SYNTHESIS AND SORPTION PROPERTIES FOR Cu (II), Cd (II) AND Pb (II) IONS OF BENTONITE-BASED HYBRID MATERIALS WITH IN SITU IMMOBILIZED POLY[5-(4 NITROPHENYLAZO)-8-METHACRYLOXYQUINOLINE] AND ADSORBED COPOLYMER BASED ON IT
Composite materials were synthesized based on bentonite from the Tulchyn district of the Vinnytsia region with in situ immobilized on the surface poly[5-(4-nitrophenylazo)-8-methacryloxyquinoline] (Bent]–AzoQN (in situ)) and adsorbed copolymer of 5-(4-nitro)phenylazo-8-methacryloxyquinoline and me...
Gespeichert in:
| Datum: | 2026 |
|---|---|
| Hauptverfasser: | , , , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Englisch |
| Veröffentlicht: |
V.I.Vernadsky Institute of General and Inorganic Chemistry
2026
|
| Online Zugang: | https://ucj.org.ua/index.php/journal/article/view/760 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Ukrainian Chemistry Journal |
| Завантажити файл: |  |
Institution
Ukrainian Chemistry Journal| _version_ | 1871466191100313600 |
|---|---|
| author | Kychkyruk, Olga Yanovska, Elina Savchenko, Iryna Sternik, Dariusz |
| author_facet | Kychkyruk, Olga Yanovska, Elina Savchenko, Iryna Sternik, Dariusz |
| author_institution_txt_mv | [
{
"author": "Olga Kychkyruk",
"institution": "Житомирський державний університет імені Івана Франка"
},
{
"author": "Elina Yanovska",
"institution": "Taras Shevchenko National University of Kyiv, 64\/13 Volodymyrska Str., 01601 Kyiv, Ukraine"
},
{
"author": "Iryna Savchenko",
"institution": "Taras Shevchenko National University of Kyiv, 64\/13 Volodymyrska Str., 01601 Kyiv, Ukraine"
},
{
"author": "Dariusz Sternik",
"institution": "Maria Curie–Sklodowska University, 2 Maria Curie-Sklodowska Square, 20-031 Lublin, Poland"
}
] |
| author_sort | Kychkyruk, Olga |
| baseUrl_str | https://ucj.org.ua/index.php/journal/oai |
| collection | OJS |
| datestamp_date | 2026-07-22T08:23:56Z |
| description | Composite materials were synthesized based on bentonite from the Tulchyn district of the Vinnytsia region with in situ immobilized on the surface poly[5-(4-nitrophenylazo)-8-methacryloxyquinoline] (Bent]–AzoQN (in situ)) and adsorbed copolymer of 5-(4-nitro)phenylazo-8-methacryloxyquinoline and methyl methacrylate with an initial molar ratio of 1:3 (Bent]–AzoQN-MMA (adsorb)). Thermogravimetric analysis confirmed the mass fraction of modifiers to be 20–23 wt.%, with the in situ polymer proving to be more thermally stable. Thermogravimetric analysis was used to determine the patterns of thermal destruction of polymer modifiers of bentonite surfaces and to record their mass fraction in the composition of synthesised materials. The morphological changes in the surface of the obtained composites were analysed using low-temperature adsorption desorption of nitrogen and scanning electron microscopy. It has been established that modification leads to a decrease in specific surface area, pore volume and an increase in average pore diameter, which confirms the formation of polymer layers on the surface of the mineral.The adsorption processes are effectively approximated by the Langmuir isotherm, which made it possible to determine the maximum sorption capacity of the composites. As a result of studying the sorption properties of synthesized composites with respect to Cu(II), Cd(II) and Pb(II) cations, it was found that modification of bentonite with these polymers increases the sorption capacity of the initial mineral only with respect to Cu(II) ions. The high selectivity to these ions is explained by the formation of stable chelate complexes between the nitrogen and oxygen atoms of the quinoline structure and copper cations. In contrast, for Cd(II) and Pb(II) cations, the sorption capacity either remains unchanged or even decreases (in the case of adsorbed copolymer), which is explained by the blocking of the mineral pores by a dense polymer layer.The composite materials obtained demonstrate significant potential for use as selective sorbents for the purification of industrial wastewater from Cu(II) ions. The results indicate limited effectiveness of the synthesized composites for complex purification from Cd(II) and Pb(II). |
| doi_str_mv | 10.33609/2708-129X.91.12.2025.14-32 |
| first_indexed | 2026-03-19T02:00:18Z |
| format | Article |
| fulltext |
14 ISSN 2708-129X. Укр. хім. журн., 2025
УДК: 544.726:661.183.8:678 doi: 10.33609/2708-129X.91.12.2025.14-32
СИНТЕЗ ТА СОРБЦІЙНІ ВЛАСТИВОСТІ ЩОДО ІОНІВ Cu(ІІ), Cd(ІІ)
ТА Pb(ІІ) ГІБРИДНИХ МАТЕРІАЛІВ НА ОСНОВІ БЕНТОНІТУ
З IN SITU ІММОБІЛІЗОВАНИМ ПОЛІ[5‑(4‑НІТРОФЕНІЛАЗО)‑
8‑МЕТАКРИЛОКСИХІНОЛІНОМ] ТА АДСОРБОВАНИМ
КОПОЛІМЕРОМ НА ЙОГО ОСНОВІ
О. Ю. Кичкирук1*, Е. С. Яновська2, І. О. Савченко2, Д. Стернік3
1 Житомирський державний університет імені Івана Франка,
вул. Університетська, 42, Житомир 10008, Україна;
2 Національний університет імені Тараса Шевченка,
вул. Володимирська, 64/13, Київ 01601, Україна;
3 Університет Марії Кюрі-Склодовської,
площа Марії Кюрі-Склодовської, 2, 20-031, Люблін, Польща
*e-mail: panova_o_yu@ukr.net
На основі бентоніту з Тульчинського району Вінницької області синтезовано ком-
позитні матеріали з іn situ іммобілізованим на поверхні полі[5-(4-нітрофенілазо)-
8-метакрилоксихіноліном] (Bent]–AzoQN (іn situ)) та адсорбованим кополімером
5-(4-нітро)фенілазо-8-метакрилоксихіноліну та метилметакрилату з вихідним моляр-
ним співвідношенням 1:3 (Bent]–AzoQN-MMA (adsorb)).
Термогравіметричний аналіз підтвердив масову частку модифікаторів 20–23 мас.%,
причому in situ полімер виявився термічно стійкішим. Методом термогравіметричного
аналізу з’ясовано закономірності термічної деструкції полімерних модифікаторів по-
верхні бентоніту та зафіксовано їхню масову частку у складі синтезованих матеріалів.
Методами низькотемпературної адсорбції – десорбції азоту та скануючої електронної
мікроскопії, проведено аналіз морфологічних змін поверхні одержаних композитів.
Встановлено, що модифікація призводить до зменшення питомої поверхні, об’єму пор
та збільшення середнього діаметру пор, що підтверджує формування полімерних на-
шарувань на поверхні мінералу.
Процеси адсорбції ефективно апроксимуються ізотермою Ленґмюра, що дозволило
визначити максимальну сорбційну ємність композитів. У результаті вивчення сорб-
ційних властивостей синтезованих композитів щодо катіонів Cu(ІІ), Cd(ІІ) та Pb(ІІ)
встановлено, що модифікація бентоніту цими полімерами підвищує сорбційну єм-
15https://ucj.org.ua
О. Ю. Кичкирук, Е. С. Яновська, І. О. Савченко, Д. Стернік УХЖ № 12 / ТОМ 91
ність вихідного мінералу тільки щодо іонів Cu(ІІ). Виявлену високу селективність до
цих іонів пояснюють утворенням стійких хелатних комплексів між атомом Нітрогену
та Оксигену хінолінової структури і катіонами міді. Натомість щодо катіонів Cd(ІІ) та
Pb(ІІ) сорбційна ємність або не змінюється, або навіть знижується (у випадку адсор
бованого кополімеру), що пояснюється блокуванням пор мінералу щільним полімер-
ним шаром.
Одержані композитні матеріали демонструють значний потенціал для викори-
стання їх як селективних сорбентів для очищення промислових стічних вод від іонів
Cu(ІІ). Результати свідчать про обмежену ефективність синтезованих композитів для
комплексного очищення від Cd(ІІ) та Pb(ІІ).
Ключові слова: бентоніт, модифікація поверхні, полі[5‑(4‑нітрофеніазо)‑8‑мет
акрилоксихінолін], гібридний матеріал, сорбція, іони токсичних металів.
ВСТУП. Стрімке погіршення якості по-
верхневих і підземних вод в Україні стало
однією з актуальних екологічних проблем,
особливо в контексті інтенсивних військо-
вих дій під час триваючої російсько-укра-
їнської війни. У результаті масштабного
застосування різних видів озброєння по-
ширюється забруднення природних вод
України іонами таких токсичних металів,
як залізо, хром, свинець, марганець тощо.
