Научная статья на тему 'Сорбционные свойства нанодисперсного гематита'

Сорбционные свойства нанодисперсного гематита Текст научной статьи по специальности «Нанотехнологии»

CC BY
316
77
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
ГЕМАТИТ / НАНОЧАСТИЦА / СОРБЦИОННЫЙ СВОЙСТВА / HEMATITE / NANOPARTICLE / SORPTION PROPERTIES

Аннотация научной статьи по нанотехнологиям, автор научной работы — Массалимов И. А., Ильясова Р. Р., Мусавирова Л. Р., Самсонов Р. М.

Проведено исследование нанодисперсного гематита, частицы которого получены химическим осаждением из нитрата железа и стабилизированы гидротартратом калия. Наночастицы гематита показали более высокие адсорбционные свойства в 1.7 раз по отношению к ионам свинца по сравнению с гематитом микронных размеров. Установлена существенная зависимость сорбционных свойств нанодисперсного гематита по отношению к ионам свинца и меди от температуры.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Sorbtion properties nanosized hematite

A study of nanosized hematite particles, which are obtained by chemical vapor deposition of iron nitrate and stabilized by potassium tartrate have been carried out. Hematite nanoparticles showed higher adsorption properties at 1.7 times with respect to the lead ions as compared with micronsized hematite. It was established a significant dependence of the sorption properties of nanosized hematite to the lead and copper ions from the temperature

Текст научной работы на тему «Сорбционные свойства нанодисперсного гематита»

УДК 549.517.2; 544.774

И. А. Массалимов (д.т.н., проф., зав.каф.)1,2, Р. Р. Ильясова (к.х.н., доц.)1, Л. Р. Мусавирова (студ.)1, Р. М. Самсонов (студ.)1

Сорбционные свойства нанодисперсного гематита

1 Башкирский государственный университет, кафедра неорганической химии 450074, г. Уфа, ул. Заки Валиди, 32; тел. +7 (347) 2736727, e-mail: ilyasova_r@mail.ru 2Научно-исследовательский технологический институт гербицидов и регуляторов роста растений с опытно-экспериментальным производством РАН 450029, г. Уфа, ул. Ульяновых, 65; тел. +7 (347) 2427653, e-mail: ismail_mass@mail.ru

I. A. Massalimov12, R. R. Il yasova1, L. R. Musavirova1, M. R. Samsonov1

Sorbtion properties nanosized hematite

1 Bashkir State University 32, Zaki Validy Str., 450074, Ufa, Russia; e-mail: ilyasova_r@mail.ru 2Research Technological Institute of Herbicides and Plant Growth Regulators Bashkortostan Republic Academy of Sciences 74, Ulyavovikh Str., 450029, Ufa, Russia; e-mail: ismail_mass@mail.ru

Проведено исследование нанодисперсного гематита, частицы которого получены химическим осаждением из нитрата железа и стабилизированы гидротартратом калия. Наночастицы гематита показали более высокие адсорбционные свойства в 1.7 раз по отношению к ионам свинца по сравнению с гематитом микронных размеров. Установлена существенная зависимость сорбционных свойств нанодисперсного гематита по отношению к ионам свинца и меди от температуры.

Ключевые слова: гематит; наночастица; сорб-ционный свойства.

Хорошо известно, что свойства дисперсных частиц во многом зависят от их размеров — увеличение удельной поверхности способствует протеканию химических реакций в жидкой и твердой фазах. Фактор удельной поверхности в последнее время вышел на передний план в научных исследованиях в связи с развитием нанотехнологий 1'2, все больше внимания уделяется методам получения нано-частиц и использования их необычных свойств для различных практических приложений. Одним из химических соединений, привлекающих пристальное внимание с точки зрения использования в дисперсном состоянии является гематит Ре203. Гематит привлекает внимание исследователей и технологов возможностью использования его дисперсных частиц для решения широкого круга задач: очистки

Дата поступления 11.11.13

A study of nanosized hematite particles, which are obtained by chemical vapor deposition of iron nitrate and stabilized by potassium tartrate have been carried out. Hematite nanoparticles showed higher adsorption properties at 1.7 times with respect to the lead ions as compared with micron-sized hematite. It was established a significant dependence of the sorption properties of nanosized hematite to the lead and copper ions from the temperature.

