Исследование распределения наночастиц FE3O4 на кокосовом волокне для адсорбции ионов Ni (II) и Cr (VI) в водной среде | Статья в журнале «Молодой ученый»

Отправьте статью сегодня! Журнал выйдет 14 марта, печатный экземпляр отправим 18 марта.

Опубликовать статью в журнале

Авторы: ,

Рубрика: Химия

Опубликовано в Молодой учёный №20 (258) май 2019 г.

Дата публикации: 13.05.2019

Статья просмотрена: 21 раз

Библиографическое описание:

Динь В. Т., Ву Т. З. Исследование распределения наночастиц FE3O4 на кокосовом волокне для адсорбции ионов Ni (II) и Cr (VI) в водной среде // Молодой ученый. — 2019. — №20. — С. 21-25. — URL https://moluch.ru/archive/258/58893/ (дата обращения: 29.02.2020).



Введение

Загрязнение окружающей среды, особенно водных ресурсов, становится все более актуальной в мировом масштабе проблемой. Во Вьетнаме широкий общественный резонанс получили случаи массовой гибели рыбы из-за загрязнения водоемов. Подобные экологические катастрофы вызывают опасения у населения. Загрязненная вода оказывает долгосрочное негативное воздействие как на экосистему, так и на здоровье человека. Накапливаясь в организме человека, токсичные вещества вызывают сердечно-сосудистые заболевания, болезни печени и почек, а также нервной системы.

Одной из причин загрязнения водоемов является сброс в них промышленных и токсичных сточных вод совсем без очистки либо с неудовлетворительной очисткой.

Чтобы исключить загрязнение воды, необходимо усилить меры по очистке промышленных сточных вод. В частности, наиболее важной экологической задачей, которую предстоит решить в ближайшее время, является удаление ионов тяжелых металлов из источников сточных вод до их сброса в окружающую среду. Метод адсорбции, состоящий в использовании полученных из сельскохозяйственных отходов и побочных продуктов (чайный и соевый остатки, кокосовое волокно) адсорбентов для отделения тяжелых металлов от водной среды, является интересным направлением исследования по причине его высокой экологичности [1].

Цель настоящей работы — синтез наночастиц Fe3O4 и распределение их на кокосовом волокне для адсорбции ионов Ni (II) и Cr (VI) в водной среде.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

Модифицирование кокосового волокна лимонной кислотой

Кокосовые волокна после расщепления были промыты, замочены в растворе NaOH 0,1 М в течение 48 ч, затем повторно промыты дистиллированной водой и замочены в лимонной кислоте 55 % в течение 48 ч (при изготовлении материалов для адсорбции Cr (VI) пропускали стадию погружения в лимонную кислоту). Затем кокосовое волокно фильтровали через воронку, вакуумировали и сушили при 80 °С в течение 12 ч и денатурировали при 120 °С в течение 3 ч. Модифицированный материал замачивали в дистиллированной воде в течение 4 ч для удаления избытка лимонной кислоты. Затем его вновь сушили при 60 °С в течение 6 ч и хранили в эксикаторе.

Синтез наночастиц Fe3O4: Наночастицы Fe3O4 синтезировали методом соосаждения из растворов FeCl2 и FeCl3 с молярным соотношением 1:2 путем медленного добавления раствора NH3 25 % с использованием магнитной мешалки. После реакции частицы оксида, отдающие темно-коричневым цветом, несколько раз фильтровали дистиллированной водой, чтобы обеспечить очистку от таких примесей, как NH4Cl, NH4OH, Fe(OH)3... Наконец, наночастицы высушили в печи при 40 °C в течение 12 ч.

Распределения наночастиц Fe3O4 на кокосовом волокне: Добавили 1,72 г FeCl2.4H2O и 2,8 г FeCl3 в 160 мл дистиллированной воды при температуре 80 °C в течение 15 мин с использованием магнитной мешалки. Медленно добавили в полученный оранжево-желтый раствор 25 мл раствора NH3 25 % со скоростью 1 капля в секунду. После добавления 10 г модифицированного кокосового волокна и перемешивания в течение 30 мин при 80 °C смесь была охлаждена до комнатной температуры и несколько раз промыта дистиллированной водой для получения черного твердого вещества. Высушили твердое вещество при 40 °С в течение 20 ч, получили материал кокосового волокна с нанопокрытием Fe3O4.