Ці забруднювачі є дуже стійкими у навко-
лишньому середовищі та становлять сер-
йозну небезпеку для екосистем, сільсько-
господарських ґрунтів і здоров’я людей
через їхню біоакумуляцію та токсичність.
Тому розроблення ефективних, економічно
доцільних та екологічно безпечних техно-
логій видалення іонів токсичних металів
із водних середовищ залишається актуаль-
ним завданням сучасної хімії.
Існує широкий спектр методів очищен-
ня з видалення іонів металів і пов’язаних
із ними забруднювачів зі стічних вод [1, 2],
але адсорбція залишається одним із най
привабливіших методів, що поєднує ви-
соку ефективність, простоту експлуатації,
низьку вартість, можливість регенерації
та повторного використання сорбентів [3].
Останні тенденції у світовій науковій спіль-
ноті свідчать про посилення інтересу до
сталих рішень, що відповідають концепції
зеленої хімії, де пріоритетом є використан-
ня природних, відновлюваних і нетоксич-
них матеріалів замість синтетичних ана
логів [4].
Алюмосилікатні мінерали з розвинутою
пористою структурою становлять значний
науковий і практичний інтерес серед при-
родних сорбентів завдяки високій питомій
поверхні, здатності до адсорбції та іонооб-
міну, а також економічній доступності та
екологічній безпеці. У зв’язку з цим при-
родні алюмосилікатні глини, зокрема бен-
тоніти, активно розглядають як перспек-
тивні сорбенти для очищення водних се-
редовищ і видалення забруднювачів [5–7].
В Україні одним із перспективних дже-
рел такої сировини є бентонітові родовища
16 ISSN 2708-129X. Укр. хім. журн., 2025
СИНТЕЗ ТА СОРБЦІЙНІ ВЛАСТИВОСТІ ЩОДО ІОНІВ Cu(ІІ), Cd(ІІ) ТА Pb(ІІ) ГІБРИДНИХ МАТЕРІАЛІВ НА ОСНОВІ БЕНТОНІТУ З IN SITU ІММОБІЛІЗОВАНИМ
ПОЛІ[5‑(4‑НІТРОФЕНІЛАЗО)‑8‑МЕТАКРИЛОКСИХІНОЛІНОМ] ТА АДСОРБОВАНИМ КОПОЛІМЕРОМ НА ЙОГО ОСНОВІФІЗИЧНА ХІМІЯ
Вінницької області. На відміну від натріє-
вих бентонітів цей природний алюмоси-
лікатний матеріал – монтморилонітового
типу з переважанням кальцієвої форми.
Основними складовими є монтморилоніт,
кварц та польові шпати. Оксидний склад
характеризується високим вмістом SiO₂ та
Al₂O₃, що зумовлює розвинену поверхню та
здатність до хімічної модифікації, володіє
меншою здатністю до набухання та вищою
механічною та структурною стабільністю.
Водночас природні мінерали характеризу-
ються обмеженою сорбційною здатністю,
що зумовлено відносно невеликою площею
поверхні та браком специфічних функціо-
нальних груп, необхідних для селективної
взаємодії з цільовими забруднювачами.
Для підвищення сорбційних властивос-
тей природних алюмосилікатів активно
застосовують стратегії їхньої модифікації
функціональними полімерами та органіч-
ними лігандами. У результаті такого моди-
фікування зменшується час встановлення
адсорбційної рівноваги між сорбентом та
розчином, підвищується сорбційна ємність
мінералів щодо іонів та органічних моле-
кул [8–10].
Іммобілізація гомо- та кополімерів, що
містять функціональні групи, здатні до
іонного обміну та участі у процесах комп-
лексоутворення, є ефективним підходом
для підвищення селективності та афінно-
сті сорбентів щодо іонів токсичних мета-
лів. Зокрема, введення нітрогено-, суль-
фуро- і оксигеновмісних функціональних
фрагментів у гібридні композити на основі
бентоніту повинно забезпечити створення
матеріалів із розширеними сорбційними
властивостями, придатних для очищення
стічних вод від органічних молекул орга-
нічних забруднювачів, подібних до фенолу,
і контролю забруднення навколишнього
середовища [11].
Відомо, що введення хітозану на по-
верхню бентоніту значно покращує сорб-
цію іонів важких металів (зокрема Cu(ІІ),
Cr(VI) за рахунок появи аміногруп. Такі
композити можна використовувати як еко-
номічно ефективні та екологічно чисті ад-
сорбенти для видалення аніонів зі стічних
вод [12–13].
У працях [14–15] нами показано, що in
situ іммобілізація та адсорбція полі[8-окси-
хінолінметакрилату] на поверхні закарпат-
ського клиноптилоліту Тушинського родо-
вища (Україна) призводить до зростання
сорбційної ємності щодо йонів Pb(ІІ), Сu(ІІ)
та Fe(III) порівняно з вихідним мінералом,
in situ іммобілізація полі[8-оксихінолінме-
такрилату] на поверхні сапоніту Ташків-
ського родовища (Україна) і вермикуліту
дозволяє значно підвищити адсорбційну
ємність цього мінералу щодо іонів Pb(ІІ),
а адсорбція полі[8-оксихінолінметакрила-
ту] − щодо йонів Сu(ІІ) та Fe(III). Сорбцій-
на ємність синтезованого нами композиту
[14–15] на основі адсорбованого кополіме-
ру 5-(4-нітро)фенілазо-8-метакрилоксихі-
ноліну:ММА порівняно з вихідним сапоні-
том щодо іонів Cu(ІІ) збільшується у майже
3,5 рази, щодо іонів Pb(ІІ) – у 1,5 рази, щодо
іонів Fe(III) – у 6 разів, а щодо іонів Cd(ІІ) –
у 10 разів.
Тому цю статтю присвячено синтезу, до-
слідженню будови поверхневого прошарку
та адсорбційним властивостям щодо іонів
Cd(ІІ), Pb(ІІ), Cu(II) та Fe(III) гібридних
матеріалів на основі бентоніту з іммобілі-
зованими на поверхні різними методами
полі[5-(4-нітрофенілазо)-8-метакрилокси-
17https://ucj.org.ua
О. Ю. Кичкирук, Е. С. Яновська, І. О. Савченко, Д. Стернік УХЖ № 12 / ТОМ 91
хіноліном] і кополімером 5-(4-нітро)фені-
лазо-8-метакрилоксихіноліну та метилме-
такрилату з вихідним молярним співвідно-
шенням 1:3.
ЕКСПЕРИМЕНТ І ОБГОВОРЕННЯ РЕ-
ЗУЛЬТАТІВ.
Синтез композитів на основі бенто-
ніту та методи дослідження параметрів і
властивостей їхньої поверхні
Як мінеральний носій для синтезу нових
композитних матеріалів використовували
мінерал бентоніт Тульчинського району
Вінницької області з розміром гранул 1,25–
5 мм.
У роботі для закріплення полімеру на
поверхні бентоніту було застосовано in situ
іммобілізацію полі[5-(4-нітрофенілазо)-8-
метакрилоксихіноліну] та адсорбцію заз-
далегідь синтезованого кополімеру 5-(4-ні-
тро)фенілазо-8-метакрилоксихіноліну та
метилметакрилату з вихідним молярним
співвідношенням 1:3.
In situ іммобілізацію полі[5-(4-нітро)
фенілазо-8-метакрилоксихіноліну] на по-
верхні бентоніту було здійснено аналогічно
методиці, описаній у роботі [14]. У резуль-
таті було одержано новий композитний ма-
теріал зі скороченою назвою Bent]–AzoQN
(іn situ). Схему реакції полімеризації
5-(4-нітро)фенілазо-8-оксихіноліну в ході
in situ іммобілізації полі[5-(4-нітро)фені-
лазо-8-метакрилоксихіноліну] на поверхні
бентоніту зображено на рис. 1.
Рис. 1. Схема реакції полімеризації 5-(4-нітро)фенілазо-8-метакрилоксихіноліну
в ході in situ іммобілізації полі[5-(4-нітро)фенілазо-8-метакрилоксихіноліну]
на поверхні бентоніту
Fig. 1. Scheme of the polymerization of 5-(4-nitro)phenylazo-8-methacryloxyquinoline
during in situ immobilization of poly[5-(4-nitro)phenylazo-8-methacryloxyquinoline]
on the surface of bentonite.
Також шляхом адсорбції кополімеру
5-(4-нітро)фенілазо-8-метакрилоксихіно-
ліну: ММА (1:3) на поверхні бентоніту за
методикою, наведеною у [15], було одер-
жано композитний матеріал зі скороче-
ною назвою Bent]–AzoQN-MMA (adsorb).
Процес адсорбції кополімеру 5-(4-нітро)
фенілазо-8-метакрилоксихіноліну:ММА на
поверхні бентоніту схематично описано на
рис. 2.
