Ваш браузер устарел.

Для того, чтобы использовать все возможности сайта, загрузите и установите один из этих браузеров.

скрыть

Article

  • Title

    Sorbents based on xerogels of zirconium, aluminum and manganese oxyhydroxides

  • Authors

    Smotraiev Roman V.
    Sorochkina Kateryna O.
    Dzuba Anna V.
    Galivets Yuriy D.

  • Subject

    CHEMISTRY. CHEMICAL ENGINEERING

  • Year 2016
    Issue 1(48)
    UDC 661.8+66.067.8.081.3
    DOI 10.15276/opu.1.48.2016.14
    Pages 81-88
  • Abstract

    The actual problem of water supply in the world and in Ukraine in particular, is the high level of water resources pollution and the low purification rate of potable water. Along with industrial wastewater, the significant amount of pollutants is discharged including suspended particles, sulfates, iron compounds, heavy metals, etc. Aim: The aim of this work is to determine the impact of aluminum and manganese ions additives on surface and sorption properties of zirconium oxyhydroxide based sorbents during its production process. Materials and Methods: The sorbents based on xerogels of zirconium, aluminum and manganese oxyhydroxides were obtained using sol-gel method as the result of metal chloride hydrolysis (zirconium oxychloride ZrOCl2, aluminum chloride AlCl3 and manganese chloride MnCl2) over carbamide. Results: The surface and sorption properties of sorbents based on xerogels of zirconium, aluminum and manganese oxyhydroxides were investigated. X-ray amorphous structure and evolved hydroxyl-hydrate cover mainly characterize the obtained xerogels. The two-component sorbents based on xerogels of zirconium oxyhydroxide doped with addition of aluminum oxyhydroxide (aS=537 m2/g) and manganese oxyhydroxide (aS=356 m2/g) has more developed specific surface area than single-component xerogels of zirconium oxyhydroxide (aS=236 m2/g) and aluminum oxyhydroxide (aS=327 m2/g). The sorbent based on the xerogel of zirconium and manganese oxyhydroxides has the maximum SO42--ions sorption capacity. It absorbs 1,5 times more SO42--ions than the industrial anion exchanger AN-221. The sorbents based on xerogels of zirconium oxyhydroxide has the sorption capacity of Fe3+-ions that is 1,5…2 times greater than the capacity of the industrial cation exchanger KU-2-8. The Na+-ions absorption capacity of the samples is 1,47…1,56 mmol/g for all sorbents. Conclusions: Based on the study it can be concluded the proposed method effectiveness of producing sorbents based on xerogels of zirconium, aluminum and manganese oxyhydroxides with their further application for removing each of polyvalent anions and heavy metals from aqueous solutions.

  • Keywords

    sorbent capacity, xerogel, aluminum oxyhydroxide, zirconium oxyhydroxide, manganese oxyhydroxide

