ekipЭкология и промышленность РоссииEcology and Industry of Russia1816-03952413-6042ООО "Калвис"10.18412/1816-0395-2024-7-26-31ekip-2689Research ArticleНАУЧНЫЕ РАЗРАБОТКИSCIENTIFIC DEVELOPMENTSИзучение возможности применения углеродного сорбента на основе соединения соинтеркалирования нитрата графита для очистки воды от ионов тяжелых металловStudying the Possibility of Using a Carbon Sorbent Based on a Graphite Nitrate Cointercalation Compound for Water Purification from Heavy Metal IonsБерестневаЮ.В.BerestnevaYu.V.

канд. хим. наук, ст. науч. сотрудник

Cand. Sci. (Chem.), Senior Research Fellow

podpiska@kalvis.ruМежевоваА.С.MezhevovaA.S.

канд. сельхоз. наук, зав. лабораторией

Cand. Sci. (Agriculture), Head of Laboratory

podpiska@kalvis.ruФедеральный научный центр агроэкологии, комплексных мелиораций и защитного лесоразведения Российской академии наукРоссияFederal Scientific Centre of Agroecology, Complex Melioration and Protective Afforestation of the Russian Academy of SciencesRussian Federation2024300720242872631Copyright © ООО "Калвис", 20242024ООО "Калвис"ООО "Калвис"https://www.ecology-kalvis.ru/jour/about/submissions#copyrightNoticehttps://www.ecology-kalvis.ru/jour/article/view/2689

Представлены результаты исследований адсорбционных свойств углеродного сорбента, полученного термическим расширением при 900 °C соединения соинтеркалирования нитрата графита, методом атомно-абсорбционной спектрометрии. Показано, что уравнения Фрейндлиха, Ленгмюра и Темкина адекватно описывают адсорбцию исследуемых ионов металлов углеродным сорбентом. Исследован углеродный сорбент после адсорбции ионов тяжелых металлов методами энергодисперсионной рентгеновской спектрометрии и рентгенофазового анализа. Зафиксированы предельные значения адсорбционной емкости сорбента относительно Cu2+, Ni2+, Fe2+ – 0,94; 0,85 и 0,58 ммоль/г сорбента соответственно. Сделан вывод о том, что проведенные исследования свидетельствуют о возможности применения такого сорбента в процессах очистки воды от ионов тяжелых металлов.

The results of studies of the carbon sorbent adsorption properties by atomic absorption spectrometry are presented. Carbon sorbent was obtained by graphite nitrate cointercalation compound thermal expansion at 900 °C. It is shown that the Freundlich, Langmuir and Temkin equations adequately describe the adsorption of the studied metal ions by a carbon sorbent. The carbon sorbent after the adsorption of heavy metal ions was studied using energy-dispersive X-ray spectrometry and X-ray powder diffraction. The limit values were fixed for the adsorption capacity of the sorbent relative to Cu2+, Ni2+, Fe2+ as 0.94; 0.85 and 0.58 mmol/g sorbent, respectively. It was concluded that the conducted studies indicate the possibility of using such sorbent in processes of water purification from heavy metal ions.