18 ISSN 2708-129X. Укр. хім. журн., 2025
СИНТЕЗ ТА СОРБЦІЙНІ ВЛАСТИВОСТІ ЩОДО ІОНІВ Cu(ІІ), Cd(ІІ) ТА Pb(ІІ) ГІБРИДНИХ МАТЕРІАЛІВ НА ОСНОВІ БЕНТОНІТУ З IN SITU ІММОБІЛІЗОВАНИМ
ПОЛІ[5‑(4‑НІТРОФЕНІЛАЗО)‑8‑МЕТАКРИЛОКСИХІНОЛІНОМ] ТА АДСОРБОВАНИМ КОПОЛІМЕРОМ НА ЙОГО ОСНОВІФІЗИЧНА ХІМІЯ
Рис. 2. Схема адсорбції кополімеру 5-(4-нітро)фенілазо-8-метакрилоксихіноліну
з метилметакрилатом на поверхні бентоніту
Fig. 2. Scheme of adsorption of the copolymer of 5-(4-nitro)phenylazo-8-methacryloxyquinoline
with methyl methacrylate on the surface of bentonite.
Факт іммобілізації полі[5-(4-нітро)фені
лазо-8-метакрилоксихіноліну] та кополіме-
ру 5-(п-нітро)фенілазо-8-метакрилоксихі
ноліну:ММА на поверхні бентоніту вста-
новлювали шляхом порівняння ІЧ-спект
рів вихідного мінералу та синтезованих
композитів, спектри яких було одержано з
використанням ІЧ-спектрометра Spectrum
BX (Perkin Elmer, Німеччина) в області 500–
4000 см-1 у таблетках KBr.
Для вивчення закономірностей терміч-
ної деструкції полі[5-(4-нітрофенілазо)-
8-метакрилоксихіноліну] та кополімеру з
5-(п-нітро)фенілазо-8-метакрилоксихіно-
ліном і метилметакрилатом, іммобілізо-
ваних на поверхні бентоніту, а також для
визначення їхніх масових часток у складі
синтезованих композитів було проведено
термогравіметричний аналіз вихідного мі-
нералу та одержаних гібридних матеріалів.
Аналіз виконували з використанням тер-
могравіметричного аналізатора STA 449 Ju
piter F1 (Netzsch, Німеччина) за наступних
робочих умов: швидкість нагріву 10 К/хв,
динамічна атмосфера синтетичного повіт
ря з витратою 50 мл/хв, діапазон темпера-
тур 30–1000°C, маса зразка 14 мг, сенсорна
термопара типу S. Як еталон використову-
вали порожній тигель з Al2O3.
Для дослідження параметрів поверхні
19https://ucj.org.ua
О. Ю. Кичкирук, Е. С. Яновська, І. О. Савченко, Д. Стернік УХЖ № 12 / ТОМ 91
синтезованих композитів застосовували
метод низькотемпературної адсорбції – де-
сорбції азоту. Ізотерми адсорбції – десорб-
ції азоту бентоніту та отриманих гібридних
матеріалів реєстрували за допомогою сорб-
тометра ASAP 2420 V1.01 (Micromeritics,
США). Перед вимірюванням зразки дегазу-
вали за 100 °C упродовж 24 годин.
Зміни у морфології поверхні бентоніту
після іммобілізації полі[5-(4-нітро)феніла-
зо-8-метакрилоксихіноліну] та кополімеру
5-(п-нітро)фенілазо-8-метакрилоксихіно-
ліну прослідкували за допомогою сканую-
чої електронної мікроскопії (СЕМ) із вико-
ристанням електронного мікроскопу SEM
LEO 1430 VP (Carl Zeiss, Німеччина).
Адсорбційні властивості вихідного бен-
тоніту та синтезованих композитів щодо
обраних іонів досліджували у статичному
режимі. При цьому 0,1 г мінералу чи ком-
позиту на його основі протягом доби кон-
тактував з 25 мл робочих розчинів нітратів
відповідних металів різних концентрацій
за постійного механічного струшування.
Робочі розчини нітратів обраних мета-
лів для проведення адсорбційних дослі-
джень готували з наборів «Стандартних
зразків розчинів» цих солей (виробництва
ФХІ ім. А. В. Богатського, м. Одеса) на фоні
1 М НNO3 з концентраціями 1 та 10 мг/мл.
Для вимірювання концентрації іонів у
розчині використовували атомно-абсорб
ційний метод аналізу із застосуванням
полум’яного атомно-абсорбційного спект
рофотометра «С-115 ПК» (Selmi, м. Суми)
у полум’ї суміші «повітря – ацетилен». Дов-
жини хвиль вимірів становили: для куп
руму – 324,7 нм, кадмію – 228,8 нм, плюм-
буму – 283,3 нм, а ширина щілини дорів-
нювала 0,5 см. Розрахунки концентрацій
металів проводили методом порівняння
інтенсивностей їхніх ліній у спектрі з інтен-
сивністю ліній стандартних розчинів. Для
цього готували стандартні розчини з кон-
центраціями металів 0,1–1,5 мкг/мл.
Аналіз ІЧ-спектрів вихідного бентоніту
та синтезованих композитів на його осно-
ві показав, що найбільш інформативною
щодо підтвердження присутності у поверх
невому шарі мінералу полі[5-(4-нітро)фе
нілазо-8-метакрилоксихіноліну] є область
спектру від 1200 до 1800 см-1., смуги погли-
нання якої можна інтерпретувати наступ-
ним чином:
• коливання при 1280 см−1 та 1300 см−1
відповідають валентним та деформа
ційним коливанням зв’язків C–H;
• смуги поглинання в інтервалі від 1394
до 1503 см−1 відповідають скелетним
коливанням зв’язків C–C хінолінової
ароматичної системи;
• валентні коливання υ(C–N) спостері-
гаються при 1590 см−1;
• смуга поглинання при 1650 см−1 – аси-
метричним коливанням NO2-груп;
• смуга поглинання при 1760 см−1 – ва-
лентним коливанням COO-груп.
Термограми вихідного бентоніту (а)
і композитів Bent]–AzoQN (іn situ) (б),
Bent]–AzoQN-MMA (adsorb) (в) зображено
на рисунку 3.
На рис. 4 зображено тривимірні тер
мограми процесу термічної деградації
композитів Bent]–AzoQN (іn situ) (а) та
Bent]–AzoQN-MMA (adsorb) (б), об’єднані
з ІЧ-спектрами продуктів термодеструкції.
Результати аналізу одержаних термо-
грам синтезованих гібридних матеріалів
зібрано у таблиці 1.
20 ISSN 2708-129X. Укр. хім. журн., 2025
СИНТЕЗ ТА СОРБЦІЙНІ ВЛАСТИВОСТІ ЩОДО ІОНІВ Cu(ІІ), Cd(ІІ) ТА Pb(ІІ) ГІБРИДНИХ МАТЕРІАЛІВ НА ОСНОВІ БЕНТОНІТУ З IN SITU ІММОБІЛІЗОВАНИМ
ПОЛІ[5‑(4‑НІТРОФЕНІЛАЗО)‑8‑МЕТАКРИЛОКСИХІНОЛІНОМ] ТА АДСОРБОВАНИМ КОПОЛІМЕРОМ НА ЙОГО ОСНОВІФІЗИЧНА ХІМІЯ
а
б
Рис. 3. Термограми вихідного бентоніту (а) і композитів Bent]–AzoQN (іn situ) (б),
Bent]–AzoQN-MMA (adsorb) (в)
Fig. 3. Thermograms of the original bentonite (a) and composites Bent]–AzoQN (in situ) (b),
Bent]–AzoQN-MMA (adsorb) (c).
21https://ucj.org.ua
О. Ю. Кичкирук, Е. С. Яновська, І. О. Савченко, Д. Стернік УХЖ № 12 / ТОМ 91
б
Рис. 3. Термограми вихідного бентоніту (а) і композитів Bent]–AzoQN (іn situ) (б),
Bent]–AzoQN-MMA (adsorb) (в)
Fig. 3. Thermograms of the original bentonite (a) and composites Bent]–AzoQN (in situ) (b),
Bent]–AzoQN-MMA (adsorb) (c).
а б
Рис. 4. 3D-представлення термогравіметричного аналізу об’єднаного з ІЧ-спектрами
продуктів термодеструкції композитних матеріалів Bent]–AzoQN (іn situ) (а)
та Bent]–AzoQN-MMA (adsorb) (б)
Fig. 4. 3D representation of thermogravimetric analysis combined with IR spectra of thermal
degradation products of composites Bent]–AzoQN (in situ) (a)
and Bent]–AzoQN-MMA (adsorb) (b).
