Исследование сорбции ароматических соединений из водных растворов терморасширенным графитом

  • А. А. Войташ Государственное учреждение «Институт физико-органической химии и углехимии им. Л.М. Литвиненко», Донецк
  • Ю. В. Берестнева Федеральное государственное бюджетное учреждение науки «Федеральный научный центр агроэкологии, комплексных мелиораций и защитного лесоразведения Российской академии наук», Волгоград
  • Е. В. Ракша Государственное учреждение «Институт физико-органической химии и углехимии им. Л.М. Литвиненко», г. Донецк
  • А. А. Давыдова Государственное учреждение «Институт физико-органической химии и углехимии им. Л.М. Литвиненко», г. Донецк
  • М. В. Савоськин Государственное учреждение «Институт физико-органической химии и углехимии им. Л.М. Литвиненко», г. Донецк
Ключевые слова: терморасширенный графит, сорбция, изотермы адсорбции, очистка воды, ароматические соединения, УФ спектроскопия

Аннотация

Представлены результаты исследования возможности использования терморасширенного графита на основе нитрата графита, соинтеркалированного этилформиатом и уксусной кислотой, для очистки воды от ароматических соединений. Возможность применения углеродных сорбентов, в частности терморасширенного графита, для очистки воды от ароматических соединений непосредственно связана с исследованием их сорбционной способности. Терморасширенный графит (ТРГ), используемый в качестве сорбционного материала, был синтезирован и изучен нами ранее. Он представляет собой высокопористый материал с высокой способностью к регенерации, малым расходом и относительно низкой стоимостью. ТРГ является химически инертным, термостойким, имеет большую удельную поверхность, а также проявляет хорошую сорбционную способность по отношению к различным токсикантам. Для проведения экспериментов в качестве адсорбатов использовали моноароматические углеводороды: бензол и фенол. Исследования статической сорбционной емкости проводили при помощи метода УФ спектроскопии при постоянной температуре 20 ºС. На основе экспериментальных значений сорбционной емкости были получены изотермы адсорбции, которые можно отнести к классу S по классификации Ч. Гильса. Определены значения максимальной сорбционной емкости ТРГ относительно бензола и фенола в исследуемом диапазоне концентраций токсикантов – 0,25 и 6,95 г/г сорбента, соответственно.

Литература

Savin, A.V. (2014). Organically modified sorbents for removal of light petroleum hydrocarbons from water and air (Doctoral dissertation). Kazan: Kazan University (in Russ.).

Hameed, B.H., & Rahman, A.A. (2008). Removal of phenol from aqueous solutions by adsorption onto activated carbon prepared from biomass material. J. Hazard. Mater., 160(2-3), 576 - 581. https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2008.03.028

Kotel, L.Yu., Brichka, A.V., Chernyavskaya, T.V., Terets, M.I., & Brichka, S.Y. (2011). Phenol adsorption by modified multi-walled carbon nanotubes. Vіsnik Harkіvs'kogo nacіonal'nogo unіversitetu = Kharkov University Bulletin, 20(43), 192 - 199 (in Russ).

Bets, S.A., Somin, V.A., & Komarova, L.F. (2014). Water purification from phenol and its derivatives on materials from plant raw. Polzunovskij vestnik = Polzunov Bulletin, 3, 243- 245 (in Russ).

Polat, H., Molva, M., & Polat, M. (2006). Capacity and mechanism of phenol adsorption on lignite. Inter. J. Miner. Proc., 79(4), 264 - 273. https://doi.org/10.1016/j.minpro.2006.03.003

Kumar, A., Kumar, Sh., Kumar, S., & Gupta, Dh.V. (2007). Adsorption of phenol and 4-nitrophenol on granular activated carbon in basal salt medium: Equilibrium and kinetics. J. Hazard. Mater., 147(1-2), 155 - 166. https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2006.12.062

Cañizares, P., Carmona, M., Baraza, O., Delgado, A., & Rodrigo, M.A. (2006). Adsorption equilibrium of phenol onto chemically modified activated carbon F400. Ibid, 131(1-3). 243 - 248. https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2005.09.037

Maistrenko, V.N., & Klyuev, N.A. (2011). Ecological and analytical monitoring of persistent organic pollutants. M.: Binom (in Russ).