Key words: hematite; nanoparticle; sorption properties.

сточных вод, применения в качестве пигментов, биосенсоров, средств доставки лекарственных препаратов и др. а также в связи с его относительно невысокой токсичностью и доступностью по ценам. Указанные его качества делают его особенно привлекательным очистки сточных вод от присутствия тяжелых металлов применения. В работе 3 получены ультрадисперсные наночастицы а-Ре203 со средним размером частиц около 4—5 нм и высокой удельной поверхностью площадью -162 м2/г. Полученный порошок оксида железа показал превосходные результаты по выделению мышьяка из водных растворов. В работе 4 проведено исследование адсорбционной способности высокопористых образцов гематита с размером пор 200 нм и толщиной стенок между порами 20 нм и установлено, что полученные гематит должно быть перспективным адсорбента для

Q £ <%>

100

+J § 90

1 SO

Ф 70

з SO

Й БО

"8 40

м 30

■н

1 £0

t. о 10

Е

0

i i i i i i ; 3 ; ; i i i • ; i г i i i i i i i i ; XHW i i 1 h

i i i П11 MI ; i Jí

"i r-— i i i i T E i i i : í ; 3 'TT3T ; i ; ; i i i Г" —;■""" 'TT" : ; ! i

...........3.......;"""';""" ...........1.......nf- ! ■: i Г --Ж ............'......;..... ............i......1..... "TT:T l-i-j-f ......• • Я ....... / ■|f ................ .......U-i- : T i Г lift

............ 1 Я

! ! ! i i i ! ! ! i i i ! ! ! ; i ; i W ' P '' ; i i i ! ! ! ! ; ; i

: : : i i i : : : : 3 ;; ; : ; i i i A ; di ; : i i ; : ; i i i

3 3 3 lili i 3 3 T 3 3 ./ ; 3 3 ; : 3 ; lili

i i i 13;; i i i CS i i i i i ; ; i

...........":.......¡- — у- СК>ОО^ООЧМ> ............... '"''ТУТ ......ГТ" i i i i ....... i i i

Particle

Рис. 1. Зависимость дифференциального и интегрального распределения частиц гематита: а — исходных частиц микронных размеров; 2 б — наночастиц гематита.

удаления Pb2+ и ионов Cd2+ и других ионов тяжелых металлов из водных растворов, так как при комнатной температуре каждый грамм гематита адсорбирует 12.5 мг ионов Pb2 + и 7,0 мг ионов Cd2+. В работе 5 исследована адсорбционная способность гетита и гематита по отношению к ряду тяжелых металлов: Cu, Ni, Co, Cr, Zn. Установлено, что при определенных значениях рН, оба эффективно адсорбируют ионы металлов, причем по отношению к одним металлам более эффективен гоэтит, а по отношению к другим гематит. В связи с актуальностью исследований сорбционных свойств гематита в работе проведено сравнение сорбци-онной способности наноразмерных и микронных частиц гематита.

В качестве исходного материала был взят коммерческий порошок гематита квалификации «хч», а наночастицы гематита получены методом химического осаждения из нитрата железа (3+) концентрированным аммиаком при нагревании. Стабилизация размеров нано-частиц проводилась введением в раствор гид-ротартрата калия. Распределения частиц по размерам были определены с помощью лазерного анализатора SALT 7071, позволяющего проводить измерения в режиме реального вре-

мени. Размеры частиц и их форма были также исследованы с помощью зондового микроскопа Solver PRO-M. Измерениями установлено (рис. 1), что распределение частиц по размерам исходного порошка гематита расположено в диапазоне от 0.5 мкм до 50 мкм, со средним размером частиц равным 3 мкм. В тоже время анализ распределения частиц по размерам, полученных химическим осаждением показал на образование наночастиц гематита со средним размером 30 нм (рис. 1 кривая 2).

