Extraction of heavy metal ions from aqueous solutions by frame sorbents based on benzene-1,3,5-tricarboxylate (MBTC) and benzene-1,4-dicarboxylates (MB DC) of various metals

封面

如何引用文章

全文:

开放存取 开放存取
受限制的访问 ##reader.subscriptionAccessGranted##
受限制的访问 订阅存取

详细

Pollution of soils and water sources with heavy metals leads to negative consequences for the environment associated with disruption of ecosystem balance, harm to the health of living organisms and humans. To solve this problem, organometallic frame sorbents capable of efficiently extracting heavy metal ions from aqueous solutions have been synthesized. During the conducted research, the regularities of the adsorption of cadmium, lead, copper, cobalt and nickel ions were studied using synthesized frame sorbents based on benzene-1,3,5-tricarboxylates (MBTC) and benzene-1,4-dicarboxylates (MBDC). The identification analysis performed on diffractograms of CoBTC and NiBTC powders showed the presence of structures [Co3(BTC)2·12H2O] and [Ni3(BTC)2·12H2O]. Unlike NiBTC, NiBDC dicarboxylate crystallizes in triclinic syngony (spatial group P1¯, Z = 1) and corresponds to the crystal structure [Ni3(OH)2(BDC)·4H2O], the sample of the CuBTC compound crystallizes in cubic symmetry with the space group Fm3¯m (Z = 16) and corresponds to the crystal structure [Cu3(BTC)2·3H2O], and the CuBDC compound has a structure belonging to the monoclinic symmetry. The results of the analysis of isotherms of low-temperature nitrogen adsorption using synthesized MOFs made it possible to determine important textural characteristics of sorbents. It was noted that a strong adsorbate-adsorbent interaction is realized for CoBTC in the micropore region. It is shown that the specific surface area of synthesized sorbents, calculated by the Brunnauer-Emmett-Teller (BET) method, varies widely. Thus, for CoBTC and NiBTC compounds, it was 276.0 and 9.0 m2/g, respectively. The noted differences are due to the presence of a large number of micropores in the sorbent CoBTC. In most cases, the kinetic patterns of the adsorption of heavy metal ions can be described by a pseudo-second-order equation. The only example of the process proceeding according to the kinetic equation of the pseudo-first order is the adsorption of copper ions on the NiBDC sorbent. It is noted that cobalt, nickel and copper ions are better absorbed by sorbents containing the corresponding ions of the same name according to the Paneta-Faience rule. The linear relationship found between the sorption capacity and the logarithm of the ratio of the radius of ions to their electronegativity implies that the mechanism of adsorption of metal ions on MOFs is determined by the physicochemical properties of the ions themselves. The developed organometallic frame compounds can be effectively used in technologies for purification of water resources from toxic heavy metal ions.

全文:

