive method. Polymer-inorganic membranes have been developed to remove pesticides from water. They were obtained by modifying the active layer of commercial micro- and ultrafiltration membranes with nanoparticles of hydrated zirconium dioxide (HZD) with size 10−100 nm. Modification changes the porous structure of active layer due to the formation of gaps between the incorporated nanoparticles as well the polymers hydrolysis. It was established the pore with size 4−33 nm determines the separation properties of the modified membranes. The modifier nanoparticles are located in the active layer. They provide secondary porosity that prevents irreversible contamination of the obtained materials. The membranes were tested with aqueous solutions of commercial pesticides that active ingredient are benzoic acid derivatives and sulfonylurea. It was found sequential filtration under low pressure (up to 2 atm) through polymer-inorganic membranes with larger and smaller pores and following adsorption by biochar reduces the content of pesticides in water below the threshold limit value concentrations. For example, the final content of the sulfonylurea derivative was 0.0005 g dm-3. The obtained concentrate can be used as a commercial product. V.I.Vernadsky Institute of General and Inorganic Chemistry 2024-09-27 Article Article Inorganic Chemistry Неорганическая химия Неорганічна хімія application/pdf https://ucj.org.ua/index.php/journal/article/view/683 10.33609/2708-129X.90.8.2024.43-55 Ukrainian Chemistry Journal; Vol. 90 No. 8 (2024): Ukrainian Chemistry Journal; 43-55 Украинский химический журнал; ##issue.vol## 90 ##issue.no## 8 (2024): Ukrainian Chemistry Journal; 43-55 Український хімічний журнал; Том 90 № 8 (2024): Ukrainian Chemistry Journal; 43-55 2708-129X 2708-1281 en https://ucj.org.ua/index.php/journal/article/view/683/338 Copyright (c) 2024 Liudmyla Rozhdestvenska , Kateryna Kudelko, Aleksei Palchik, Yuliya Dzyazko, Halyna Bubela https://creativecommons.org/licenses/by-nc/4.0 |
| spellingShingle | Rozhdestvenska , Liudmyla Kudelko, Kateryna Palchik, Aleksei Dzyazko, Yuliya Bubela, Halyna NANOPOR POLYMER-INORGANIC FLAT MEMBRANES FOR PESTICIDE CONCENTRATION |
| title | NANOPOR POLYMER-INORGANIC FLAT MEMBRANES FOR PESTICIDE CONCENTRATION |
| title_full | NANOPOR POLYMER-INORGANIC FLAT MEMBRANES FOR PESTICIDE CONCENTRATION |
| title_fullStr | NANOPOR POLYMER-INORGANIC FLAT MEMBRANES FOR PESTICIDE CONCENTRATION |
| title_full_unstemmed | NANOPOR POLYMER-INORGANIC FLAT MEMBRANES FOR PESTICIDE CONCENTRATION |
| title_short | NANOPOR POLYMER-INORGANIC FLAT MEMBRANES FOR PESTICIDE CONCENTRATION |
| title_sort | nanopor polymer-inorganic flat membranes for pesticide concentration |
| topic_facet | polymer-inorganic membrane hydrated zirconiumdioxide embedded nanoparticles nanopores microfiltration ultrafiltration pesticide. |
| url | https://ucj.org.ua/index.php/journal/article/view/683 |
| work_keys_str_mv | AT rozhdestvenskaliudmyla nanoporpolymerinorganicflatmembranesforpesticideconcentration AT kudelkokateryna nanoporpolymerinorganicflatmembranesforpesticideconcentration AT palchikaleksei nanoporpolymerinorganicflatmembranesforpesticideconcentration AT dzyazkoyuliya nanoporpolymerinorganicflatmembranesforpesticideconcentration AT bubelahalyna nanoporpolymerinorganicflatmembranesforpesticideconcentration |