22 ISSN 2708-129X. Укр. хім. журн., 2025
СИНТЕЗ ТА СОРБЦІЙНІ ВЛАСТИВОСТІ ЩОДО ІОНІВ Cu(ІІ), Cd(ІІ) ТА Pb(ІІ) ГІБРИДНИХ МАТЕРІАЛІВ НА ОСНОВІ БЕНТОНІТУ З IN SITU ІММОБІЛІЗОВАНИМ
ПОЛІ[5‑(4‑НІТРОФЕНІЛАЗО)‑8‑МЕТАКРИЛОКСИХІНОЛІНОМ] ТА АДСОРБОВАНИМ КОПОЛІМЕРОМ НА ЙОГО ОСНОВІФІЗИЧНА ХІМІЯ
Табл. 1
Результати аналізу термограм синтезованих гібридних матеріалів
Table 1.
Results of analysis of thermograms of synthesized hybrid materials.
Композит
Температурний
інтервал
термодеструкції
іммобілізованого
полімеру, оС
Температури головних
екзотермічних піків
термодеструкції
іммобілізованого
полімеру, оС
Втрата маси
композиту у результаті
повної термодеструк-
ції іммобілізованого
полімеру, мас.%
Масова частка
іммобілізованого
полімеру
у складі компо
зиту, мас.%
Bent]–AzoQN
(іn situ) 200–854 268, 423 (max)
546,605, 854 (min) 24 ± 0,5 20 ± 0,5
Bent]–
AzoQN-MMA
(adsorb)
200–688 336 (max),
450, 610 (min) 27 ± 0,5 23 ± 0,5
Масові частки іммобілізованих поліме-
рів, які наведено у таблиці, визначали як
різницю між втратою маси композитів у
температурних інтервалах деструкції полі-
мерів та відповідною втратою маси вихід-
ного мінералу у тих самих температурних
проміжках. Втрата маси бентоніту у темпе-
ратурному інтервалі 200–650оС становить
4 ± 0,5 мас. % .
З аналізу даних таблиці 1 випливає, що
термічна деструкція адсорбованого копо-
лімеру з 5-(4-нітро)фенілазо-8-метакри-
локсихіноліну і метилметакрилатом, ім-
мобілізованого на поверхні бентоніту, від-
бувається у діапазоні 200–687,8 °C, тоді як
остаточна термодеструкція in situ іммобі-
лізованого полі[5-(4-нітро)фенілазо-8-ме-
такрилоксихіноліну] продовжується до
853,9 °C, що свідчить про підвищену тер-
мічну стійкість полімеру, отриманого ме-
тодом іn situ іммобілізації порівняно з його
адсорбованим аналогом. При цьому масова
частка in situ закріпленого полі[5-(4-нітро)
фенілазо-8-метакрилоксихіноліну] є трохи
меншою порівняно з такою у адсорбовано-
го кополімеру. Отримані дані засвідчують
відмінності у ефективності застосованих
методів модифікації поверхні природних
мінералів полімерами при формуванні гі-
бридних матеріалів.
Рис. 5. Ізотерми низькотемпературної адсорб-
ції – десорбції вихідного бентоніту
Fig. 5. Low-temperature adsorption-desorption
isotherms of the original bentonite.
23https://ucj.org.ua
О. Ю. Кичкирук, Е. С. Яновська, І. О. Савченко, Д. Стернік УХЖ № 12 / ТОМ 91
Рис. 6. Ізотерми низькотемпературної адсорб-
ції – десорбції композиту Bent]–AzoQN (іn situ)
Fig 6. Low-temperature adsorption-desorption
isotherms of the Bent]–AzoQN composite (in situ).
Рис. 7. Ізотерми низькотемпературної адсорб-
ції – десорбції композиту Bent]–AzoQN-MMA
(adsorb)
Fig 7. Low-temperature adsorption-desorption
isotherms of the Bent]–AzoQN-MMA composite
(adsorb).
Ізотерми низькотемпературної адсорб
ції – десорбції азоту для вихідного бенто-
ніту та композитів Bent]–AzoQN (іn situ),
Bent]–AzoQN-MMA (adsorb) зображено на
рисунках 5–7.
Значення параметрів поверхні синте-
зованих композитів, отримані шляхом
комп’ютерного оброблення ізотерм різни-
ми методами з використанням програм-
ного забезпечення сорбтометра, наведено
у таблиці 2. Параметри поверхні, вклю-
чаючи питому поверхню (S_BET), об’єм
пор (V_p) та середній діаметр пор (D_p),
визначали на основі одержаних ізотерм із
застосуванням методів Брунауера – Ем-
метта – Теллера (BET) та Ленґмюра. Такий
підхід дозволяє оцінити зміни текстурних
характеристик мінералу після іммобілі-
зації полімерів і порівняти адсорбційні
властивості вихідного бентоніту та синте-
зованих гібридних композитів. За резуль-
татами низькотемпературної адсорбції
азоту встановлено, що всі досліджувані
зразки характеризуються переважно ме-
зопористою структурою. Середній діаметр
пор перебуває в межах 7,4–23,6 нм, що від-
повідає класифікації мезопор (2–50 нм за
IUPAC). Загальний об’єм пор практично
повністю формується мезопорами і ста-
новить 0,08 см³/г для вихідного бентоні-
ту, 0,03 см³/г для зразка Bent–AzoQN (in
situ) та 0,014 см³/г для Bent–AzoQN–MMA
(adsorb). Внесок мікропор (d < 2 нм) є нез-
начним і перебуває в межах чутливості
методу BET, що свідчить про відсутність
розвиненої мікропористості в досліджу-
ваних матеріалах.
24 ISSN 2708-129X. Укр. хім. журн., 2025
СИНТЕЗ ТА СОРБЦІЙНІ ВЛАСТИВОСТІ ЩОДО ІОНІВ Cu(ІІ), Cd(ІІ) ТА Pb(ІІ) ГІБРИДНИХ МАТЕРІАЛІВ НА ОСНОВІ БЕНТОНІТУ З IN SITU ІММОБІЛІЗОВАНИМ
ПОЛІ[5‑(4‑НІТРОФЕНІЛАЗО)‑8‑МЕТАКРИЛОКСИХІНОЛІНОМ] ТА АДСОРБОВАНИМ КОПОЛІМЕРОМ НА ЙОГО ОСНОВІФІЗИЧНА ХІМІЯ
Табл. 2
Порівняння параметрів поверхні мінералів та синтезованих на їхній основі композитів
Table 2.
Comparison of surface parameters of minerals and synthesized composites.
Зразок
S, м2/г V_p,
см3/г
D_p,
нмЗа ізотермою BET Langmuir
Вихідний бентоніт 42,8 43,3 60,2 0,08 7,4
Bent]–AzoQN (іn situ) 4,9 5,1 7,8 0,03 23,6
Bent]–AzoQN-MMA (adsorb) 2,5 2,6 3,9 0,014 20,7
V_p відповідає об’єму мезопор; об’єм мі-
кропор для всіх зразків не перевищує межі
визначення методу BET.
Аналіз даних таблиці 2 засвідчує, що
іммобілізація полі[5-(4-нітро)фенілазо-8-
метакрилоксихіноліну] та кополімеру 5-(п-
нітро)фенілазо-8-метакрилоксихіноліну з
метилметакрилатом на поверхні мінералу
викликає наступні зміни поруватості його
поверхні:
− питома площа поверхні бентоніту після
in situ іммобілізації зменшилася приблиз-
но у 8 разів, тоді як після модифікування
шляхом адсорбції кополімеру зменшення
відбулося приблизно у 17 разів;
− середній об’єм пор зменшився у резуль-
таті обох способів модифікування по-
верхні бентоніту: після in situ іммобілі-
зації − у 2,6 разів, після модифікування
шляхом адсорбції – у 5,7 разів;
− середній діаметр пор збільшується по-
рівняно із немодифікованим бентонітом
у Bent]–AzoQN (іn situ)) майже у 3,2 рази,
а у Bent]–AzoQN-MMA (adsorb) майже у
2,8 рази.
Встановлені зміни параметрів поруватої
поверхні вихідного мінералу є логічними
наслідками її модифікації непоруватими
полімерами, у результаті якої початкові
вузькі і глибокі пори після покриття полі-
мером стають більш мілкими та розширю-
ються у діаметрі. Отже, результати методу
низькотемпературної адсорбції – десорбції
азоту водночас слугують додатковим під-
твердженням модифікації полімерів на по-
верхні бентоніту.
СЕМ-фото поверхні вихідного бентоні-
ту та синтезованих композитів показано на
рисунках 8–10.
Аналіз СЕМ-фотографій рисунків 8–10
дозволяє стверджувати наступне:
− in situ іммобілізація полі[5-(4-нітро)фе-
нілазо-8-метакрилоксихіноліну] на по-
верхні бентоніту призводить до форму-
вання полімеру у вигляді переважно гол-
частих формувань та окремих утворень
опуклої форми в порах та над поверхнею
мінералу. Причому усі фото демонстру-
ють, як іммобілізований полімер «про-
ростає» в порах, зменшуючи їхній об’єм;
− адсорбований кополімер 5-(4-нітрофе-
нілазо)-8-метакрилоксихіноліну з ме
тилметакрилатом вкриває порувату
поверхню бентоніту більш рівномірно
тонким прошарком, зменшуючи порува-
тість поверхні мінералу більш суттєво.
