4 (32) 9. БАГАТОФУНКЦІОНАЛЬНІ НАНОКОМПОЗИТИ ЯК ВИСОКОЕФЕКТИВНІ СОРБЕНТИ ДЛЯ ОЧИЩЕННЯ ТЕХНОГЕННО ЗАБРУДНЕНИХ ВОД

УДК 70.25.09 : 621.039.75 • Випуск 4 (32) / 2020  • 77-85 сторінки

Забулонов Ю.Л., Кадошніков В.М., Мельниченко Т.І., Задвернюк Г.П., Кузенко С.В., Пугач О.В.

Забулонов Ю.Л., чл.-кор. НАН України, д-р техн. наук, професор, директор, ДУ «ІГНС НАНУ», Zabulonov@igns.gov.ua, ORCID:0000-0001-8239-8654

Кадошніков В.М., н.с., ДУ «ІГНС НАНУ», ORCID: 0000-0001-8707-873X, IGNS_Kadoshnikov@igns.gov.ua

Мельниченко Т.І., канд. біол. наук, с.н.с, ДУ «ІГНС НАНУ», ORCID: 0000-0003-2349-5395, tim–@ukr.net

Задвернюк Г.П., канд. геол. наук. с.н.с., ДУ «ІГНС НАНУ», ORCID: 0000-0001-6425-9845, IGNS_Zadverniuk@igns.gov.ua

Кузенко С.В., н.с., ДУ «ІГНС НАНУ», ORCID: 0000-0003-2641-6699, IGNS_Kuzenko@nas.gov.ua

Пугач О.В., м.н.с., ДУ «ІГНС НАНУ», ORCID: 0000-0002-1378-3820, IGNS_Puhach@nas.gov.ua

Анотація

Стаття присвячена розробці нанорозмірних сорбентів для видалення цезію і стронцію, а також іонів важких металів при їх одночасній присутності в багатокомпонентному двофазному розчині, що містить комплексоутворювачі і поверхнево-активні речовини. Перспективними в даний час є магніточутливі наносорбенти, зважаючи на те, що вплив зовнішніх полів може поліпшити експлуатаційні властивості розроблюваних сорбентів. Для створення магніточутливих наночастинок і композитів на їх основі нами використано наночастинки металів, поверхня яких вкрита вуглецевою оболонкою, в композиції з монтморилонітом. За даними скануючої електронної мікроскопії встановлено, що застосування електрогідроудару для підвищення ефективності сорбентів не привело до позитивного результату, оскільки при проходженні електричного імпульсу високої напруги через водну дисперсію відбувається руйнування вуглецевої оболонки, а наночастинки металу внаслідок часткового оплавлення утворюють агрегати. Використання імпульсного магнітного поля в процесі синтезу нанорозмірного композиту на основі монтморилоніту і магнетиту обумовлено впливом магнітного поля на розмір частинок. Встановлено, що розмір наночастинок змінюється в залежності від тривалості взаємодії магнітного поля з водною дисперсією. Спочатку розмір частинок дещо зменшується, а потім збільшується. Отриманий нанорозмірний композит дозволяє з багатокомпонентного двофазного розчину, що містить одночасно цезій, стронцій, кобальт, манган, залізо в присутності органічних речовин, в тому числі поверхнево-активних речовин і комплексоутворювачів, вилучити цезію – 80 %, стронцію – 90 %, заліза – 99 %, кобальту – 97 %, мангану – 98 %. Результати досліджень дозволяють рекомендувати використання нанорозмірного магніточутливого композиту на основі монтморилоніту і магнетиту для очищення багатокомпонентних техногенно забруднених вод.

 Ключові слова: нанокомпозит, магніточутливий сорбент, сорбція, монтморилоніт, техногенно забруднені води, радіонукліди,  важкі метали.

Стаття

Література

  1. Суздалев И.П. Нанотехнология: Физико-химия нанокластеров, наностуктур и наноматериалов. М.: КомКнига, 2006. 592 с.
  2. Capek I. Nanocomposite structures and dispersions. Amsterdam: Elsevier, 2006. 301 p.
  3. Гусев А.И. Наноматериалы, наноструктуры, нанотехнологии. М.: Физматлит, 2007. 416 с.
  4. Помогайло А.Д., Розенберг А.С., Уфлянд И.Е. Наночастицы металлов в полимерах. М.: Химия, 2000. 672 с.
  5. 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.
  6. Максимов А.И., Мошников В. А., Таиров Ю. М., Шилова О. А. Основы золь-гель-технологии нанокомпозитов: монография. СПб :ЛЭТИ, 2007. 156 с.
  7. 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.
  8. 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.
  9. 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.
  10. Brix K., Hein C., Haben A., Kautenburger R. Adsorption of caesium on raw Ca-bentonite in high saline solutions: Influence of concentration, mineral composition, other radionuclides and modelling. Appl. Clay Sci. 2019. Vol. 182. Article 105275. https://doi.org/10.1016/j.clay.2019.105275.
  11. 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.
  12. 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.
  13. 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.
  14. Тринеева В.В., Бахрушина М.А., Булатов Д.Л., Кодолов В.И. Получение металл/углеродных нанокомпозитов и исследование их структурных особенностей. Нанотехника. 2012. № 4 (32). С. 18-20.
  15. 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.
  16. 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.
  17. 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.
  18. 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.
  19. 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.
  20. 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.
  21. 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.