Fatikhova, N.I., Yagafarova, G.G., Korzhova, L.F., Leontiev, S.V., & Yagafarova D.I. (2016). Wastewater treatment of phenolic compounds using algae Saladophora aegagropila. Vestnik tekhnologicheskogo universiteta = Bulletin of the Technological University, 19(10), 152 - 153 (in Russ.).

Pang, X.Y., & Lin, R.N. (2010). Adsorption Mechanism of Expanded Graphite for Oil and Phenyl Organic Molecules. Asian Journal of Chemistry, 22(6), 4469 - 4476.

Savin, A.V., Denisova, A.P., Khuziahmetov, R.Kh., Neklyudov, S.A., & Breus, V.A. (2012). Sorption binding of hydrocarbons and conditionally pathogenic microorganisms with inorganic sorbents (on the example of benzene and e. coli). Vestnik Kazanskogo tekhnologicheskogo universiteta = Kazan Technological University Bulletin, 15(19), 123 - 126 (in Russ.).

László, K., Tombácz, E., & Novák, Cs. (2007). pH-dependent adsorption and desorption of phenol and aniline on basic activated carbon. Coll. and Surf. A: Phys. Chem. Eng. Asp., 306(1-3). 95 - 101. https://doi.org/10.1016/j.colsurfa.2007.03.057

Voitash, A.A., Vishnevsky, V.Yu., Berestneva, Yu.V. Raksha, E.V., Muratov, A.V., Eresko, A.B. Glazunova, V.A., Burhovetskiy, V.V., Volkova, G.K., & Savoskin, M.V. (2019). Exfoliated graphite from graphite nitrate cointercalation compounds: production and some applications. In: Applied Aspects of Nano-Physics and Nano-Engineering. New York: Nova Science Publishers Inc. Vol. 1. (pp. 25 - 28).

Davydova, А.А., Berestneva, Yu.V., Raksha, E.V., Glazunova, V.A., Burhovetskiy, V.V., Vdovichenko, A.N., & Savoskin, M.V. (2019). Production of the few-layer graphene particles from thermally expanded graphite in tert-butanol. Vestnik Luganskogo nacional'nogo universiteta imeni Vladimira Dalya = Vestnik Lugansk Vladimir Dahl National University, 25(7), 169 - 174 (in Russ.).

Handorin, G.P., Dubov, G.I., Mazin, V.I., & Makotchenko, V.G. (2010). Synthesis and application of nanostructured graphite. Izvestiya Tomskogo politekhnicheskogo universiteta. Inzhiniring georesursov = News of Tomsk Polytechnic University. Geo-Resource Engineering, 316(3), 5 - 11 (in Russ.).

Chesnokov, N.V., Kuznetsov, B.N., Mikova, N.M., & Drozdov, V.A. (2006). Sorption properties of composites based on thermally expanded graphites. Russian Journal of General Chemistry, L(1), 75 - 78 (in Russ.).

Sorokina, N.E. Mudretsova, S.N., & Mayorova, A.F., Avdeev, V.V., & Maksimova, N.V. (2001). Thermal properties of graphite intercalation compounds with HNO3. Inorganic Materials, 37(2), 153 - 156. https://doi.org/10.1023/A:1004109711069

Finaenov, A.I., Kolchenko, A.S., Yakovlev, A.V., Finaenova, E.V., & Kolesnikova, M.A. (2011). Adsorbents based on thermally expanded graphite. Vestnik SGTU = Bulletin of SSTU, 2(1), 45 - 52 (in Russ.).

Soldatov, V.S., & Korshunova T.A. (2012). Physicochemical and sorption properties of thermally expanded graphite. Vescі Nacyyanal'naj akademіі navuk Belarusі. Seryya hіmіchnyh navuk = Proceedings of the National Academy of Sciences of Belarus. Chemical Series, 3, 82 - 86 (in Russ.).

Temirkhanov, B.A., Sultygova, Z.H., Salamov, A.Kh., & Nalgieva, A.M. (2012). New carbon materials for liquidation of overflows of oil. Fundamental'nye issledovaniya = Fundamental research, 6(2), 471 - 475 (in Russ.).

Yakovlev, A.V., Finaenov, A.I., Yakovleva, E.V., & Finaenova, E.V. (2004). Use of thermally expanded graphite in water-purification and water-treatment systems. Russian Journal of Applied Chemistry, 77, 1815 – 1817. https://doi.org/10.1007/s11167-005-0166-6

Vlasenko, E.V., Godunov, I.A., Lanin, S.N., Nikitin, Yu.S., Khokhlova, T.D., & Shonia, N.K. (2005). Comparative analysis of structural and sorption characteristics of thermally expanded graphites and activated carbons in water purification from organic substances. Vestnik Moskovskogo Universiteta. Khimiya = Moscow University Chemistry Bulletin, 46(4), 231 - 235 (in Russ.).