25https://ucj.org.ua
О. Ю. Кичкирук, Е. С. Яновська, І. О. Савченко, Д. Стернік УХЖ № 12 / ТОМ 91
а б в
Рис. 8. СЕМ-фото поверхні вихідного бентоніту за збільшення:
а – у 10 000 разів, б – у 25 000 разів, в – у 50 000 разів
Fig 8. SEM photo of the original bentonite surface at magnification:
a – 10,000 times, b – 25,000 times, c – 50,000 times.
а б в
Рис. 9. СЕМ-фото поверхні композиту Bent]–AzoQN (іn situ) за збільшення:
а – у 10 000 разів, б – у 25 000 разів, в – у 50 000 разів
Fig 9. SEM photo of the surface of the Bent]–AzoQN (in situ) composite at magnification:
a – 10,000 times, b – 25,000 times, c – 50,000 times.
а б в
Рис. 10. СЕМ-фото поверхні композиту Bent]–AzoQN-MMA (adsorb) за збільшення:
а – у 10 000 разів, б – у 25 000 разів, в – у 50 000 разів
Fig 10. SEM photo of the surface of the Bent]–AzoQN-MMA composite (adsorb) at magnification:
a – 10,000 times, b – 25,000 times, c – 50,000 times.
26 ISSN 2708-129X. Укр. хім. журн., 2025
СИНТЕЗ ТА СОРБЦІЙНІ ВЛАСТИВОСТІ ЩОДО ІОНІВ Cu(ІІ), Cd(ІІ) ТА Pb(ІІ) ГІБРИДНИХ МАТЕРІАЛІВ НА ОСНОВІ БЕНТОНІТУ З IN SITU ІММОБІЛІЗОВАНИМ
ПОЛІ[5‑(4‑НІТРОФЕНІЛАЗО)‑8‑МЕТАКРИЛОКСИХІНОЛІНОМ] ТА АДСОРБОВАНИМ КОПОЛІМЕРОМ НА ЙОГО ОСНОВІФІЗИЧНА ХІМІЯ
Таким чином, результати дослідження
поверхні синтезованих композитів мето-
дом низькотемпературної адсорбції – де-
сорбції азоту та шляхом скануючої елек-
тронної мікроскопії добре узгоджуються
між собою і доповнюють один одного.
Встановлені геометричні форми роз-
ташування іммобілізованих полімерів є
досить вдалими щодо участі їхніх макро-
молекул у процесах комплексоутворен-
ня, оскільки переважна більшість актив-
них центрів комплексоутворення у складі
макромолекул залишаються стерично до-
ступними для взаємодії з аквакомплексами
іонів металів.
Модифікація поруватої поверхні бенто-
ніту макромолекулами полімерів, що міс-
тять у своїх структурних ланках нітрогено-,
оксигено- чи сульфуровмісні функціональ-
ні групи, відкриває можливість формуван-
ня на поверхні синтезованих матеріалів
стабільних комплексів з іонами перехідних
металів. Це має сприяти додатковому ви-
лученню забруднювачів із розчинів за ме-
ханізмом хемосорбції, що, своєю чергою,
зумовлює підвищення адсорбційної ємно-
сті синтезованих композитів порівняно з
немодифікованим мінералом. Таким чи-
ном, полімер-неорганічні гібридні матері-
али здатні вилучати іони металів завдяки
одночасній дії двох механізмів − фізичної
адсорбції у пори на поверхні мінералу та
хемосорбції шляхом комплексоутворення
з функціональними групами полімерних
ланцюгів, іммобілізованих на поверхні мі-
нералу. При цьому просторове розташу-
вання полімерних макромолекул повинно
забезпечувати збереження доступності пор
для фізичної адсорбції та водночас ство-
рювати максимальну кількість відкритих
активних центрів, здатних до координації
іонів металів.
Іммобілізовані на поверхні бентоніту по-
лімери мають у своїй структурі азо-, нітро-
групи та оксихінолінові цикли. Наявність
цих функціональних груп визначає їхню
високу донорно-акцепторну активність і
здатність виступати в ролі лігандів, що ко-
ординуються з іонами перехідних металів
з утворенням стійких комплексних сполук
на поверхні мінеральної матриці. Таке по-
єднання природної поруватості бентоніту
та специфічних хімічних властивостей ім-
мобілізованих на його поверхні обраних
полімерних ланцюгів має створити умови
для посиленої селективності та підвищеної
сорбційної здатності щодо іонів металів,
які утворюють стійкі комплекси з азоспо-
луками та оксихіноліном у розчинах. Для
перевірки цих міркувань ми дослідили на
поверхні синтезованих композитів адсорб-
цію іонів Cu(II), Cd(ІІ) та Pb(ІІ).
Для визначення сорбційної ємності син-
тезованих композитів та вихідного бенто-
ніту було побудовано ізотерми адсорбції
обраних металоіонів, які зображено на
рис. 11–13.
Порівняння адсорбційної ємності бен-
тоніту та композитів на його основі щодо
іонів Cu (ІІ), Cd (ІІ), Pb (ІІ) з водних роз-
чинів нітратів наведено у таблиці 3, з якої
можна зробити наступні висновки:
− іммобілізація обраних полімерів на по-
верхні бентоніту призводить до незнач-
ного зростання (близько 10%) адсорб-
ційної ємності щодо іонів Cu(ІІ) порів-
няно з вихідним мінералом, що можна
пояснити проходження процесів комп-
лексоутворення, адже з усіх дослідже-
них іонів саме іони купруму утворюють
27https://ucj.org.ua
О. Ю. Кичкирук, Е. С. Яновська, І. О. Савченко, Д. Стернік УХЖ № 12 / ТОМ 91
найстійкіші комплекси з оксихіноліном
та азосполуками у розчинах;
− in situ іммобілізація полі[5-(4-нітро)фе-
нілазо-8-метакрилоксихіноліну] на по-
верхні бентоніту не призводить до збіль-
шення адсорбційної ємності порівняно
з вихідним бентонітом щодо катіонів
Cd(ІІ) та Pb(ІІ);
− адсорбція кополімеру 5-(п-нітро)фені-
лазо-8-метакрилоксихіноліну з метил-
метакрилатом на поверхні бентоніту ви-
кликає зменшення адсорбційної ємності
щодо катіонів Cd(ІІ) та Pb(ІІ) на 28% та
14% відповідно порівняно з вихідним
мінералом, що можна пояснити досить
щільним покриттям поверхні бентоніту
іммобілізованим кополімером, що при-
зводить до зменшення адсорбції цих іо-
нів у пори мінералу.
Рис. 11. Ізотерми адсорбції іонів Cu(ІІ) компо-
зитом Bent]–AzoQN (іn situ) (а) та композитом
Bent]–AzoQN-MMA (adsorb) (б) із водних роз-
чинів нітратів (без додавання буферних розчи-
нів) у статичному режимі, час сорбції – 1 доба
Fig 11. Adsorption isotherms of Cu(II) ions by
the Bent]–AzoQN (in situ) composite (a) and the
Bent]–AzoQN-MMA (adsorb) composite (b) from
aqueous solutions of nitrates (without the addition
of buffer solutions) in static mode, sorption time –
1 day.
Рис. 12. Ізотерми адсорбції іонів Cd(II) компо-
зитом Bent]–AzoQN (іn situ) (а) та композитом
Bent]–AzoQN-MMA (adsorb) (б) із водних роз-
чинів нітратів (без додавання буферних розчи-
нів) у статичному режимі, час сорбції – 1 доба
Fig 12. Adsorption isotherms of Cd(II) ions by
Bent]–AzoQN composite (in situ) (a) and Bent]–
AzoQN-MMA composite (adsorb) (b) from aque-
ous nitrate solutions (without adding buffer solu-
tions) in static mode, sorption time – 1 day.
Рис. 13. Ізотерми адсорбції іонів Pb(ІІ) компо-
зитом Bent]–AzoQN (іn situ) (а) та композитом
Bent]–AzoQN-MMA (adsorb) (б) із водних роз-
чинів нітратів (без додавання буферних розчи-
нів) у статичному режимі, час сорбції – 1 доба
Fig 13. Adsorption isotherms of Pb(II) ions by
Bent]–AzoQN (in situ) composite (a) and Bent]–
AzoQN-MMA (adsorb) composite (b) from aque-
ous nitrate solutions (without adding buffer solu-
tions) in static mode, sorption time – 1 day.
