Дослідження видалення іонів важких металів модифікованим магнітним наносорбентом (укр.)

Анотація

Модифікація поверхні магнітних феритних сорбентів є перспективним підходом до підвищення ефективності вилучення іонів важких металів з водних систем. Метою роботи було отримання магнітоактивного сорбенту на основі магнетиту, модифікованого сполуками сульфідної сірки, та дослідження його сорбційних властивостей щодо іонів Cu²⁺.

Досліджували немодифікований та модифікований тіокарбамідом магнетит, синтезований методом співосадження солей Fe(II) і Fe(III) при pH 9,5–10. Сорбцію іонів Cu²⁺ вивчали у модельних розчинах у широкому діапазоні концентрацій і значень pH. Кінетику та рівноважні характеристики оцінювали за ізотермами сорбції, параметри яких визначали за моделлю Ленгмюра.

Показано, що модифікація магнетиту тіокарбамідом суттєво підвищує його сорбційну здатність щодо іонів міді. Мінімальні залишкові концентрації Cu²⁺ становили 26,8 мг/дм³ для немодифікованого магнетиту та 5,9 мг/дм³ для модифікованого зразка при початковій концентрації 100 мг/дм³, що відповідає питомій сорбції 1,22 і 2,94 ммоль-екв/г відповідно. Встановлено, що підвищення pH середовища сприяє зростанню ефективності сорбції внаслідок утворення внутрішньосферних поверхневих комплексів іонів Cu²⁺ з гідроксильними групами оксидів заліза. Для модифікованого магнетиту додатковим механізмом зв’язування іонів міді є хелатоутворення за участю атомів азоту та сірки тіокарбаміду. Встановлено, що свіжосинтезований модифікований магнетит не проявляє магнітних властивостей, однак після витримування протягом трьох діб відбувається структурне впорядкування матеріалу, що супроводжується формуванням магнітних властивостей і суттєвим зростанням граничної сорбційної ємності. Величини граничної питомої сорбції становили 63 мг/г для немодифікованого і 80 мг/г для модифікованого магнетиту. Експериментальні ізотерми описуються моделлю Ленгмюра, Дослідження впливу іонів Ca²⁺ показали, що сорбційні властивості модифікованого магнетиту залишаються практично незмінними навіть за восьмикратного надлишку іонів кальцію, тоді як для немодифікованого сорбенту спостерігається істотне зниження ступеня вилучення Cu²⁺.

Отриманий магнітоактивний сорбент на основі магнетиту, модифікованого тіокарбамідом, провляє підвищену питому ємкість та селективністю в присутності іонів Ca²⁺. Встановлено новий комбінований механізм сорбції Cu²⁺, що поєднує поверхневе комплексоутворення та хелатування, що забезпечує глибоке очищення водних розчинів в умовах присутності іонів лужноземельних металів.