Nikitina, T.V. (2011). Water purification from oil products and heavy metal ions by sorbents based on fibrous materials waste and graphite (Doctoral dissertation abstract). Ivanovo: Engels Institute of Technology (in Russ.).

Yakovlev, A.V. (2005). The use of thermally expanded graphite for water purification from Cr (VI), Ni (II), Fe (II) ions. Vestnik SGTU = Bulletin of SSTU, 4(9). 85 - 89 (in Russ.).

Kuznetsov, B.N., Chesnokov, N.V., Mikova, N.M., & Zaikovskii, V.I. (2003). Texture and catalytic properties of palladium supported on thermally expanded natural graphite. React. Kinet. Catal. Lett, 80, 345 - 350. https://doi.org/10.1023/B:REAC.0000006144.22936.ac

Raksha, E.V., Berestneva, Yu.V., Vishnevskij, V.Yu., Volkova, G.K., Vdovichenko, A.N., & Savoskin, M.V. (2018). New triple graphite cointercalation compounds. Vestnik Luganskogo nacional'nogo universiteta imeni Vladimira Dalya = Vestnik Lugansk Vladimir Dahl National University, 25(7), 169 - 174 (in Russ.).

Davydova, А.А., Voitash, A.A., Berestneva, Yu.V., Raksha, E.V., Muratov, A.V., Eresko, A.B. Burhovetskiy, V.V., Volkova, G.K., Savoskin, M.V. (2019). Sorption properties of thermally expanded graphite nitrate cointercalated with ethyl formate and acetic acid. Khimicheskaya Bezopasnost' = Chemical Safety Science, 3(5), 39 - 48 (in Russ.). https://doi.org/10.25514//CHS.2019.Special.2

Raksha, E.V., Berestneva, Yu.V., Vishnevsky, V.Yu., Maydanik, А.А., Glazunova, V.A., Burhovetskiy, V.V., Vdovichenko, A.N., & Savoskin, M.V. (2017). Carbon nanoparticles based on new triple graphite cointercalation compounds. Khimicheskaya fizika i mezoskopiya = Chemical Physics and Mesoscopics, 19(3), 448 - 453 (in Russ.).

Berestneva, Yu.V., Voitash, A.A., Raksha, E.V., & Savoskin, M.V. (2019). Water purification for irrigation of agricultural objects from oil products with a sorbent based on thermally expanded graphite. Proceedings of International conference «Results and prospects for development of agriculture». s. Solenoye Zaimishche: FGBNU «PAFNC RAN». P. 413 - 415 (in Russ.).

Netskina, O.V. (2015). Adsorption from solutions on a solid surface: a training manual. Novosibirsk: RIC NSU (in Russ.).

Negrea, P., Sidea, F., Negrea, A., Lupa, L., Ciopec, M., & Muntean, C. (2008). Studies regarding the benzene, toluene and o-xylene removal from waste water. Chem. Bull. «POLITEHNICA», 53(67), 144 - 146.

Anisimova, N.A. (2009). Identification of Organic Compounds: a training manual. GornoAltaysk: RIO GAGU (in Russ.).

Vyazmin, S.Yu., Ryabukhin, D.S., & Vasiliev, A.V. (2011). Electronic spectroscopy of organic compounds: a training manual. SPb .: SPbGLTA (in Russ.).

Srihari, V., & Das, Ash. (2008). Comparative studies on adsorptive removal of phenol by three agro-based carbons: Equilibrium and isotherm studies. Ecotoxicol. Environ. Saf., 71(1), 274 - 283. https://doi.org/10.1016/j.ecoenv.2007.08.008

Опубликован
2020-06-29
Как цитировать
Войташ, А. А., Берестнева, Ю. В., Ракша, Е. В., Давыдова, А. А., & Савоськин, М. В. (2020). Исследование сорбции ароматических соединений из водных растворов терморасширенным графитом. Химическая безопасность, 4(1), 144 - 156. https://doi.org/10.25514/CHS.2020.1.17010
Раздел
Технологии ликвидации источников химической опасности