28 ISSN 2708-129X. Укр. хім. журн., 2025
СИНТЕЗ ТА СОРБЦІЙНІ ВЛАСТИВОСТІ ЩОДО ІОНІВ Cu(ІІ), Cd(ІІ) ТА Pb(ІІ) ГІБРИДНИХ МАТЕРІАЛІВ НА ОСНОВІ БЕНТОНІТУ З IN SITU ІММОБІЛІЗОВАНИМ
ПОЛІ[5‑(4‑НІТРОФЕНІЛАЗО)‑8‑МЕТАКРИЛОКСИХІНОЛІНОМ] ТА АДСОРБОВАНИМ КОПОЛІМЕРОМ НА ЙОГО ОСНОВІФІЗИЧНА ХІМІЯ
Табл. 3
Порівняння адсорбційної ємності бентоніту та синтезованих композитів на його
основі щодо іонів Cu (ІІ), Cd (ІІ), Pb (ІІ) з водних розчинів нітратів без додавання
буферів
Table 3.
Comparison of the adsorption capacity of bentonite and synthesized composites for
Cu (II), Cd (II), Pb (II) ions from aqueous nitrate solutions without the addition of buffers.
Адсорбент
Адсорбційна ємність щодо аквакомплексів
Cu (ІІ), Cd (ІІ), Pb (ІІ), ммоль/г
Cu(ІІ) Cd(ІІ) Pb(ІІ)
Вихідний бентоніт 0,101 0,060 0,036
Bent]–AzoQN (іn situ) 0,112 0,060 0,036
Bent]–AzoQN-MMA (adsorb) 0,110 0,047 0,031
ВИСНОВКИ. Шляхом in situ іммобілізації
полі[5-(4-нітро)фенілазо-8-метакрилокси-
хіноліну] і адсорбції кополімеру 5-(4-нітро)
фенілазо-8-метакрилоксихіноліну та ме
тилметакрилату з вихідним молярним
співвідношенням 1:3 на поверхні бентоніту
отримано два нових полімер-неорганічні
композити.
За результатами термогравіметричного
аналізу знайдено, що in situ іммобілізова-
ний полі[5-(4-нітро)фенілазо-8-метакрил
оксихінолін] є термічно стійкішим за ад
сорбований кополімер. А його масова
частка є дещо меншою (близько 20 мас.%)
порівняно з останнім (23 мас.%).
Методом низькотемпературної адсорб
ції − десорбції азоту встановлено, що за-
кріплення обраних полімерів на поверхні
бентоніту змінює його текстурні характе-
ристики: призводить до зменшення площі
поверхні, об’єму пор та зростання діаметру
пор вихідного мінералу.
Аналіз СЕМ-фотографій синтезованих
композитів засвідчив, що in situ іммобілі-
зований полі[5-(4-нітро)фенілазо-8-метак
рилоксихінолін] знаходиться на поверхні
бентоніту переважно у вигляді голчастих
формувань та окремих утворень опуклої
форми у порах та над поверхнею міне-
ралу. Тоді як адсорбований кополімер 5-
(4-нітрофенілазо)-8-метакрилоксихіноліну
з метилметакрилатом вкриває порувату
поверхню бентоніту рівномірним тонким
прошарком.
На основі оброблення ізотерм сорбції
іонів Cu (ІІ), Cd (ІІ), Pb (ІІ) на поверхні син-
тезованих гібридних матеріалів встанов-
лено, що іммобілізація обраних полімерів
на поверхні бентоніту призводить до не-
значного зростання (близько 10%) адсорб
ційної ємності щодо іонів Cu(ІІ) порівня-
но з вихідним мінералом. А щодо катіонів
Cd (II) та Pb(ІІ) синтезовані сорбенти пово-
дять себе по-різному: адсорбційна ємність
бентоніту щодо цих іонів після in situ ім-
мобілізації полі[5-(4-нітро)фенілазо-8-ме-
такрилоксихіноліну] не змінюється, а у ре-
зультаті адсорбції кополімеру 5-(4-нітро)
29https://ucj.org.ua
О. Ю. Кичкирук, Е. С. Яновська, І. О. Савченко, Д. Стернік УХЖ № 12 / ТОМ 91
фенілазо-8-метакрилоксихіноліну з метил-
метакрилатом навіть дещо знижується, що
можна пояснити досить щільним покрит-
тям поверхні бентоніту іммобілізованим
кополімером, що призводить до зменшен-
ня адсорбції цих іонів у пори мінералу.
Роботу виконано в межах держ-
бюджетної теми «Синтез та дослі-
дження нанокомпозитних і біоло-
гічно активних матеріалів» (Но-
мер державної реєстрації теми:
0122U002265).
SYNTHESIS AND SORPTION PROPERTIES FOR
CU (II), Cd (II) AND Pb (II) IONS OF BENTONITE-
BASED HYBRID MATERIALS WITH in situ
IMMOBILIZED POLY[5-(4 NITROPHENYLAZO)-8-
METHACRYLOXYQUINOLINE] AND ADSORBED
COPOLYMER BASED ON IT.
O. Yu. Kychkyruk1*, E. S. Yanovska2,
I. O. Savchenko2, D. Sternik3
1Ivan Franko Zhytomyr State University, 42
University Str., 10008 Zhytomyr, Ukraine;
2Taras Shevchenko National University of Kyiv,
64/13 Volodymyrska Str., 01601 Kyiv, Ukraine;
3Maria Curie–Sklodowska University,
2 Maria Curie-Sklodowska Square, 20-031 Lu-
blin, Poland
*e-mail: panova_o_yu@ukr.net
Composite materials were synthesized
based on bentonite from the Tulchyn district
of the Vinnytsia region with in situ immobi-
lized on the surface poly[5-(4-nitrophenyla-
zo)-8-methacryloxyquinoline] (Bent]–AzoQN
(in situ)) and adsorbed copolymer of 5-(4-nit
ro)phenylazo-8-methacryloxyquinoline and
methyl methacrylate with an initial molar ra-
tio of 1:3 (Bent]–AzoQN-MMA (adsorb)).
Thermogravimetric analysis confirmed the
mass fraction of modifiers to be 20–23 wt.%,
with the in situ polymer proving to be more
thermally stable. Thermogravimetric analysis
was used to determine the patterns of thermal
destruction of polymer modifiers of bento
nite surfaces and to record their mass fraction
in the composition of synthesised materials.
The morphological changes in the surface of
the obtained composites were analysed using
low-temperature adsorption desorption of
nitrogen and scanning electron microscopy.
It has been established that modification leads
to a decrease in specific surface area, pore vo
lume and an increase in average pore diame-
ter, which confirms the formation of polymer
layers on the surface of the mineral.
The adsorption processes are effectively ap-
proximated by the Langmuir isotherm, which
made it possible to determine the maximum
sorption capacity of the composites. As a result
of studying the sorption properties of synthe-
sized composites with respect to Cu(II), Cd(II)
and Pb(II) cations, it was found that modifica-
tion of bentonite with these polymers increases
the sorption capacity of the initial mineral only
with respect to Cu(II) ions. The high selecti
vity to these ions is explained by the forma-
tion of stable chelate complexes between the
nitrogen and oxygen atoms of the quinoline
structure and copper cations. In contrast, for
Cd(II) and Pb(II) cations, the sorption capaci-
ty either remains unchanged or even decreases
(in the case of adsorbed copolymer), which is
explained by the blocking of the mineral pores
by a dense polymer layer.
30 ISSN 2708-129X. Укр. хім. журн., 2025
СИНТЕЗ ТА СОРБЦІЙНІ ВЛАСТИВОСТІ ЩОДО ІОНІВ Cu(ІІ), Cd(ІІ) ТА Pb(ІІ) ГІБРИДНИХ МАТЕРІАЛІВ НА ОСНОВІ БЕНТОНІТУ З IN SITU ІММОБІЛІЗОВАНИМ
ПОЛІ[5‑(4‑НІТРОФЕНІЛАЗО)‑8‑МЕТАКРИЛОКСИХІНОЛІНОМ] ТА АДСОРБОВАНИМ КОПОЛІМЕРОМ НА ЙОГО ОСНОВІФІЗИЧНА ХІМІЯ
The composite materials obtained demon-
strate significant potential for use as selec-
tive sorbents for the purification of industrial
wastewater from Cu(II) ions. The results in-
dicate limited effectiveness of the synthesized
composites for complex purification from
Cd(II) and Pb(II).
Key words: bentonite, surface modification,
poly[5-(4 nitrophenazо)-8 methacryloxyqui
noline], hybrid material, sorption, toxic metal
ions.
ЛІТЕРАТУРА
1. Jia J., Liu Y., Sun S., Hua M. Preparation and
Characterization of Chitosan/Bentonite Com-
posites for Cr(VI) Removal from Aqueous
Solutions. Adsorption Science & Technology.
2021. 2021.
2. Ansam Qays Jasim, Sata Kathum Ahmed
Ajjam. Heavy Metal Removal Technologies
with Details of Ion Exchange: Review study.
Journal of University of Babylon for Engineering
Sciences. 2024. 32(4). Р. 116–132.
3. Zhumagaliyeva S. N., Iminovа R. S., Kaira
lapov G. Z., Kudaybergenova B. M., Abilo Z. A.