Адсорбция Ni (II), Cr (VI): добавили 0,15 г адсорбента в треугольник с 25 мл раствора Ni (II) или Cr (VI) с концентрацией 100 мг/л. Перемешали смесь магнитной мешалкой при комнатной температуре в течение 120 мин со скоростью 200 об/мин. После сорбции отфильтровали раствор и измерили полученную концентрацию Ni (II) и Cr (VI) в растворе с помощью атомно-адсорбционной спектроскопии (AAS). Эффективность адсорбции Н (%) и адсорбционную нагрузку q (мг/г) рассчитывали по формуле:

и

где C0, Ct — начальная и полученная концентрация ионов Ni (II) и Cr (VI) после адсорбции (мг/л); V — объем раствора (л); m — масса адсорбента (г).

Результаты и обсуждение

1. Анализ морфологии поверхности материала

На дифрактограмме порошков Fe3O4 (рис. 1) установлена только одна фаза, соответствующая Fe3O4. Основные пики (200), (311), (511) и (440) для структуры шпинели Fe3O4.

На рис. 2а представлены изображения ТЕМ синтезирующихся наночастиц Fe3O4. Видно, что они имеют сферическую форму размером 10–20 нм, но слипаются в кластеры.

Рис. 1. Диаграмма XRD наночастиц Fe3O4

Description: D:\4- tai lieu giang day\10-luận văn\cao hoc\Na-Bong K33\Na\Ni Na\Ni Na\NiNa\NiNa002.TIF Description: C:\Users\PHILON~1\AppData\Local\Temp\Rar$DIa0.062\nFe3O4-5.tif

(а)(b)

Description: C:\Users\PHILON~1\AppData\Local\Temp\Rar$DIa0.593\XO DUA-1.tif Description: C:\Users\PHILON~1\AppData\Local\Temp\Rar$DIa0.506\VLHP52-3.tif

(c)(d)

Рис. 2. Изображения TEM (а) и SEM наночастиц Fe3O4 (b); SEM кокосового волокна (c) и Fe3O4 на кокосовом волокне (d)

Экспериментальные анализы показали, что поверхность кокосового волокна имеет губчатую, многорезонаторную форму (рис. 2b), а наночастицы Fe3O4 состоят из множества мелких пористых кристаллов (рис. 2с). После распределения Fe3O4 на кокосовом волокне поверхность материала становится более шероховатой, поэтому мелкие кристаллы цепляются за нее (рис. 2d).

Спектр ИК-поглощения кокосового волокна и кокосового волокна с Fe3O4 показан на рис. 3.

Рис. 3. ИК-спектры кокосового волокна (a) и кокосового волокна с Fe3O4 (b)

Из рис. 3а следует, что широкая полоса в диапазоне 3400–3500 см-1 соответствует валентным колебаниям связи группы -ОН. Пик около 2972 см-1 отвечает колебаниям связи группы C-H, а пик поглощения при 1716 см-1 характеризует колебание группы С = O. Полоса поглощения при 1617 см-1 соответствует колебаниям расширенной группы C = O, связанной с группой NH2. Пики поглощения при 1513 см-1; 1377 см-1; 1046 см-1 соответственно характеризуют колебания вторичной аминогруппы, симметричных групп СН3 и группы С — О.

Спектры ИК-полощения кокосового волокна до и после распределения частиц Fe3O4 имеют схожую форму (рис. 3). Однако положение основных пиков было смещено, некоторые пики спектра исчезли, а другие появились. Это доказывает, что наночастицы Fe3O4 не просто покрывают поверхность кокосового волокна, что, по-видимому, связано с функциональными группами кокосового волокна.

2. Изоэлектрическая точка материала

Результаты определения изоэлектрической точки материала представлены на рис. 4.

Рис. 4. Зависимости ΔрН от рН растворов, содержащих материалы

Из зависимости ΔpH от pH раствора, на пересечении графика с горизонтальной осью, определяли значение изоэлектрической точки материала. Экспериментальные результаты показывают, что изоэлектрическая точка кокосового волокна, Fe3O4, кокосового волокна с Fe3O4 соответственно равна 4,5; 6,8; 3,4. Так, процесс распределения Fe3O4 на кокосовом волокне подталкивает изоэлектрическую точку материала к кислотной области. Это подтверждает, что между Fe3O4 и кокосовым волокном не только нормальная физическая дисперсия, но также образовались химические связи.

