MULTIFUNCTIONAL NANOCOMPOSITES AS HIGHLY EFFICIENT SORBENTS FOR PURIFICATION OF TECHNOGENICALLY POLLUTED WATERS

Authors

DOI:

https://doi.org/10.15407/geotech2020.32.077

Keywords:

nanocomposite, magnetically sensitive sorbent, sorption, montmorillonite, technogenically polluted waters, radionuclides, heavy metals.

Abstract

The article is devoted to the development of nanosized sorbents for the removal of cesium and strontium, as well as heavy metal ions simultaneously present in a multicomponent two-phase solution containing complexing agents and surfactants. Magnetically sensitive nanosorbents are currently considered promising since the influence of external fields can improve the performance of the developed sorbents. To create magnetically sensitive nanoparticles and composites based on them, we used carbon-coated nanoparticles of metals in a composition with montmorillonite. The scanning electron microscopy revealed that the use of electric hydraulic discharge to increase the efficiency of sorbents had not led to a positive result because the high voltage electric pulse passage through the aqueous dispersion causes the carbon shell disintegration, while the metal nanoparticles form aggregates as a result of the partial melting. The use of the pulsed magnetic field in the synthesis of a nanosized composite based on montmorillonite and magnetite is explained by the influence of the magnetic field on the particle size. It has been ascertained that the size of the nanoparticles changes depending on the duration of the magnetic field interaction with the aqueous dispersion. At the beginning the particle size slightly decreases, and then it increases. The obtained nanosized composite allows to remove cesium – 80%, strontium – 90%, iron – 99%, cobalt – 97%, and manganese – 98% from a multicomponent two-phase solution containing simultaneously cesium, strontium, cobalt, manganese, iron and organic substances, including surfactants and complexing agents. The results of the research allow us to recommend using nanosized magnetically sensitive composite based on magnetite and montmorillonite for the purification of multicomponent technogenically polluted waters.

References

Суздалев И.П. Нанотехнология: Физико-химия нанокластеров, наностуктур и наноматериалов. М.: КомКнига, 2006. 592 с.

Capek I. Nanocomposite structures and dispersions. Amsterdam: Elsevier, 2006. 301 p.

Гусев А.И. Наноматериалы, наноструктуры, нано-технологии. М.: Физматлит, 2007. 416 с.

Помогайло А.Д., Розенберг А.С., Уфлянд И.Е. Наночастицы металлов в полимерах. М.: Химия, 2000. 672 с.

Спивак Л. В., Щепина Н. Е. Физико-химические основы процессов микро- и нанотехнологии: учеб. пособие: в 2 ч. Пермь Перм. гос. нац. исслед. ун-т, 2018. Ч. 1. 202 с.

Максимов А.И., Мошников В. А., Таиров Ю. М., Шилова О. А. Основы золь-гель-технологии нанокомпозитов: монография. СПб :ЛЭТИ, 2007. 156 с.

Спосіб очищення вод, забруднених важкими металами, радіонуклідами, у присутності органічних речовин різної природи пат. 77123 Україна: МПК C02F 1/48 (2006.01), C02F 1/28 (2006.01). № u 2012 09790; заявл. 14.08.2012; опубл. 25.01.2013, Бюл. № 2.

Забулонов Ю.Л., Литвиненко Ю.В., Кадошников В.М., Кузенко С.В. Нанокомпозиционные системы как сорбенты техногенно загрязненных вод. Техногенно-екологічна безпека та цивільний захист. 2011. Вип. 3. С. 77-85.

Missana T., Garcı́a-Gutiérrez M., Benedicto A., Ayora C. Modelling of Cs sorption in natural mixed-clays and the effects of ion competition. Applied Geochemistry. 2014. Vol. 49. Р. 95-102. http://dx.doi.org/10.1016/j.apgeochem.2014.06.011.

Brix K., Hein C., Haben A., Kautenburger R. Adsorp-tion of caesium on raw Ca-bentonite in high saline solutions: Influence of concentration, mineral composition, other radio-nuclides and modelling. Appl. Clay Sci. 2019. Vol. 182. Article 105275. https://doi.org/10.1016/j.clay.2019.105275.

Федорова В.М., Кобец С.А., Пшинко Г.Н., Демченко В.Я., Гончарук В.В. Десорбция цезия из поверхности модельных систем монтмориллонит–гуминовые кислоты и монтмориллонит–гидроксид железа. Химия и технология воды. 2015. Т. 37, № 3. С. 240-247.

Розко А. М., Коромисліченко Т. І. Сорбційні властивості глинистих мінералів і органічних кислот відносно основних дозоутворюючих радіонуклідів 137Сs і 90Sг. Пошукова та екологічна геохімія. 2004. №4. С. 51-53.

Estelrich J, Escribano E, Queralt J, Busquets MA. Ferric Oxide Nanoparticles for Magnetically-Guided and Magnetically-Responsive Drug Delivery. International Journal of Molecular Sciences. 2015. Vol. 16. P. 8070-8101. https://doi.org/10.3390/ijms16048070.

Тринеева В.В., Бахрушина М.А., Булатов Д.Л., Кодолов В.И. Получение металл/углеродных нанокомпозитов и исследование их структурных особенностей. Нано-техника. 2012. № 4 (32). С. 18-20.

Fu Ch., Ravindra NM. Magnetic iron oxide nanoparticles: synthesis and applications. Bioinspired, Biomimetic and Nanobiomaterials. 2012. Vol. 1, Issue BBN4, P. 229-244. http://dx.doi.org/10.1680/bbn.12.00014.

Regtmeier A., Wittbracht F., Rempel T, Mill N., Peter M., Weddemann A., Mattay J., Hütten A. Uniform growth of clusters of magnetic nanoparticles in a rotating magnetic field. Journal of Nanoparticle Research. 2012. Vol. 14 (8). Article 1061. https://doi.org/10.1007/s11051-012-1061-8.

Кадошников В.М., Шехунова С.Б., Задвернюк Г.П., Маничев В.И. Аутигенные минералы бентонитовой глины Черкасского месторождения. Мінералогічний журнал. 2013. Т. 35, №3. С. 54-60.

Massart R. Preparation of aqueous magnetic liquids in alkaline and acidic media. IEEE Transactions on Magnetic. 1981. V. 17, Issue 2. P. 1247-1248. https://doi.org/10.1109/TMAG.1981.1061188.

Забулонов Ю.Л., Буртняк В.М., Одукалець Л.А., Алєксєєва О.В., Петров С.В. Плазмохімічна установка очищення трапних вод АЕС. Наука та Інновації. 2018. Т. 14 (6), С. 93-101. https://doi.org/10.15407/scin14.06.093.

Кадошников В.М., Забулонов Ю.Л., Литвиненко Ю.В., Макаров А.С., Савицкий Д.П. Свойства водных суспензий глинистых минералов, активированных переменным электромагнитным полем. Мінералогічний журнал. 2010. Т. 32, № 4. С. 41-50.

Medvedeva I., Uimin M., Yermakov A., Mysik A., Byzov I., Nabokova T., Gaviko V., Shchegoleva N., Zhakov S., Tsurin V., Linnikov O., Rodina I., Platonov V., Osipov V. Sedimentation of Fe3O4 nanosized magnetic particles in water solution enhanced in a gradient magnetic field. Journal of Nanoparticle Research. 2012. Vol. 14 (3), Article 740. https://doi.org/10.1007/s11051-012-0740-9.

Downloads

Published

2023-04-14