Сорбционные свойства гематита привлекают внимание возможностью извлечения из водных сред тяжелых металлов различной химической природы и тем самым решать задачи очистки сточных вод, образующихся в результате работы производственных предприятий. Известно, что при использовании гематита, как и других сорбентов в целях очистки вод, загрязненных различными металлами эффективность их использования увеличивается с уменьшением размеров частиц сорбентов. Немаловажное значение при использовании гематита играет то, что он не обладает токсическими свойствами. Нами для получения наночас-тиц гематита использована методика синтеза наночастиц Fe2O3, основанная на реакции осаж-

дения солеи концентрированным аммиаком при нагревании. Стабилизации наночастиц способствовало введение в качестве стабилизатора — гидротартрата калия. Средний размер частиц наногематита в 30 нм оставался постоянным длительное время до нескольких недель. Для изучения влияния размеров частиц на его сорбционные свойства нами проведено сравнение воздействия двух видов гематита микронных размеров со средним размером 5 мкм (рис. 3) и наночастиц со средним размером 30 нм, распределение частиц по размерам для этих двух видов гематита было приведено на рис. 1. На рис. 2 показано как влияет изменение размеров частиц гематита на его сорбци-онные свойства уменьшение размеров частиц с 5 мкм до 30 нм при извлечении из водной среды ионов двухвалентного свинца. Уменьшение размеров частиц приводит к существенному на 40% увеличению сорбционной способности гематита.

температуры среды на степень извлечения ионов свинца и меди (рис. 3 и 4).

Рис. 3. Зависимость от температуры степени извлечения ионов свинца РЬ2+ от температуры среды на-ночастиирми гематита

Рис. 2. Зависимость степени извлечения ионов свинца РЬ2+ при использовании частиц гематита со средним размером 5 мкм и 30 нм

Наряду со сравнением сорбционных свойств наноразмерного гематита и его частиц микронных размеров проведено изучение влияния

Рис. 4. Зависимость от температуры степени извлечения ионов меди Си2+ от температуры среды нано-частицами гематита в статических условиях

Из этих рис. видно, что в обоих случаях максимальная степень извлечения достигается при температуре 30 оС и она может рекомендована в качестве оптимальной при организации процессов очистки сточных вод наночастицами гематита. Полученные результаты свидетельствуют о значительных перспективах применения сорбционных свойств наночастиц гематита.

Литература

1. Сергеев Г. Б. Нанохимия. —Москва: МГУ, 2003.- C.288.

2. Ozin G., Arsenault A.C., Cademartiri L. // Nanochemistry: A Chemical Approach to Nanomaterials.- London: Royal Society of Chemistry.- 2009.- 2.- Р.820.

3. Tang W., Li Qi, Li C., Gao S., Shang J. // Journal of Nanoparticle Research. - 2011.- V.13, №6.- Р.2641.

4. He D., Xiao Y., Liang D., Zhou H., Du L. and Liu L. // Materials Sciences and Applications.-2011.- V.2, №4.- P.215.

5. Hafez H., Yousef H. // International Journal of Engineering Science and Technology.- 2012.-V4, №6.- P.3018.

References

1. Sergeev G. B. Nanokhimiia [Nanochemistry].— Moscow: Moscow State University Publ., 2003. P.288.

2. Ozin G., Arsenault A.C., Cademartiri L. Nanochemistry: A Chemical Approach to Nanomaterials. London: Royal Society of Chemistry. 2009. No.2. P.820.

3. Tang W., Li Qi, Li C., Gao S., Shang J. Journal of Nanoparticle Research. 2011. V.13, no.6. P.2641.

4. He D., Xiao Y., Liang D., Zhou H., Du L. and Liu L. Materials Sciences and Applications. 2011. V.2, no.4. P.215.

5. Hafez H., Yousef H. International Journal of Engineering Science and Technology. 2012. V.4, no.6. P.3018.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.