Органикалық ластағыштар мен ауыр металдарды жою кезінде кремний оксидінің адсорбциялық қасиеттерін салыстырмалы зерттеу
DOI:
https://doi.org/10.18321/cpc24(2)211-221Кілт сөздер:
кремний оксиді, адсорбция, мыс иондары, ароматты көмірсутектер, селективтілік, кеуекті құрылымАңдатпа
Су жүйелерінен аралас ластағыштарды (ауыр металл иондары мен ароматты көмірсутектер) жою тиімді әрі селективті адсорбенттерді әзірлеуді талап етеді. Осы жұмыста тазалық дәрежесі әртүрлі (80% және 100%) кремний оксидінің Cu2+ иондары мен ароматты көмірсутектерге (бензол, этилбензол, м-, п-ксилолдар) қатысты адсорбциялық қасиеттері салыстырмалы түрде зерттелді. Адсорбция кинетикасы зерттеліп, материалдардың кеуекті құрылымы төмен температурада азоттың адсорбция-десорбция әдісімен сипатталды.
Нәтижелер мыс иондарын адсорбциялау кезінде техникалық кремний оксидінің (80%) жоғары тазалықтағы үлгімен (100%) салыстырғанда парадоксалды артықшылығын көрсетті: сорбцияның максималды дәрежесі 36,90% және 32,37% болды, ал тепе-теңдікке жету уақыты тиісінше 10 мин және 30 мин құрады. Ароматты көмірсутектер үшін кері үрдіс байқалды: жоғары тазалықтағы SiO2 бензолды адсорбциялауда жоғары селективтілік көрсетті, жою дәрежесі 40 мин ішінде 17%-дан 79%-ға дейін артты, бұл кезде көлемі үлкен молекулалардың бір мезгілде десорбциясы жүрді. Кеуекті құрылымды талдау тазарту барысында микрокеуектер көлемінің 4,75 есе азайғанын және мезокеуектердің түбегейлі қайта бөлінгенін көрсетті: 5-10 нм аймағындағы максимумның жойылып, 40-60 нм аралығында жаңа максимумның пайда болуы байқалды. Техникалық SiO2 бетінде бензолдың адсорбция кинетикасы псевдо-екінші ретті модельмен (R2 = 0,992) жақсы сипатталады, бұл үдерістің хемосорбциялық механизммен жүретінін көрсетеді.
Кеуектер архитектурасы мен адсорбция селективтілігі арасындағы өзара байланыс анықталды: дамыған микрокеуектілігі және мезокеуектердің жиі таралуы (5-10 нм) бар техникалық SiO2 металл иондарын жылдам жою үшін тиімді, ал мезокеуектердің полимодальды таралуына (20-100 нм) ие жоғары тазалықтағы SiO2 органикалық қосылыстарға қатысты молекулалық – елеуіштік селективтілікті қамтамасыз етеді. Алынған нәтижелер ластағыштың түріне байланысты адсорбентті таңдауды оңтайландыруға мүмкіндік береді және бастапқы шикізатты қосымша тазартусыз адсорбциялық материалдарды экономикалық тұрғыдан тиімді жобалаудың жаңа мүмкіндіктерін ашады.
Әдебиеттер тізімі
(1) M. Khan, М. Shafi, J. Ahmed, I.A. Ahmed, A. Zada, et al. Mechanistic breakthroughs in affordable adsorbents for heavy metal remediation: An in-depth exploration of next-generation sustainable water purification technologies. Journal of Hazardous Materials Advances 19 (2025). 100847. Crossref
(2) H. Perroud, J. Miraux, M. Lions, T. Caillot, C. Ferronato, et al. Combustion of volatile organic compounds in a domestic microwave oven using regenerable sorbent-catalyst combinations. Separation and Purification Technology 330 (2024) 125387. Crossref
(3) M. Gheibi, S. Masoomi, M. Eftekhari, et al. Heavy metals adsorption using CDW adsorbents: A sustainable path for water purification. Journal of Hazardous Materials Advances 20 (2025) 100883. Crossref
(4) M. Behpour, M. Shadi, S. Nojavan. Preparation of an efficient magnetic nano-sorbent based on modified cellulose and carboxylated carbon nano-tubes for extraction of pesticides from food and agricultural water samples before GC-FID analysis. Food Chemistry 407 (2023) 135067. Crossref
(5) G. Pandey, N. Rajput, U. Sharma, M.S. Chauhan, N.P. Lamba. Remediation of environmental issues using graphene based materials for water purification: Synthesis, kinetics, and factors effecting the removal of heavy metal ions. Next Materials 8 (2025) 100765. Crossref
(6) M. Yuan, L. Yang, Z. Wang, J. Du, S. Shang, et al. Dual-functional GO composite aerogels for water purification and desalination via heavy metal adsorption and solar evaporation. Desalination 613 (2025) 119113. Crossref