очитка водыуглеродный сорбенттерморасширенный графитионы тяжелых металловадсорбционная емкостьизотермы адсорбцииwater purificationcarbon sorbentthermally expanded graphiteheavy metal ionsadsorption capacityadsorption isothermsReferencesPlotnikov E., Martemianova I., Martemianov D., Zhuravkov S., Voronova O., Korotkova E., Silnikov V. Water purification with natural sorbents: effect of surface modification with nano-structured particles. Procedia Chemistry. 2015. Vol. 15. P. 219—224. https://doi.org/10.1016/j.proche.2015.10.035.Plotnikov E., Martemianova I., Martemianov D., Zhuravkov S., Voronova O., Korotkova E., Silnikov V. Water purification with natural sorbents: effect of surface modification with nano-structured particles. Procedia Chemistry. 2015. Vol. 15. P. 219—224. https://doi.org/10.1016/j.proche.2015.10.035.Sweetman M.J., May S., Mebberson N., Pendleton Ph., Vasilev K., Plush S.E., Hayball J.D. Activated carbon, carbon nanotubes and graphene: materials and composites for advanced water purification. Journal of Carbon Research. 2017. Vol. 3. P. 1—29. https://doi.org/10.3390/c3020018.Sweetman M.J., May S., Mebberson N., Pendleton Ph., Vasilev K., Plush S.E., Hayball J.D. Activated carbon, carbon nanotubes and graphene: materials and composites for advanced water purification. Journal of Carbon Research. 2017. Vol. 3. P. 1—29. https://doi.org/10.3390/c3020018.Schwarzenbach R.P., Escher B.I., Fenner K., Hofstetter T.B., Johnson C.A., Gunten U., Wehrli B. The challenge of micropollutants in aquatic systems. Science. 2006. Vol. 313 (5790). P. 1072—1077. https://doi.org/10.1126/science.1127291.Schwarzenbach R.P., Escher B.I., Fenner K., Hofstetter T.B., Johnson C.A., Gunten U., Wehrli B. The challenge of micropollutants in aquatic systems. Science. 2006. Vol. 313 (5790). P. 1072—1077. https://doi.org/10.1126/science.1127291.Кузнецов Б.Н., Чесноков Н.В., Микова Н.М., Шендрик Т.Г., Любчик С.Б., Савоськин М.В. Получение из природного графита и антрацита углеродных наноструктурных сорбентов и носителей. Hydrogen materials science and chemistry of carbon nanomaterials VIII International Conference. Sudak—Crimea, Ukraine. September 14—20, 2003. C. 514—515.Кузнецов Б.Н., Чесноков Н.В., Микова Н.М., Шендрик Т.Г., Любчик С.Б., Савоськин М.В. Получение из природного графита и антрацита углеродных наноструктурных сорбентов и носителей. Hydrogen materials science and chemistry of carbon nanomaterials VIII International Conference. Sudak—Crimea, Ukraine. September 14—20, 2003. C. 514—515.Мерициди И.А., Сидоренко В.Г., Коваленко Б.М., Тульский В.Ф. Применение сорбента СТРГ для очистки водной поверхности от разливов нефти и нефтепродуктов, жиров и различных водонерастворимых органических соединений. Нефтепромысловое дело. 2002. № 12. С. 364—368.Мерициди И.А., Сидоренко В.Г., Коваленко Б.М., Тульский В.Ф. Применение сорбента СТРГ для очистки водной поверхности от разливов нефти и нефтепродуктов, жиров и различных водонерастворимых органических соединений. Нефтепромысловое дело. 2002. № 12. С. 364—368.Tichapondwa S.M., Tshemese S., Mhike W. Adsorption of phenol and chromium (VI) pollutants in wastewater using exfoliated graphite. Chemical engineering transactions. 2018. Vol. 70. P. 847—852. https://doi.org/10.3303/CET1870142.Tichapondwa S.M., Tshemese S., Mhike W. Adsorption of phenol and chromium (VI) pollutants in wastewater using exfoliated graphite. Chemical engineering transactions. 2018. Vol. 70. P. 847—852. https://doi.org/10.3303/CET1870142.Никитина Т.В. Очистка вод от нефтепродуктов и ионов тяжелых металлов сорбентами на основе отходов волокнистых материалов и графита. Автореф. ... дис. канд. хим. Наук. 03.02.08. Иваново, Энгельсский технологический институт, 2011. 16 с.Никитина Т.В. Очистка вод от нефтепродуктов и ионов тяжелых металлов сорбентами на основе отходов волокнистых материалов и графита. Автореф. ... дис. канд. хим. Наук. 03.02.08. Иваново, Энгельсский технологический институт, 2011. 16 с.Лукьянова В.В., Тарасевич Ю.И., Бондаренко С.В. Структурно-сорбционные свойства терморасширенного графита и возможности его применения для удаления органических веществ из водных растворов. Химия и технология воды. 2008. Т. 30. № 1. С. 44—57.