ІОНООБМІННА СОРБЦІЯ ІОНІВ ДЕЯКИХ МЕТАЛІВ НА КЛИНОПТИЛОЛІТІ З ВОДНИХ РОЗЧИНІВ ТА ҐРУНТІВ. ТЕОРЕТИЧНІ РОЗРАХУНКИ ТА ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНІ ДОСЛІДЖЕННЯ
DOI:
https://doi.org/10.24144/2414-0260.2019.1.94-99Ключові слова:
clinoptilolite, sorption, heavy metal, quantum chemical calculations, salicylic acidАнотація
Досліджено сорбцію катіонів Плюмбуму, Кадмію та Купруму в статичних умовах на породі клиноптилоліту Сокирицького родовища (Закарпатська область, Україна). Сорбцію досліджували у статичних умовах, концентрації металів визначали за стандартними комплексонометричними методиками. Зразки клиноптилоліту попередньо переводили у натрієву форму, обробкою 1М розчином натрію хлориду протягом 8 годин при температурі 90⁰С. Розмір зерна кліноптилоліту становив 2-3 мм. Для дослідження сорбції використовували розчини нітратів відповідних металів; початкова концентрація розчинів становила 0,02 моль / л. Масове співвідношення клиноптилоліт : розчин становило 1:20.
Сорбцію досліджували в присутності саліцилової кислоти, яка використовувалася для моделювання поведінки різних фульвокислот у ґрунтах. Паралельно були проведені квантово-хімічні розрахунки для перевірки можливості сорбції іонів Плюмбуму, Кадмію та Купруму в присутності саліцилової кислоти. Для квантово-хімічних розрахунків використовувався фрагмент клиноптилоліту з атомом Алюмінію в положенні Т1. Як обмінний катіон використовували іон Натрію. Оптимізація геометрії та розрахунок термодинамічних параметрів проводилися за допомогою методу PBE / 3ζ з використанням програмного забезпечення PRIRODA.
Результати розрахунків реакції обміну (1) свідчать про можливість її спонтанного перебігу (негативне значення зміни енергії Гіббса) для всіх розглянутих іонів (Плюмбум, Кадмій і Купрум).
Clin-Na(H2O)3 + (Sal)2Ме(H2O)n + (12-n)H2O→ Clin-Me(H2O)3 + 2(Sal–)(H2O)3 + Na(H2O)6 (1)
Наявність саліцилової кислоти призводить до зниження сорбційної здатності, але навіть при співвідношенні Me2+: саліцилова кислота рівному 1: 2 можна знизити концентрацію металу на 70% для Кадмію, 48% для Купруму та 42% для Плюмбуму.
Експериментально підтверджено термодинамічні розрахунки, які можуть бути використані в подальших дослідженнях з дезактивації ґрунтів, за допомогою клиноптилоліту та інших неорганічних сорбентів, забруднених іонами важких металів.Посилання
Vergeychik T.H. Toksikologicheskaya himiya. Moskva: MEDpress-inform, 2009. S. 400 (in Russ.).
Homonai V.I., Milovych S.S. Medychna khimiia. Vinnytsia: Nova knyha, 2016. S. 672 (in Ukr.).
Geselbracht J. Microfiltration/reverse osmosis pilot trials for Livermore, California, advanced water reclamation. Proceedings of the 1996. Water Reuse Conference Proceedings. San Diego, USA. 1996, P. 187–203.
Bailey S.E., T.J. Olin, R.M. Bricka, D.A. A review of potentially low cost sorbents for heavy metals. Water Res. 1999, 33(11), 2469–2479.
Milovych S.S., Гомонай В.І., Dzoba O.M. Doslidzhennia vlastyvostei pryrodnoho ta modyfikovanoho klynoptylolitu. Scientific bulletin of the Uzhhorod University. Series “Chemistry”. 2010, 23, 69–72 (in Ukr.).
Chelischev N.F., Berenshteyn B.G., Volodin V.F. Ceolity – novyy tip mineral'nogo syr'ya. Moskva: Nedra, 1987. S. 176 (in Russ.).
Brek D. Ceolitnye molekulyarnye sita. Moskva: Mir, 1976. S 781 (in Russ.).
Sprynskyy M., Buszewski B., Terzyk A. P. Study of the selection mechanism of heavy metal (Pb2+,Cu2+,Ni2+,and Cd2+) adsorption on clinoptilolite. J. of Colloid and Interface Science. 2006, 304, 21–28.