Sorption of Heavy Metal Ions by Composite
Materials Based on Polycarboxylic Acids and
Bentonite Clay. Eurasian Chemico-Technolo
gical Journal. 2021. 23(1). Р. 19–27.
4. Ковальчук І.А., Тобілко В.Ю., Бондарєва
А.І., Холодько Ю.М., Корнілович Б.Ю. Очи
щення вод від іонів важких металів із ви-
користанням нанорозмірних FeО/каолініт
композитів. Доповіді Національної. академії
наук України. 2020. 11. С. 96–103.
5. Bohdan L., Hutsul K., Kurylenko V., Yanu-
shevska O., Dontsova, T. Natural Alumino-
silicates in Water Purification Technologies:
A Short Review. Water and Water Purification
Technologies. Scientific and Technical News.
2024. 40(3). Р. 43–55.
https://doi.org/10.20535/2218-93003202432
4430
6. Чупринов Є. В., Журавльов Ф. М., Лялюк
В. П., Кассім Д. О., Василенко І. А. Речо-
винний склад і характеристики бенто-
нітових глин Черкаського родовища для
використання в якості сполучних при ви-
робництві залізорудних окатишів. Вісник
Приазовського Державного Технічного Уні-
верситету. Серія: Технічні науки. 2019. 39.
С. 7–17.
7. Крошко Ю. В., Ковальчук М. С. Структурно-
літологічна модель Великогадоминецького
родовища елювіальних каолінів. Мінераль-
ні ресурси України. 2024. 3. С. 21–28.
8. Кравець Н. М. Аналіз результатів дослі-
дження ступеня адсорбції іонів хрому(ІІІ)
залежно від кількості бентоніту. Вісник
Вінницького політехнічного інституту.
2022. 5. С. 22–32.
9. Chokri M., Azougagh O., Bojaddayni I. El et al.
Progress in bentonite clay modification and
enhancing properties to industrial applica-
tions: A review. Materials Chemistry and Phy
sics. 2025. 337. Р.130486.
https://doi.org/10.1016/j.matchemphys.2025.
130486
10. Wang Y., Jiang Q., Cheng J., Pan Y., Yang G.,
Liu Y., Wang L., Leng Y., Tuo X. Synthesis and
characterization of CTAB-modified Bentonite
composites for the removal of Cs+. J. Radio-
anal. Nucl. Chem. 2021. 329. Р. 451–461.
https://doi.org/10.1007/s10967-021-07797-7
11. Haijie H., Erpei Xu., Zhanhong Qiu., Tao Wu.,
Shifang Wang, Yuhua Lu. Guannian Chen.
Phenol Adsorption Mechanism of Organical-
ly Modified Bentonite and Its Microstructural
Changes. Sustainability. 2022. 14(3). P.1318.
https://doi.org/10.3390/su14031318
12. Budishevska O., Kochubei V., Chekailo M.,
31https://ucj.org.ua
О. Ю. Кичкирук, Е. С. Яновська, І. О. Савченко, Д. Стернік УХЖ № 12 / ТОМ 91
Yurynets I. Modification of bentonite from the
Ilnitsky deposit with chitosan. Chemistry &
Chemical Technology. 2024. 18(4). P. 485–492.
https://doi.org/10.23939/chcht18.04.485
13. Yang J., Huang B., Lin M. Adsorption of Hexa-
valent Chromium from Aqueous Solution by a
Chitosan/Bentonite Composite: Isotherm, Ki-
netics, and Thermodynamics Studies. J. Chem.
Eng. 2020. 65. Р. 2751−2763.
https://dx.doi.org/10.1021/acs.jced.0c00085
14. Savchenko І., Yanovska E., Sternik D., Kych-
kyruk O. Sorption properties of porous alumi-
nosilicate minerals of Ukraine, in situ modi-
fied by poly[5‑(p‑nitrophenylazo)‑8‑methac
ryloxyquinoline] of toxic metal ions. Applied
Nanoscience. 2023. 12. Р. 7555–7567.
15. Savchenko I., Yanovska E., Sternik D., Kych
kyruk O. Synthesis and sorption proper-
ties of hybrid composite materials based on
saponite and copolymer 5-(4’-nitro)-phenyla-
zo-8-methacryloxyquinoline: MMA. Molecu-
lar Crystals and Liquid Crystals. 2024. 768(14).
Р. 682–692.
REFERENCES
1. Jia J., Liu Y., Sun S., Hua M. Preparation and
Characterization of Chitosan/Bentonite Com-
posites for Cr(VI) Removal from Aqueous
Solutions. Adsorption Science & Technology.
2021. 2021.
2. Ansam Qays Jasim, Sata Kathum Ahmed
Ajjam. Heavy Metal Removal Technologies
with Details of Ion Exchange: Review study.
Journal of University of Babylon for Engineering
Sciences 2024. 32(4): 116–132.
3. Zhumagaliyeva S. N., Iminovа R. S., Kairala
pov G. Z., Kudaybergenova B. M., Abilo Z. A.
Sorption of Heavy Metal Ions by Composite
Materials Based on Polycarboxylic Acids and
Bentonite Clay. Eurasian Chemico-Technolo
gical Journal. 2021. 23(1): 19–27.
4. Kovalchuk I. A., Tobilko V. Yu., Bondareva A. I.,
Kholodko Yu. M., Kornilovych B. Yu. Water
purification from heavy metal ions using na-
nosized FeО/kaolinite composites. Reports of
the National. Academy of Sciences of Ukraine.
2020. 11: 96–103. (іn Ukrainian).
5. Bohdan L., Hutsul K., Kurylenko V., Yanu-
shevska O., Dontsova, T. Natural Alumino-
silicates in Water Purification Technologies:
A Short Review. Water and Water Purification
Technologies. Scientific and Technical News.
2024. 40(3): 43–55.
https://doi.org/10.20535/2218-93003202432
4430
6. Chuprinov E.V., Zhuravlyov F.M., Lyaluk V.P.,
Kassim D.O., Vasylenko I.A. Chemical compo-
sition and characteristics of bentonite clays of
the Cherkasy deposit for use as binders in the
production of iron ore pellets. Bulletin of the
Azov State Technical University. Series: Techni-
cal sciences. 2019. 39: 7–17. (іn Ukrainian).
7. Kroshko Yu. V., Kovalchuk M. S. The structural
and lithological model of the Eluvial kaolin de-
posit of Veliky Gadominetskyi. Mineral resour
ces of Ukraine. 2024. 3: 21–28. (іn Ukrainian).
8. Kravets N. M. Analysis of the results of the
study of the degree of adsorption of chro-
mium(III) ions depending on the amount of
bentonite. Bulletin of the Vinnytsia Polytechnic
Institute. 2022. 5: 22–32. (іn Ukrainian).
9. Chokri M., Azougagh O., Bojaddayni I. El et al.
Progress in bentonite clay modification and
enhancing properties to industrial applica-
tions: A review. Materials Chemistry and Phy
sics. 2025. 337: 130486
https://doi.org/10.1016/j.matchemphys.2025.
130486
10. Wang Y., Jiang Q., Cheng J., Pan Y., Yang G.,
Liu Y., Wang L., Leng Y., Tuo X. Synthesis and
Characterization of CTAB-modified Bento
nite Composites for the Removal of Cs+. J. Ra
dioanal. Nucl. Chem. 2021. 329: 451–461.
https://doi.org/10.1007/s10967-021-07797-7
32 ISSN 2708-129X. Укр. хім. журн., 2025
СИНТЕЗ ТА СОРБЦІЙНІ ВЛАСТИВОСТІ ЩОДО ІОНІВ Cu(ІІ), Cd(ІІ) ТА Pb(ІІ) ГІБРИДНИХ МАТЕРІАЛІВ НА ОСНОВІ БЕНТОНІТУ З IN SITU ІММОБІЛІЗОВАНИМ
ПОЛІ[5‑(4‑НІТРОФЕНІЛАЗО)‑8‑МЕТАКРИЛОКСИХІНОЛІНОМ] ТА АДСОРБОВАНИМ КОПОЛІМЕРОМ НА ЙОГО ОСНОВІФІЗИЧНА ХІМІЯ
11. Haijie H, Erpei Xu, Zhanhong Qiu, Tao Wu,
Shifang Wang, Yuhua Lu. Guannian Chen.
Phenol Adsorption Mechanism of Organical-
ly Modified Bentonite and Its Microstructural
Changes. Sustainability. 2022. 14(3): 1318.
https://doi.org/10.3390/su14031318
12. Budishevska O., Kochubei V., Chekailo M.,
Yurynets I. Modification of bentonite from the
Ilnitsky deposit with chitosan. Chemistry &
Chemical Technology. 2024. 18(4): 485–492.
https://doi.org/10.23939/chcht18.04.485
13. Yang J., Huang B., Lin M. Adsorption of Hexa-
valent Chromium from Aqueous Solution by a
Chitosan/Bentonite Composite: Isotherm, Ki-
netics, and Thermodynamics Studies. J. Chem.