3. Испытание адсорбционной способности Ni (II), Cr (VI) в водной среде

Экспериментальные результаты были представлены в Таблице 1.

Таблица 1

Результаты адсорбции Cr (VI) và Ni (II)

Материал

C (мг/л)

H %

C (мг/л)

H %

Cr (VI)

Ni (II)

Кокосовое волокно

38,57

61,43

45,18

54,82

Fe3O4

27,83

72,17

32,34

67,66

Кокосовое волокно с Fe3O4

10,32

89,68

15,57

84,43

Экспериментальные данные показали, что все 3 типа материалов: кокосовое волокно, Fe3O4 и кокосовое волокно с Fe3O4 — обладают хорошей адсорбционной способностью как для катионов Ni2+, так и для анионов Cr2О72-. Эффективность адсорбции возрастает по порядку: кокосовое волокно; Fe3O4 и кокосовое волокно с Fe3O4. Это можно объяснить анализом поверхностных свойств материала (рис. 2). Кристаллы Fe3O4 при диспергировании в полостях кокосового волокна не только увеличивают площадь поверхности материала, но и сами действуют как центры адсорбции, тем самым повышая адсорбционную способность кокосового волокна.

Заключение

Исследования физико-химических характеристик материалов (SEM, TEM, XRD и ИК) показали, что распределение Fe3O4 на кокосовом волокне приводит к заметному изменению морфологии поверхности материала. Наличие Fe3O4 на кокосовом волокне подталкивает изоэлектрическую точку материала к кислотной области.

Установлено, что между Fe3O4 и кокосовым волокном не только происходит нормальная физическая дисперсия, но и образуются химические связи.

Показано, что материалы, полученные распределением наночастиц Fe3O4 на кокосовом волокне, способны хорошо адсорбировать Ni (II) и Cr (VI) в водной среде.

Литература:

  1. Trinh Ngoc Chau, Trieu Thi Nguyet, Vu Dang Do. Исследование возможности использования некоторых сельскохозяйственных побочных продуктов для адсорбции некоторых ионов тяжелых металлов в сточных водах // Сборник научных трудов II конференции по химии. — Ханой, 2000. — № 11. — С. 22–27.
  2. Vu Thi Duyen, Dinh Van Tac. Исследование модифицированиня волокна люфы лимонной кислотой для адсорбции тяжелых металлов в воде // Научно-технический журнал, Данагский университет. — 2015. — № 11. — С. 96–100.
  3. Nguyen Huu Dinh, Tran Thị Da, Применение некоторых универсальных методов исследования молекулярной структуры. — Ханой, 1999.
Основные термины (генерируются автоматически): кокосовое волокно, SEM, дистиллированная вода, XRD, водная среда, TEM, лимонная кислота, наночастиц, течение, магнитная мешалка.


Похожие статьи

Indium Nanoparticles by pulsed plasma | Статья в журнале...

The electron diffraction patterns of the products were taken by Transmission Electron Microscopy (TEM) JEOL-200FX (Kumamoto University

Fig.2. TEM picture of indium and aluminum nanoparticles by PPL. The morphology and size of indium particles were imaged using the Transmission.

Исследование влияния ЭМП крайне низких частот на...

Обработка воды и водных растворов электромагнитным полем влияет на их электропроводность, однако

Максимальное изменение удельной электропроводности дистиллированной воды, обработанной ЭМП КНЧ, составляет, Δа = 1 ± 0,05 мкСм/см.

Получение наночастиц оксида ванадия из спиртового раствора...

В данной работе описана методика получения коллоидных растворов наночастиц оксидов ванадия для дальнейшего получения термохромных частиц VO2. Метод позволяет управляемо изменять размер получаемых частиц от десятков до сотен нанометров. По-лучено три раствора...

Фотокаталитические свойства наноразмерного оксида цинка...

...studied by scanning electron microscopy (SEM) and transmission electron microscopy (TEM).

Синтез наночастиц ZnO достигается диспергированием электродов из металлического цинка

Начальная концентрация красителя в воде — 0,015г/л. Наночастицы оксида цинка были...