  • Viewed: 1254 Dowloaded: 13
  • Download Article
  • References

    Література
    1.    Вергун, О.М. Аналіз актуальних чинників погіршення якості джерел питного водопостачання в контексті екологічної безпеки України / О.М. Вергун // Екологічна безпека та природокористування. — 2014. — Вип. 15. — С. 22—30.
    2.    Долина, Л.Ф. Сточные воды предприятий горной промышленности и методы их очистки / Л.Ф. Долина; ред.: П. Хазан. — Д.: Молодеж. комиссия УЭА "Зел. світ", 2000. — 42 c.
    3.    Касимов, А.М. Перспективные процессы переработки и утилизации некоторых отходов производства минеральных удобрений / А.М. Касимов, Е.Е. Решта // Восточно-Европейский журнал передовых технологий. — 2011. — № 4/6 (52). — С.66—70.
    4.    Barakat, M.A. New trends in removing heavy metals from industrial wastewater / M.A. Barakat // Arabian Journal of Chemistry. — 2011. — Vol. 4, Issue 4. — PP. 361—377.
    5.    Exceptional arsenic (III,V) removal performance of highly porous, nanostructured ZrO2 spheres for fixed bed reactors and the full-scale system modeling / H. Cui, Y. Su, Q. Li, et al. // Water Research. — 2013. — Vol. 47, Issue 16. — PP. 6258—6268.
    6.    Zirconium doped nano-dispersed oxides of Fe, Al and Zn for destruction of warfare agents / V. Štengl, V. Houšková, S. Bakardjieva, et al. // Materials Characterization. — 2010. — Vol. 61, Issue 11. — PP. 1080—1088.
    7.    Shan, C. Efficient removal of trace arsenite through oxidation and adsorption by magnetic nanoparticles modified with Fe–Mn binary oxide / C. Shan, M. Tong // Water Research. — 2013. — Vol. 47, Issue 10. — PP. 3411—3421.
    8.    Zhang, G. Simultaneous removal of arsenate and arsenite by a nanostructured zirconium–manganese binary hydrous oxide: Behavior and mechanism / G. Zhang, A. Khorshed, J. Paul Chen // Journal of Colloid and Interface Science. — 2013. — Vol. 397. — PP. 137—143.
    9.    Сорочкина, Е.А. Исследование характеристик пористой структуры сорбентов на основе гидратированных оксидов циркония и алюминия / Е.А. Сорочкина, Р.В. Смотраев // Пр. Одес. політехн. ун-ту. — 2013. — Вип. 3(42). — С. 253—256.
    10.    Перевощикова, Н.Б. К вопросу о гидролизе ионов железа(III) в водных растворах / Н.Б. Перевощикова, В.И. Корнев // Вестник Удмуртского университета. Серия «Физика и химия». — 2006. — № 8. — С. 189—198.
    11.    Чалый, В.П. Гидроокиси металлов (Закономерности образования, состав, структура и свойства) / В.П. Чалый. — К.: Наукова думка, 1972. — 160 с.
    12.    Evaluation of the acid properties of porous zirconium-doped and undoped silica materials / D. Fuentes-Perujo, J. Santamaría-González, J. Mérida-Robles, et al. // Journal of Solid State Chemistry. — 2006. — Vol. 179, Issue 7. — PP. 2182—2189.
    13.    Эволюция гидратной оболочки гидроксида системы ZrO2–3%Y2O3–xOHn в условиях высокого гидроскопического давления / О.А. Горбань, С.А. Синякина, С.В. Горбань и др. // Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології. — 2009. — Т. 7, № 4. — С. 1195—1199.
    14.    Кислотно-основные свойства поверхности сферически гранулированных сорбентов на основе гидратированных оксидов циркония и алюминия / Е.А. Сорочкина, Р.В. Смотраев, Ю.В. Калашников, Е.В. Груздева // Вопросы химии и химической технологии. — 2013. — № 6. — С. 102—104.
    15.    Сорочкина, Е.А. Исследование электроповерхностных свойств сорбентов на основе гидратированных оксидов циркония и алюминия / Е.А. Сорочкина, Р.В. Смотраев // Вестник БГУ. Сер. 2. — 2014. — № 2. — C. 20—25.
    16.    Strong adsorption of phosphate by amorphous zirconium oxide nanoparticles / Y. Su, H. Cui, Q. Li, et al. // Water Research. — 2013. — Vol. 47, Issue 14. — PP. 5018—5026.
    17.    Печенюк, С.И. Исследование сорбционных свойств аморфных оксигидроксидов металлов по отношению к анионам / С.И. Печенюк // Вестник Кольского научного центра РАН. — 2013. — № 3. — С. 20—34.
    18.    Печенюк, С.И. Сорбция анионов на оксигидроксидах металлов (обзор) / С.И. Печенюк // Сорбционные и хроматографические процессы. — 2008. — Т. 8, Вып. 3. — С. 380—429.
    19.    Печенюк, С.И. О природе сорбционного комплекса на поверхности оксигидроксидов металлов / С.И. Печенюк, Л.Ф. Кузьмич // Сорбционные и хроматографические процессы. — 2008. — Т. 8, Вып. 5. — С. 779—789.
    20.    Исследование кинетики совместной сорбции ионов индия и железа на полифункциональном катионите / К.Л. Тимофеев, А.В. Усольцев, С.С. Набойченко, Г.И. Мальцев // Вестник Омского университета. — 2015. — № 3(77). — С. 55—61.