Eng. 2020. 65: 2751−2763.
https://dx.doi.org/10.1021/acs.jced.0c00085
14. Savchenko І., Yanovska E., Sternik D., Kych-
kyruk O. Sorption properties of porous alumi-
nosilicate minerals of Ukraine, in situ modi-
fied by poly[5‑(p‑nitrophenylazo)‑8‑methac
ryloxyquinoline] of toxic metal ions. Applied
Nanoscience. 2023. 12: 7555–7567.
15. Savchenko I., Yanovska E., Sternik D., Kych
kyruk O. Synthesis and sorption properties of
hybrid composite materials based on saponite
and copolymer 5-(4’-nitro)-phenylazo-8-meth
acryloxyquinoline: MMA. Molecular Crystals
and Liquid Crystals. 2024. 768(14): 682–692.
Стаття надійшла 15.10.2025.
|
| id | oai:ojs2.1444248.nisspano.web.hosting-test.net:article-760 |
| institution | Ukrainian Chemistry Journal |
| keywords_txt_mv | keywords |
| language | English |
| last_indexed | 2026-07-23T01:14:00Z |
| publishDate | 2026 |
| publisher | V.I.Vernadsky Institute of General and Inorganic Chemistry |
| record_format | ojs |
| resource_txt_mv | ucjorgua/67/5aca92faddec5d4d3208f2ed74e6ea67.pdf |
| spelling | oai:ojs2.1444248.nisspano.web.hosting-test.net:article-7602026-07-22T08:23:56Z SYNTHESIS AND SORPTION PROPERTIES FOR Cu (II), Cd (II) AND Pb (II) IONS OF BENTONITE-BASED HYBRID MATERIALS WITH IN SITU IMMOBILIZED POLY[5-(4 NITROPHENYLAZO)-8-METHACRYLOXYQUINOLINE] AND ADSORBED COPOLYMER BASED ON IT Kychkyruk, Olga Yanovska, Elina Savchenko, Iryna Sternik, Dariusz bentonite, surface modification, poly[5-(4 nitrophenazо)-8 methacryloxyquinoline], hybrid material, sorption, toxic metal ions. Composite materials were synthesized based on bentonite from the Tulchyn district of the Vinnytsia region with in situ immobilized on the surface poly[5-(4-nitrophenylazo)-8-methacryloxyquinoline] (Bent]–AzoQN (in situ)) and adsorbed copolymer of 5-(4-nitro)phenylazo-8-methacryloxyquinoline and methyl methacrylate with an initial molar ratio of 1:3 (Bent]–AzoQN-MMA (adsorb)). Thermogravimetric analysis confirmed the mass fraction of modifiers to be 20–23 wt.%, with the in situ polymer proving to be more thermally stable. Thermogravimetric analysis was used to determine the patterns of thermal destruction of polymer modifiers of bentonite surfaces and to record their mass fraction in the composition of synthesised materials. The morphological changes in the surface of the obtained composites were analysed using low-temperature adsorption desorption of nitrogen and scanning electron microscopy. It&nbsp;has been established that modification leads to a decrease in specific surface area, pore volume and an increase in average pore diameter, which confirms the formation of polymer layers on the surface of the mineral.The adsorption processes are effectively approximated by the Langmuir isotherm, which made it possible to determine the maximum sorption capacity of the composites. As a result of studying the sorption properties of synthesized composites with respect to Cu(II), Cd(II) and Pb(II) cations, it was found that modification of bentonite with these polymers increases the sorption capacity of the initial mineral only with respect to Cu(II) ions. The high selectivity to these ions is explained by the formation of stable chelate complexes between the nitrogen and oxygen atoms of the quinoline structure and copper cations. In contrast, for Cd(II) and Pb(II) cations, the sorption capacity either remains unchanged or even decreases (in the case of adsorbed copolymer), which is explained by the blocking of the mineral pores by a dense polymer layer.The composite materials obtained demonstrate significant potential for use as selective sorbents for the purification of industrial wastewater from Cu(II) ions. The results indicate limited effectiveness of the synthesized composites for complex purification from Cd(II) and Pb(II). V.I.Vernadsky Institute of General and Inorganic Chemistry 2026-01-25 Article Article Physical chemistry Физическая xимия Фізична xімія application/pdf https://ucj.org.ua/index.php/journal/article/view/760 10.33609/2708-129X.91.12.2025.14-32 Ukrainian Chemistry Journal; Vol. 91 No. 12 (2025): Ukrainian Chemistry Journal; 14-32 Украинский химический журнал; ##issue.vol## 91 ##issue.no## 12 (2025): Ukrainian Chemistry Journal; 14-32 Український хімічний журнал; Том 91 № 12 (2025): Ukrainian Chemistry Journal; 14-32 2708-129X 2708-1281 en https://ucj.org.ua/index.php/journal/article/view/760/395 Copyright (c) 2026 Olga Kychkyruk, Elina Yanovska, Iryna Savchenko, Dariusz Sternik https://creativecommons.org/licenses/by-nc/4.0 |
| spellingShingle | Kychkyruk, Olga Yanovska, Elina Savchenko, Iryna Sternik, Dariusz SYNTHESIS AND SORPTION PROPERTIES FOR Cu (II), Cd (II) AND Pb (II) IONS OF BENTONITE-BASED HYBRID MATERIALS WITH IN SITU IMMOBILIZED POLY[5-(4 NITROPHENYLAZO)-8-METHACRYLOXYQUINOLINE] AND ADSORBED COPOLYMER BASED ON IT |
| title | SYNTHESIS AND SORPTION PROPERTIES FOR Cu (II), Cd (II) AND Pb (II) IONS OF BENTONITE-BASED HYBRID MATERIALS WITH IN SITU IMMOBILIZED POLY[5-(4 NITROPHENYLAZO)-8-METHACRYLOXYQUINOLINE] AND ADSORBED COPOLYMER BASED ON IT |
| title_full | SYNTHESIS AND SORPTION PROPERTIES FOR Cu (II), Cd (II) AND Pb (II) IONS OF BENTONITE-BASED HYBRID MATERIALS WITH IN SITU IMMOBILIZED POLY[5-(4 NITROPHENYLAZO)-8-METHACRYLOXYQUINOLINE] AND ADSORBED COPOLYMER BASED ON IT |
| title_fullStr | SYNTHESIS AND SORPTION PROPERTIES FOR Cu (II), Cd (II) AND Pb (II) IONS OF BENTONITE-BASED HYBRID MATERIALS WITH IN SITU IMMOBILIZED POLY[5-(4 NITROPHENYLAZO)-8-METHACRYLOXYQUINOLINE] AND ADSORBED COPOLYMER BASED ON IT |
| title_full_unstemmed | SYNTHESIS AND SORPTION PROPERTIES FOR Cu (II), Cd (II) AND Pb (II) IONS OF BENTONITE-BASED HYBRID MATERIALS WITH IN SITU IMMOBILIZED POLY[5-(4 NITROPHENYLAZO)-8-METHACRYLOXYQUINOLINE] AND ADSORBED COPOLYMER BASED ON IT |
| title_short | SYNTHESIS AND SORPTION PROPERTIES FOR Cu (II), Cd (II) AND Pb (II) IONS OF BENTONITE-BASED HYBRID MATERIALS WITH IN SITU IMMOBILIZED POLY[5-(4 NITROPHENYLAZO)-8-METHACRYLOXYQUINOLINE] AND ADSORBED COPOLYMER BASED ON IT |
| title_sort | synthesis and sorption properties for cu (ii), cd (ii) and pb (ii) ions of bentonite-based hybrid materials with in situ immobilized poly[5-(4 nitrophenylazo)-8-methacryloxyquinoline] and adsorbed copolymer based on it |
| topic_facet | bentonite surface modification poly[5-(4 nitrophenazо)-8 methacryloxyquinoline] hybrid material sorption toxic metal ions. |
| url | https://ucj.org.ua/index.php/journal/article/view/760 |
| work_keys_str_mv | AT kychkyrukolga synthesisandsorptionpropertiesforcuiicdiiandpbiiionsofbentonitebasedhybridmaterialswithinsituimmobilizedpoly54nitrophenylazo8methacryloxyquinolineandadsorbedcopolymerbasedonit AT yanovskaelina synthesisandsorptionpropertiesforcuiicdiiandpbiiionsofbentonitebasedhybridmaterialswithinsituimmobilizedpoly54nitrophenylazo8methacryloxyquinolineandadsorbedcopolymerbasedonit AT savchenkoiryna synthesisandsorptionpropertiesforcuiicdiiandpbiiionsofbentonitebasedhybridmaterialswithinsituimmobilizedpoly54nitrophenylazo8methacryloxyquinolineandadsorbedcopolymerbasedonit AT sternikdariusz synthesisandsorptionpropertiesforcuiicdiiandpbiiionsofbentonitebasedhybridmaterialswithinsituimmobilizedpoly54nitrophenylazo8methacryloxyquinolineandadsorbedcopolymerbasedonit |