Лукьянова В.В., Тарасевич Ю.И., Бондаренко С.В. Структурно-сорбционные свойства терморасширенного графита и возможности его применения для удаления органических веществ из водных растворов. Химия и технология воды. 2008. Т. 30. № 1. С. 44—57.Войташ А.А., Берестнева Ю.В., Ракша Е.В., Давыдова А.А., Савоськин М.В. Исследование сорбции ароматических соединений из водных растворов терморасширенным графитом. Химическая безопасность. 2020. Т. 4. № 1. C. 144—156. https://doi.org/10.25514/CHS.2020.1.17010.Войташ А.А., Берестнева Ю.В., Ракша Е.В., Давыдова А.А., Савоськин М.В. Исследование сорбции ароматических соединений из водных растворов терморасширенным графитом. Химическая безопасность. 2020. Т. 4. № 1. C. 144—156. https://doi.org/10.25514/CHS.2020.1.17010.Do Q.C., Choi S., Kim H., Kang. S. Adsorption of lead and nickel on to expanded graphite decorated with manganese oxide nanoparticles. Applied sciences. 2019. Vol. 9. P. 5375. https://doi.org/10.3390/app9245375.Do Q.C., Choi S., Kim H., Kang. S. Adsorption of lead and nickel on to expanded graphite decorated with manganese oxide nanoparticles. Applied sciences. 2019. Vol. 9. P. 5375. https://doi.org/10.3390/app9245375.Яковлев А.В., Забудьков С.Л., Яковлева Е.В., Финаенов А.И. Применение терморасширенного графита для очистки воды от ионов Сr(VI), Ni(II), Fe(II). Вестник СГТУ. 2005. № 4 (9). C. 85—89.Яковлев А.В., Забудьков С.Л., Яковлева Е.В., Финаенов А.И. Применение терморасширенного графита для очистки воды от ионов Сr(VI), Ni(II), Fe(II). Вестник СГТУ. 2005. № 4 (9). C. 85—89.Берестнева Ю.В., Войташ А.А., Ракша Е.В., Балкушкин Р.Н., Межевова А.С., Савоськин М.В. Оценка возможности применения терморасширенного графита для очистки загрязненных природных вод. Химическая безопасность. 2021. Т. 5. № 1. С. 110—124. https://doi.org/10.25514/CHS.2021.1.19007.Берестнева Ю.В., Войташ А.А., Ракша Е.В., Балкушкин Р.Н., Межевова А.С., Савоськин М.В. Оценка возможности применения терморасширенного графита для очистки загрязненных природных вод. Химическая безопасность. 2021. Т. 5. № 1. С. 110—124. https://doi.org/10.25514/CHS.2021.1.19007.Berestneva Yu.V., Raksha E.V., Voitash A.A., Arzumanyan G.M., Savoskin M.V. Thermally expanded graphite from graphite nitrate cointercalated with ethylformate and acetic acid: effect of the conditions of the intercalated compound obtaining. Journal of Physics: Conference Series. 2020. Vol. 1658. P. 012004. https://doi.org/10.1088/1742-6596/1658/1/012004.Berestneva Yu.V., Raksha E.V., Voitash A.A., Arzumanyan G.M., Savoskin M.V. Thermally expanded graphite from graphite nitrate cointercalated with ethylformate and acetic acid: effect of the conditions of the intercalated compound obtaining. Journal of Physics: Conference Series. 2020. Vol. 1658. P. 012004. https://doi.org/10.1088/1742-6596/1658/1/012004.Давыдова А.А., Ракша Е.В., Осколкова О.Н., Гнатовская В.В., Сухов П.В., Падун О.М., Глазунова В.А., Бурховецкий В.В., Волкова Г.К., Берестнева Ю.В., Савоськин М.В. Малослойные графеновые частицы на основе терморасширенного соинтеркалата нитрата графита с уксусной и муравьиной кислотами. Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. 2020. Вып. 12. С. 580—590. https://doi.org/10.26456/pcascnn/2020.12.580.Давыдова А.А., Ракша Е.В., Осколкова О.Н., Гнатовская В.В., Сухов П.В., Падун О.М., Глазунова В.А., Бурховецкий В.В., Волкова Г.К., Берестнева Ю.В., Савоськин М.В. Малослойные графеновые частицы на основе терморасширенного соинтеркалата нитрата графита с уксусной и муравьиной кислотами. Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. 2020. Вып. 12. С. 580—590. https://doi.org/10.26456/pcascnn/2020.12.580.Кристаллографическая и кристаллохимическая база данных для минералов и их структурных аналогов. [Электронный ресурс]. URL: http://database.iem.ac.ru/mincryst/rus/ (дата обращения 12.02.2023).Кристаллографическая и кристаллохимическая база данных для минералов и их структурных аналогов. [Электронный ресурс]. URL: http://database.iem.ac.ru/mincryst/rus/ (дата обращения 12.02.2023).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.