(7) M. Shilpa, K.S. Harisha, S. Thripthi, M.A. Arpitha, Y. Sangappa. Eco-friendly magnetic silk fibroin films for heavy metal adsorption in water purification. Next Materials 9 (2025) 101062. Crossref
(8) A. Adylkanova, M. Kunarbekova, A. Uali. A hydrophobic PMS-biochar-coated sponge sorbent for pre-purification of heavily oil-polluted waters. Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects 720 (2025) 137154. Crossref
(9) C.T.G. Hua, L.D. Ngiyen, N.K. Bo, P.H. Tran. Saccharine-based ionic liquid functionalized silica gel as an efficient sorbent for heavy metal ion extraction. Journal of Molecular Liquids 439 (2025) 128881. Crossref
(10) K. Al-Ghamdi, A.A. Suhaimi, K.A. Mohaimadi, Y.T.H. Mehdar, S.K. Alharbi, et al. Applications of Lactobacillus bulgaricus (Lactic Acid Bacteria) as dispersive solid phase sorbent for sample preparation of heavy metals from aqueous samples. Green Analytical Chemistry 15 (2025) 100308. Crossref
(11) J. Sulejmanović, M. Memić, E. Šehović, R. Omanović, S. Begić, et al. Synthesis of green nano sorbents for simultaneous preconcentration and recovery of heavy metals from water. Chemosphere 296 (2022) 133971. Crossref
(12) M.K. Hussain, S.K. Hatoon, G. Nizami, U.K. Fatma, M. Ali, et al. Unleashing the power of bio-adsorbents: efficient heavy metal removal for sustainable water purification. Journal of Water Process Engineering 64 (2024) 105705. Crossref
(13) M.F. Irfan, T. Siddique, A. Ullah. Utilizing surface modified poultry feathers for senary multi-metal water purification: kinetic and thermodynamic behavior of heavy metal-laden biosorbent. RSC advances 15 (2025) 25450-25472. Crossref
(14) K. Rashitova, S. Gerasimov, N. Bobrysheva, Q. Wang, B. Noskov, et al. Multifunctional sorbent and photocatalyst material for complex water remediation based on Cu/Cr doped Mg-Al LDHs. Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects 728 (2025) 138745. Crossref
(15) M. Zarabadipour, M. Soleimani, M.G. Afshar. Application of functionalized Fe3O4@ SiO2 nanoparticles as an adsorbent for heavy metal removal. Results in Chemistry 17 (2025) 102514. Crossref
(16) D. Pilnaj, P. Kuráň, M. Št’astný, V. Pilařová, P. Janoš, et al. C18-functionalized Fe3O4/SiO2 magnetic nano-sorbent for PAHs removal from water. Environmental Technology & Innovation 24 (2021) 101905. Crossref
(17) A. Esrafili, S. Bagheri, M. Kermani, M. Gholami, M. Moslemzadeh, et al. Simultaneous adsorption of heavy metal ions (Cu2+ and Cd2+) from aqueous solutions by magnetic silica nanoparticles (Fe3O4@SiO2) modified using edta. Desalination and Water Treatment 158 (2019) 207-215. Crossref
(18) Y. Harinath, D.H.K. Reddy, L.S. Sharma, K. Seshaiah, et al. Development of hyperbranched polymer encapsulated magnetic adsorbent (Fe3O4@SiO2–NH2-PAA) and its application for decontamination of heavy metal ions. Journal of Environmental Chemical Engineering 5 (2017) 4994-5001. Crossref
(19) N. Zouli. Synthesis of high-ordered mesoporous aluminosilica monoliths using triblock copolymer and application in the water purification. Ain Shams Engineering Journal 15 (2024) 103011. Crossref
(20) M. Faizan, M.Y. Naz, S.A. Shah, I. Shakir, M. Khaliq, et al. Mesoporous magnetic MnFe2O4@SiO2-chitosan nanocomposite for efficient adsorptive removal of Zn (II) and Cd (II) ions from aqueous media. Desalination and Water Treatment 324 (2025) 101488. Crossref
(21) M.K. Perumal, D. Gandhi, R.R. Renuka, A. Lakshminarayanan, N. Thiyagarajulu, et al. Advanced nano-based adsorbents for purification of pharmaceutical residue polluted water: A critical review. Process Safety and Environmental Protection 186 (2024) 552-565. Crossref
(22) H.J. Kim, M.G. Mohamed, H.J. Yuet, S.H. Baek, I. Hossain, et.al. Silica-Based Gas Separation Membranes: Structure-Performance Relationships Across the Si-O Continuum from Polysilsesquioxanes to Amorphous SiO2. Journal of Membrane Science 740 (2025) 124907. Crossref