受限制的访问

作者简介

A. Mushtakov

Patrice Lumumba Peoples’ Friendship University of Russia

Email: cherednichenko-ag@rudn.ru
俄罗斯联邦, Moscow

E. Markova

Patrice Lumumba Peoples’ Friendship University of Russia

Email: cherednichenko-ag@rudn.ru

кандидат химических наук

俄罗斯联邦, Moscow

A. Kurochkin

Patrice Lumumba Peoples’ Friendship University of Russia

Email: cherednichenko-ag@rudn.ru
俄罗斯联邦, Moscow

N. Anistratov

Patrice Lumumba Peoples’ Friendship University of Russia

Email: cherednichenko-ag@rudn.ru
俄罗斯联邦, Moscow

Yu. Zaytsev

Patrice Lumumba Peoples’ Friendship University of Russia

Email: cherednichenko-ag@rudn.ru
俄罗斯联邦, Moscow

E. Guseva

Patrice Lumumba Peoples’ Friendship University of Russia

Email: cherednichenko-ag@rudn.ru
俄罗斯联邦, Moscow

L. Skvortsova

Patrice Lumumba Peoples’ Friendship University of Russia

Email: cherednichenko-ag@rudn.ru
俄罗斯联邦, Moscow

A. Cherednichenko

Patrice Lumumba Peoples’ Friendship University of Russia

编辑信件的主要联系方式.
Email: cherednichenko-ag@rudn.ru

доктор химических наук

俄罗斯联邦, Moscow

A. Glinushkin

N.D. Zelinsky Institute of Organic Chemistry

Email: cherednichenko-ag@rudn.ru

доктор сельскохозяйственных наук

俄罗斯联邦, Moscow

参考

  1. Семенов А. М., Глинушкин А. П., Соколов М. С. Здоровье почвенной экосистемы: от фундаментальной постановки к практическим решениям // Известия Тимирязевской сельскохозяйственной академии. 2019. № 1. С. 5–18.
  2. Polyethylene glycol-stabilized bimetallic nickel–zero valent iron nanoparticles for efficient removal of Cr (VI) / S. Wang, D. Zhong, Y. Xu, et al. // New Journal of Chemistry. 2021. Vol. 45, No. 31. P. 13969–13978.
  3. Characteristics, kinetics, thermodynamics and long-term effects of zerovalent iron/pyrite in remediation of Cr (VI)-contaminated soil / X. Min, Q. Li, X. Zhang, et al. // Environmental Pollution. 2021. Vol. 289. P. 117–830. URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0269749121014123?via%3Dihub (дата обращения: 25.10.2023). doi.org/10.1016/j.envpol.2021.117830.
  4. Heavy metal poisoning: clinical presentations and pathophysiology / D. Ibrahim, B. Froberg, A. Wolf, et al. // Clinics in laboratory medicine. 2006. Vol. 26, No. 1. P. 67–97.
  5. International Agency for Research on Cancer. IARC monographs on the evaluation of the carcinogenic risk of chemicals to humans. Suppl. 2: Long-term and short-term screening assays for carcinogens: a critical appraisal. Lyon: IARC, 1980. 96 р.
  6. Valko M. M. H. C. M., Morris H., Cronin M. T. D. Metals, toxicity and oxidative stress // Current medicinal chemistry. 2005. Vol. 12. No. 10. P. 1161–1208.
  7. Consequences of contamination on the interactions between phytoplankton and bacterioplankton / G. U. Marisol, M. Hélène, L. Céline, et al. // Chemosphere. 2018. Vol. 195. P. 212–222.
  8. Heo W. M., Kim B. The effect of artificial destratification on phytoplankton in a reservoir // Hydrobiologia. 2004. Vol. 524. P. 229–239.
  9. An overview of preparation and applications of stabilized zero-valent iron nanoparticles for soil and groundwater remediation / X. Zhao, W. Liu, Z. Cai, et al. // Water research. 2016. Vol. 100. P. 245–266.
  10. Blanchard G., Maunaye M., Martin G. Removal of heavy metals from waters by means of natural zeolites // Water research. 1984. Vol. 18, No. 12. P. 1501–1507.
  11. Simultaneous removal of p-nitrophenol and Cr (VI) using biochar supported green synthetic nano zero valent iron-copper: mechanistic insights and toxicity evaluation / T. Li, F. Zhu, W. Liang, et al. // Process Safety and Environmental Protection. 2022. Vol. 167. P. 629–640.
  12. Development of Metal-Organic Molecular Sieves for the Separation and Sorption of CO2 and CH4 / K. A. Seromlyanova, A. G. Mushtakov, D. V. Murtazin, et al. // Petroleum Chemistry. 2023. Vol. 63, No. 2. P. 233–240.
  13. A critical review on recent developments in MOF adsorbents for the elimination of toxic heavy metals from aqueous solutions / L. Rani, J. Kaushal, A. L. Srivastav, et al. // Environmental Science and Pollution Research. 2020. Vol. 27. P. 44771–44796.
  14. High performance copper based metal organic framework for removal of heavy metals from wastewater / H. W. Haso, A. A. Dubale, M. A. Chimdesa, et al. // Frontiers in Materials. 2022. No. 9. P. 840806. URL: https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fmats.2022.840806/full (дата обращения: 25.10.2023).
  15. Изучение процесса адсорбции паров бензола активированными углями марок АР-А, АР-Б и углями компании Baojun Activated Carbon / Е. М. Касаткин, Л. С. Ахмедова, Е. Б. Маркова и др. // Вестник МГТУ им. Н. Э. Баумана, серия Естественные науки. 2022. № 4. С. 110–124.
  16. Wu F. C., Tseng R. L., Juang R. S. Initial behavior of intraparticle diffusion model used in the description of adsorption kinetics // Chemical Engineering Journal. 2009. Vol. 153, No. 1–3. P. 1–8. URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S138589470900374X?via%3Dihub (дата обращения: 25.10.2023). doi: 10.1016/j.cej.2009.05.013.

补充文件

附件文件
动作
1. JATS XML
2. Fig. 1. Isotherms of low-temperature adsorption of nitrogen by sorbent samples: a) CoBTC, b) NiBTC, c) NiBDC, d) CuBTC, e) CuBDC

下载 (134KB)
3. Fig. 2. Kinetic curves of adsorption of heavy metal ions on samples: a) CoBTC, b) NiBTC, c) CuBTC, d) NiBDC, e) CuBDC

下载 (188KB)
4. Fig. 3. Extent of extraction of heavy metal ions from aqueous solutions on MBTC and MBDC samples: - Co2+, / / / / - Ni2+, \ \ \ \ - Cu2+, X X X X - Pb2+, : : : - Cd2+

下载 (178KB)
5. Fig. 4. Linear view of pseudo-second-order kinetic dependences for the process of metal adsorption on samples: a) CoBTC, b) NiBTC, c) CuBTC, d) NiBDC, e) CuBDC

下载 (163KB)
6. Fig. 5. Linear view of the pseudo-first-order kinetic dependence for the adsorption of copper ions by NiBDC sorbent

下载 (72KB)
7. Fig. 6. Linear view of the kinetic dependences of the adsorption process according to the Weber-Morris equation: a) cobalt ions on NiBTC and CuBTC, nickel ions on CuBTC, b) lead ions on CoBTC, NiBTC, CuBTC, NiBDC and CuBDC

下载 (187KB)
8. Fig. 7. Linear dependence of the specific adsorption index of heavy metal ions on the logarithmic ratio of the metal ion radius to its electronegativity

下载 (112KB)

版权所有 © Russian Academy of Sciences, 2024

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».