    References
    1.    Verhun, O.M. (2014). Current analysis of factors deterioration in the quality of drinking water sources in the context of environmental safety Ukraine. Ecological Security and Nature Use, 15, 22—30.
    2.    Dolina, L.F. (2000). Waste Water of Mining Industry and Methods of Its Treatment. Dnipropetrovsk: “Zelenyi Svit”.
    3.    Kasimov, A.M., & Reshtа, Е.Е. (2011). Promising treatment processes and waste disposal of certain production of mineral fertilizers. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 4(6), 66—70.
    4.    Barakat, M.A. (2011). New trends in removing heavy metals from industrial wastewater. Arabian Journal of Chemistry, 4(4), 361—377. DOI:10.1016/j.arabjc.2010.07.019
    5.    Cui, H., Su, Y., Li, Q., Gao, S., & Shang, J.K. (2013). Exceptional arsenic (III,V) removal performance of highly porous, nanostructured ZrO2 spheres for fixed bed reactors and the full-scale system modeling. Water Research, 47(16), 6258—6268. DOI:10.1016/j.watres.2013.07.040
    6.    Štengl, V., Houšková, V., Bakardjieva, S., Murafa, N., Maříková, M., Opluštil, F., & Němec, T. (2010). Zirconium doped nano-dispersed oxides of Fe, Al and Zn for destruction of warfare agents. Materials Characterization, 61(11), 1080—1088. DOI:10.1016/j.matchar.2010.06.021
    7.    Shan, C., & Tong, M. (2013). Efficient removal of trace arsenite through oxidation and adsorption by magnetic nanoparticles modified with Fe–Mn binary oxide. Water Research, 47(10), 3411—3421. DOI:10.1016/j.watres.2013.03.035
    8.    Zhang, G., Khorshed, A., & Paul Chen, J. (2013). Simultaneous removal of arsenate and arsenite by a nanostructured zirconium–manganese binary hydrous oxide: Behavior and mechanism. Journal of Colloid and Interface Science, 397, 137—143. DOI:10.1016/j.jcis.2012.11.056
    9.    Sorochkina, K.O., & Smotrayev, R.V. (2013). Investigation of porous structure characteristics of the sorbents based of hydrated zircon and aluminum oxides. Odes’kyi Politechnichnyi Universytet. Pratsi, 3, 253—256. DOI:10.15276/opu.3.42.2013.51
    10.    Perevotshikova, N.B., & Kornev, V.I. (2006). On a question of iron(III) ions hydrolysis in aqueous solution. The Bulletin of Udmurt University: Physics & Chemistry, 8, 189—198.
    11.    Chalyi, V.P. (1972). Metal Hydroxides. Kyiv: Naukova Dumka.
    12.    Fuentes-Perujo, D., Santamaría-González, J., Mérida-Robles, J., Rodríguez-Castellón, E., Jiménez-López, A., Maireles-Torres, P., ... Mariscal, R. (2006). Evaluation of the acid properties of porous zirconium-doped and undoped silica materials. Journal of Solid State Chemistry, 179(7), 2182—2189. DOI:10.1016/j.jssc.2006.04.018
    13.    Gorban’, O.A., Sinyakina, S.A., Gorban’, S.V., Danilenko, I.A., & Konstantinova, T.E. (2009). Evolution of hydrated shell of ZrO2–3%Y2O3–xOHn system hydroxide under high hydrostatic pressure. Nanosystems, Nanomaterials, Nanotechnologies, 7(4), 1195—1199.
    14.    Sorochkina, E.A., Smotraev, R.V., Kalashnikov, Yu.V., & Gruzdeva, E.V. (2013). Acid-base surface properties of granulated spherical hydrated sorbents on the base of zirconium and aluminum hydrated oxides. Issues of Chemistry and Chemical Technology, 6, 102—104.
    15.    Sorochkina, E.A., & Smotraev, R.V. (2014). Investigation the electrosurface properties of sorbents based on hydrated zirconium and aluminum oxides. Vestnik BSU. Series 2: Chemistry. Biology. Geography, 2, 20—25.
    16.    Su, Y., Cui, H., Li, Q., Gao, S., & Shang, J.K. (2013). Strong adsorption of phosphate by amorphous zirconium oxide nanoparticles. Water Research, 47(14), 5018—5026. DOI:10.1016/j.watres.2013.05.044 
    17.    Pechenyuk, S.I. (2013). Investigation of sorption properties of metals amorphous oxyhydroxides with regard to anions. Herald of the Kola Science Centre of the Russian Academy of Sciences, 3, 20—34.
    18.    Pechenyuk, S.I. (2008). Anion sorption on metal oxyhydroxides. Sorbtsionnye i Khromatograficheskie Protsessy, 8(3), 380—429.
    19.    Pechenyuk, S.I., & Kuzmich, L.F. (2008). About the nature of sorption complex on the metal oxyhydroxide surface. Sorbtsionnye i Khromatograficheskie Protsessy, 8(5), 779—789.
    20.    Timofeev, K.L., Usoltsev, A.V., Naboychenko, S.S., & Maltsev, G.I. (2015). Investigation of the kinetics of sorption joint indium ions and iron on a multifunctional cation exchange resin. Herald of Omsk University, 3, 55—61.

  • Creative Commons License by Author(s)