Sorption of La3+ cations by zeolites from aqueous solutions

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

It is shown that the sorption of lanthanum cations by synthetic aluminosilicate zeolite, unlike natural ones, increases both in acidic and neutral conditions by 4 times (from 8 to 26%) and 8 times (from 4 to 33%), and the sorption capacity increases by 3-8 times to 145 and 184 mg/g, respectively. A comparative analysis of the applicability of the adsorption of Langmuir, Freundlich, Temkin, Dubinin-Radushkevich models to describe experimental isotherms of adsorption of lanthanum cations on synthetic zeolite is made. It is shown that the Langmuir model is best suited in aqueous media ( R 2 = 0,9996). This indicates that a homogeneous monolayer surface is formed as a result of sorption. Based on the pseudo-first, pseudo-second order models and the intraparticle diffusion model, an assumption is made about the ion-exchange nature of sorption. It has been shown that zeolites can almost quantitatively extract La 3+ cations from aqueous solutions and are of interest as sorbents with a high sorption capacity.

About the authors

Yuliya V. Rekh

I.Ya. Postovsky Institute of Organic Synthesis of the Ural Branch of RAS

Laboratory Engineer, Laboratory of Heterocyclic Compounds

Svetlana A. Bibanaeva

Institute of Solid State Chemistry of the Ural Branch of RAS

Email: bibanaeva@mail.ru
Researcher, Laboratory of Heterogeneous Processes in Chemistry