(23) S.M.E. Rahman, Md.A. Rahman, S. Vijayalakshmi, M. Paul, R. Chelliah, et al. Exploring agro-waste derived inorganic nanoparticles (Ag, ZnO, and SiO2) in the food industry: Green synthesis, characteristics, and applications -A comprehensive review. Science of The Total Environment 1008 (2025) 181009. Crossref
(24) C.G. Morales-Amaya, P.D. Astudillo-Sánchez, L. Reynoso-Cuevas, R. Herrera-Mendoza, S.A. Lozano-Morales. A short review of immobilized nanostructured systems for arsenic removal in water purification. Environmental Research. 285 (2025) 122319. Crossref
(25) D. Zhao, Y. Liu, C. Wu. Adsorption of Cr (VI) polluted water by Fe3O4@SiO2-APTMS nanocomposites prepared in the presence of ultrasonic irradiation for sustainable water resources utilization. Ultrasonics Sonochemistry 96 (2023) 106439. Crossref
(26) G. Ashokan, M.K. Tiwari, V. Racherla, B.K. Dubey. Clay for Clean Water: A Review on Low-Cost Ceramic Filters for Household Drinking Water Purification. Journal of Environmental Chemical Engineering 13 (2025) 119150. Crossref
(27) B. Sarma, R. Kumar, D.N. Gupta. Nitrogen plasma treated cotton fabrics coated with SiO2 followed by RGO deposition for water purification process. Chemical Physics Impact 8 (2024) 100612. Crossref
(28) Z-Y. Wang, L. Xu, C-H Liu, M-L. Fu, B. Yuan. The photothermal hydrogels based on dual-active centers for volatile organic compound simultaneous removal in efficient water purification production. Journal of Colloid and Interface Science 705 (2025) 139511. Crossref
(29) A. Ouchene, H. Khelili, M. Guellal, N. Zouaoui, A. Amraneand. Preparation and characterization of new adsorbents of pea and bean agricultural peels for water purification loaded with organic tryptophan compound. Desalination and Water Treatment 234 (2021) 206-221. Crossref
(30) R. Ni, W. Xu, C. Wang, Zh. Man, X. Cheng. The application of iron-manganese compounds towards micropollutants purification in water: A critical review. Chemical Engineering Journal 493 (2024) 152553. Crossref
(31) H. Tahir, A.H. Dar, K.K. Dash, T. Majeed, S. Srivastava, et al. Subcritical Water Extraction as a Green Technology for the Recovery of Bioactive Compounds from Algae: A Comprehensive Review. Food Physics 3 (2025) 100077. Crossref
(32) M. Rahbari-Sisakht, A.F. Ismail, P.S. Goh, M.S. Abdullah, Y. Raharjo. Two-dimensional nanomaterials in membrane-based water purification: Advances, challenges, and future perspective. Desalination 625 (2026) 119935. Crossref
(33) M. Hasanah, A. Manalu, D. Puspitasari, I. Zahar, R. Zhulyan, et al. Sustainable photocatalyst fabrication from Silau River-derived SiO2: PVA/TiO2/SiO2 for water purification. Case Studies in Chemical and Environmental Engineering 11 (2025) 101059. Crossref
(34) X. Li, A. Janke, P. Formanek, A. Fery, M. Stamm, et al. One pot preparation of polysulfone-amino functionalized SiO2 nanoparticle ultrafiltration membranes for water purification. Journal of Environmental Chemical Engineering 6 (2018) 4598-4604. Crossref
(35) J. Liu, Q.-Y. Hu, M.-J. Chang, X. Li, Sh.-Sh. Cao. Water glass-based aerogel monolith prepared with formamide catalyst and SiO2 nanofiber reinforcement: Nanoarchitectonics and enhanced mechanical property. Journal of Solid State Chemistry 353 (2025) 125651. Crossref
(36) Y. Li, S.Yumin, D. Xiongfei, R. Tian, P. Zhang, et al. PVDF/Ag@ SiO2 nanofiber membranes with surface substructure for dye catalytic degradation and oil-water separation. Journal of the Taiwan Institute of Chemical Engineers 169 (2025) 105977. Crossref
Жүктеулер
Жарияланды
Журналдың саны
Бөлім
Лицензия
Авторлық құқық (c) 2026 Г.Е. Ергазиева, Л.К. Мылтыкбаева, І. Қуаныш, А.М. Асылхан, Ж.А. Назарбаева, Н.В. Идрисов, А. Баратов, Д. Есенкелдина, С. Капан
Бұл жұмыс Creative Commons атрибуты бойынша лицензияланған. 4.0 Халықаралық лицензия.
Дәйексөзді қалай келтіруге болады