Milyovich S.S., Gomonay V.I., Leboda R. Sorption ions of iron on clinoptilolite from natural and mineral waters. VIII Polish-Ukrainian Symposium on Theoretical and Experimental Studies of Interfacial Phenomena and their Technological Applications. Sandomierz. Golejow, Poland. 2005, P. 174.
Zanin E., Scapinello J., Oliveira M., Rambo C. L., Franscescon F., Freitas L., Mello J., Fiori M., Oliveira J., Dal Magro J. Adsorption of heavy metals from wastewater graphic industry using clinoptilolite zeolite as adsorbent. Process Safety and Environmental Protection. 2017, 105, 194–200.
Radziemska M. Study of applying naturally occurring mineral sorbents of Poland (dolomite halloysite, chalcedonite) for aided phytostabilization of soil polluted with heavy metals. Catena. 2018, 163, 123–129.
Milyovich S.S., Gomonay V.I., Gorajevskiy L.Yu., Plastunyak I.M. and Leboda R. Artificial soils and fertilizers on the basis of clinoptilolite and their properties. Polish J. Chem. 2008, 82, 353–359.
Chernyh N.A., Ovcharenko M.M. Tyazhelye metally i radionuklidy v biogeocenozah. Moskva: Agrolkonsalt, 2002. S. 200 (in Russ.).
Saar R.A., Weber J.H. Comparison of spectrofluorometry and ion-selective electrode potentiometry for determination of complexes between fulvic acid and heavy metal ions. Anal. Chem. 1980, 52, 2095–2100.
Klucakova M. Comparative study of binding behaviour of Cu(II) with humic acid and simple organic compounds by ultrasound spectrometry. The Open Coll. Sci. J. 2012, 5, 5–12.
Shvarcenbah G., Flashka G. Kompleksonometricheskoe titrovanie. Moskva: Himiya, 1970. S 360. (in Russ.).
Puchonová M., Repická Z., Moncol J., Ruzicková Z., Mazúr M., Valigura D. Supramolecular structure formation of molecular copper(II) methylsalicylate complexes with nicotinamide or methylnicotinamide – Crystal structure and spectral properties. J. of Molecular Structure. 2015,1092, 1–8.
Mazurier A., Billy I., Lemoine P., Viossat B., Tomas A. Crystal structure of bis(salicylato) (l,10-phenanthroline) (dimethylformamide) cadmium(II), C27H25CdN307. NCS. 2000, 215, 113–114.
Sai-Rong Fan, Long-Guan Zhu. Syntheses, structures, and characterizations of four new lead(II) 5-sulfosalicylate complexes with both chelating and bridging neutral ligands. Inorg. Chem., 2007, 46(16), 6785–6793.
Ruiz-Salvador A.R., Gomez A., D. W. Lewis, Richard C., Catlow A., Rodriguez-Albelo L. M., Montero L., Rodriguez-Fuentes G. Clinoptilolite-heulandite polymorphism: structural features from computer simulation. Phys. Chem. 2000, 2, 1803–1813.
Perdew J.P., Burke K., Ernzerhof M. Generalized gradient approximation made simple. Phys. Rev. Lett. 1996, 77, 3865–3868.
Laikov D.N., Ustynyuk A. Yu. PRIRODA-04: a quantum-chemical program suite. New possibilities in the study of molecular systems with the application of parallel computing. Russ. Chem. Bull. 2004, 54, 820–826.
Laikov D.N. Fast evaluation of density functional exchange-correlation terms using the expansion of the electron density in auxiliary basis sets. Chem. Phys. Lett. 1997, 281, 151–156.
Florian J., Warshel A. Calculations of hydration entropies of hydrophobic, polar, and ionic solutes in the framework of the Langevin dipoles solvation model. J. Phys. Chem. 1999, 103, 10282–10288.
Mulliken R.S. Electronic population analysis on LCAOMO molecular wave functions. J. Chem. Phys. 1995, 23, 1833–1840.
Jmol: an open-source Java viewer for chemical structures in 3D. http://www.jmol.org/.
Tarasevich Yu.I., Polyakov V.E., Kryisenko D.A. Ravnovesiya i teplotyi obmena ionnov schelochno - zemelnyih metallov na Na- forme mordenita. Zhurnal fizicheskoy himii. 2010, 84(5), 978–984 (in Russ.)