Marina S. Valova

I.Ya. Postovsky Institute of Organic Synthesis of the Ural Branch of RAS

Ph. D., Researcher, Laboratories of Medical Chemistry

Vladimir M. Skachkov

Institute of Solid State Chemistry of the Ural Branch of RAS

Ph. D., Senior Researcher, Laboratory of Heterogeneous Processes in Chemistry

Olga V. Fedorova

I.Ya. Postovsky Institute of Organic Synthesis of the Ural Branch of RAS

Ph. D., Senior Researcher, Laboratory of Heterocyclic Compounds

Nail A. Sabirzyanov

Institute of Solid State Chemistry of the Ural Branch of RAS

D. Sc., Chief Researcher, Laboratory of Heterogeneous Processes in Chemistry

References

  1. Weitkamp, J. Zeolites and catalysis /j. Weitkamp // Solid State Ionics. - 2000. - V. 131. - I. 1-2. - P. 175-188. doi: 10.1016/s0167-2738(00)00632-9.
  2. Толмачев, А.М. Ионообменные свойства и применение синтетических и природных цеолитов / А.М. Толмачев, В.А. Никашина // В кн.: Ионный обмен; под ред. М.М. Сенявина. - М.: Наука, 1981. - C. 45-63.
  3. Bacakova, L. Applications of zeolites in biotechnology and medicine - a review / L. Bacakova, M. Vandrovcova, I. Kopova, I. Jirka // Biomaterials Science. - 2018. - V. 6. - I. 5. - P. 974-989. doi: 10.1039/c8bm00028j.
  4. Eroglu, N. Applications of natural zeolites on agriculture and food production / N. Eroglu, M. Emekci, C.G. Athanassiou // Journal of the Science of Food and Agriculture. - 2017. - V. 97. - I. 11. - P. 3487-3499. doi: 10.1002/jsfa.8312.
  5. Sultanbayeva, G.S. Removal of Fe2+, Cu2+, Al3+ and Pb2+ ions from phosphoric acid by sorption on carbonate-modified natural zeolite and its mixture with bentonite / G.S. Sultanbayeva, R. Holze, R.M. Chernyakova, U.Z. Jussipbekov // Microporous and Mesoporous Materials. - 2023. - V. 170. - P. 173-180. doi: 10.1016/j.micromeso.2012.11.022.
  6. Abdel-Magied, A.F. Hierarchical porous zeolitic imidazolate frameworks nanoparticles for efficient adsorption of rare-earth / A.F. Abdel-Magied, N.A. Hani, M.A. Radwa et al. // Microporous and Mesoporous Materials. - 2019. - V. 278. - P. 175-184. doi: 10.1016/j.micromeso.2018.11.022.
  7. Aissa, A. Covalent modification of calcium hydroxyapatite surface by grafting phenyl phosphonate moieties / A. Aissa, M. Debbabi, M. Gruselle et al. // Solid State Chemistry. - 2007. - V. 180. - I. 8. - P. 2273-2278. doi: 10.1016/j.jssc.2007.05.016.
  8. Дампилова, Б.В. Равновесие и кинетика сорбции ионов лантана на природных цеолитах / Б.В. Дампилова, Э.Л. Зонхоева // Сорбционные и хроматографические процессы. - 2019. - Т. 19. - № 3. - С. 325-333. doi: 10.17308/sorpchrom.2019.19/749.
  9. Федорова, Ю.С. Сорбция NdF3 и ThF4 активированными углями и цеолитами из расплава LiF-NaF-KF / Ю.С. Федорова, В.В. Самонин, А.С. Зотов et al. // Радиохимия. - 2022. - Т. 64. - № 3. - С. 241-247. doi: 10.31857/S0033831122030066.
  10. Бибанаева, С.А. Синтез и исследование функциональных характеристик композиционных материалов на основе наноразмерного гидроксиапатита и синтетических цеолитов / С.А. Бибанаева, Е.А. Богданова, B.М. Скачков // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. - 2023. - Вып. 15. - С. 913-923. doi: 10.26456/pcascnn/2023.15.913.
  11. Seisenbaeva, G.A. Mesoporous silica adsorbents modified with amino polycarboxylate ligands - functional characteristics, health and environmental effects / G.A. Seisenbaeva, M.A.Ali Lamiaa, A. Vardanyan et al. // Journal of Hazardous Materials. - 2021. - V. 406. - I. 4. - Art. № 124698. - 16 p. doi: 10.1016/j.jhazmat.2020.124698.
  12. Cheng, J. Synthesis of high-crystallinity Zeolite A from rare earth tailings: investigating adsorption performance on typical pollutants in rare earth mines /j. Cheng, X. Hua, G. Zhang, M. Yu, Z. Wang, Y. Zhang, W. Liu, Y. Chen, H. Wang, Y. Luo, X. Hou, X. Xie // Hazardous Materials. - 2024. - V. 486. - Art. № 124698. - 12 p. doi: 10.1016/j.jhazmat.2024.133730.
  13. Бибанаева, С.А. Синтез алюмосиликатных цеолитов в условиях глиноземного производства / С.А. Бибанаева // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. - 2022. - Вып. 14. - С. 747-753. doi: 10.26456/pcascnn/2022.14.747.
  14. Бибанаева, С.А. Сорбция тяжелых металлов из водных растворов синтетическими цеолитами / С.А. Бибанаева, В.М. Скачков // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. - 2023. - Вып. 15. - С. 924-929. doi: 10.26456/pcascnn/2023.15.924.
  15. Пат. 2780972 Российская Федерация, МПК C01B39/02. Способ получения синтетического алюмосиликатного цеолита / Бибанаева С.А., Скачков В.М., Сабирзянов Н.А.; заявитель и патентообладатель: Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт химии твердого тела УрО РАН. - № 2022101691; заявл. 26.01.2022; опубл. 04.10.2022, Бюл. № 28. - 7 с.
  16. Hogendoorn, С. Facile Arsenazo III-based assay for monitoring rare earth element depletion from cultivation media for methanotrophic and methylotrophic bacteria / C. Hogendoorn, P. Roszczenko-Jasińska, N.C. Martinez-Gomez et al. // Applied and Environmental Microbiology. - 2018. - V. 84. - I. 8. - Art. № e02887-17. - 9 p. doi: 10.1128/AEM.02887-17.
  17. Джайлс, Ч. Адсорбция из растворов на поверхностях твердых тел / Ч. Джайлс, Б. Инграм, Дж. Клюни; ред. Г. Парфит, К. Рочестер; пер. с англ. Б. Н. Тарасевича, под. ред. В.И. Лыгина. - М.: Мир, 1986. - 488 с.
  18. Al-Yaari, M. Removal of mercury from polluted water by a novel composite of polymer carbon nanofiber: kinetic, isotherm, and thermodynamic studies / M. Al-Yaari, T.A. Salehb, O. Saber // The Royal Society of Chemistry. - 2021. - V. 11. - I. 1. - P. 380-389. doi: 10.1039/d0ra08882j.
  19. Нo, Y.S. Kinetics of pollutant sorption by biosorbents: review / Y.S. Нo, J.C.Y. Ng, G. McKay // Separation and Purification Methods. - 2000. - V. 29. - I. 2. - P. 189-232. doi: 10.1081/spm-100100009.
  20. Cheung, W.H. Kinetic analysis of the sorption of copper (II) ions on chitosan / W.H. Cheung, J.C.Y. Ng, G. McKay // Journal of Chemical Technology and Biotechnology. - 2003. - V. 78. - I. 5. - P. 562-571. doi: 10.1002/jctb.836.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».