Синтез магнитных наночастиц с иммобилизацией на...

1. Введение. Технология для создания магнитных наночастиц по сей день активно развивается в связи с их технологической и фундаментальной научной значимостью. Эти наночастицы часто демонстрируют очень интересные электрические, оптические...

Автоматизированный синтез наночастиц | Статья в журнале...

Причиной такого профиля течения служит трение жидкости о стенки и соответствующее снижение скорости вблизи стенок.

Матюшкин Л. Б. и др. Особенности синтеза люминесцирующих полупроводниковых наночастиц в полярных и неполярных средах...

Получение питьевой воды с отрицательным...

Указанные различия ОВП внутренней среды организма человека и питьевой воды означают, что активность электронов во внутренней среде организма человека намного выше, чем активность электронов в питьевой воде. Если поступающая в организм питьевая вода имеет...

Механизм образования янус-подобных наночастиц TaSi2@Si

Янус-подобные наночастицы. Уникальные свойства композитных янус-подобных наночастиц обусловили интерес исследователей к их синтезу, о чем свидетельствует большое количество публикаций, например [1, с. 985-992], [2, с. 298-299].

Получение и исследование прозрачного проводящего покрытия на...

Обработка стеклянных подложек в ультразвуковой ванне УЗВ-4/150- МП, наполненной дистиллированной водой в течение 15–20 минут.

На втором этапе производится перемешивание полученных ранее растворов в объеме магнитной мешалки в течение 1 часа.

Похожие статьи

Indium Nanoparticles by pulsed plasma | Статья в журнале...

The electron diffraction patterns of the products were taken by Transmission Electron Microscopy (TEM) JEOL-200FX (Kumamoto University

Fig.2. TEM picture of indium and aluminum nanoparticles by PPL. The morphology and size of indium particles were imaged using the Transmission.

Исследование влияния ЭМП крайне низких частот на...

Обработка воды и водных растворов электромагнитным полем влияет на их электропроводность, однако

Максимальное изменение удельной электропроводности дистиллированной воды, обработанной ЭМП КНЧ, составляет, Δа = 1 ± 0,05 мкСм/см.

Получение наночастиц оксида ванадия из спиртового раствора...

В данной работе описана методика получения коллоидных растворов наночастиц оксидов ванадия для дальнейшего получения термохромных частиц VO2. Метод позволяет управляемо изменять размер получаемых частиц от десятков до сотен нанометров. По-лучено три раствора...

Фотокаталитические свойства наноразмерного оксида цинка...

...studied by scanning electron microscopy (SEM) and transmission electron microscopy (TEM).

Синтез наночастиц ZnO достигается диспергированием электродов из металлического цинка

Начальная концентрация красителя в воде — 0,015г/л. Наночастицы оксида цинка были...

Синтез магнитных наночастиц с иммобилизацией на...

1. Введение. Технология для создания магнитных наночастиц по сей день активно развивается в связи с их технологической и фундаментальной научной значимостью. Эти наночастицы часто демонстрируют очень интересные электрические, оптические...

Автоматизированный синтез наночастиц | Статья в журнале...

Причиной такого профиля течения служит трение жидкости о стенки и соответствующее снижение скорости вблизи стенок.

Матюшкин Л. Б. и др. Особенности синтеза люминесцирующих полупроводниковых наночастиц в полярных и неполярных средах...

Получение питьевой воды с отрицательным...

Указанные различия ОВП внутренней среды организма человека и питьевой воды означают, что активность электронов во внутренней среде организма человека намного выше, чем активность электронов в питьевой воде. Если поступающая в организм питьевая вода имеет...

Механизм образования янус-подобных наночастиц TaSi2@Si

Янус-подобные наночастицы. Уникальные свойства композитных янус-подобных наночастиц обусловили интерес исследователей к их синтезу, о чем свидетельствует большое количество публикаций, например [1, с. 985-992], [2, с. 298-299].

Получение и исследование прозрачного проводящего покрытия на...

Обработка стеклянных подложек в ультразвуковой ванне УЗВ-4/150- МП, наполненной дистиллированной водой в течение 15–20 минут.

На втором этапе производится перемешивание полученных ранее растворов в объеме магнитной мешалки в течение 1 часа.

Задать вопрос