Реферат роботи „ неорганічні іоніти нового покоління для селективної сорбції іонів-токсикантів




Скачати 139,34 Kb.
Дата конвертації08.01.2017
Розмір139,34 Kb.



Національна академія наук України

Інститут сорбції та проблем ендоекології

Реферат роботи


НЕОРГАНІЧНІ ІОНІТИ НОВОГО ПОКОЛІННЯ ДЛЯ СЕЛЕКТИВНОЇ СОРБЦІЇ ІОНІВ-ТОКСИКАНТІВ”


Автори:




Зайцева

Ганна Олександрівна

кандидат хімічних наук, науковий співробітник ІСПЕ НАН України

Чепурна

Ірина Костянтинівна

кандидат хімічних наук, науковий співробітник ІСПЕ НАН України

Київ – 2010

Метою роботи є розробка наукових основ простих та високоефективних способів золь-гель синтезу сферично гранульованих зразків фосфату титану (ФТ) та гідратованого діоксиду цирконію (ГДЦ) при кімнатній температурі з використанням доступних та дешевих вихідних реагентів, зокрема вивчення закономірностей гелеутворення в системах на основі мінеральних солей титану та цирконію і всебічна характеристика фізико-хімічних властивостей одержаних матеріалів.

Задачами, що вирішувалися задля поставленої мети, були такі:



  • з’ясування закономірностей гелеутворення в системах TiOSO4–H3PO4, ZrOCl2 – лужний нейтралізуючий реагент, а саме вивчення впливу співвідношення і концентрацій вихідних компонентів та температури на швидкість переходу золю в гель з використанням методів ротаційної віскозиметрії та фізико-хімічної механіки;

  • дослідження механізму дії лужних реагентів різної природи на процес формування золів та гідрогелів діоксиду цирконію; встановлення впливу неорганічних конкурентних комплексоутворювачів (іонів SO42– та Fe3+) на процес гелеутворення фосфату титану синтезованого з технічного розчину титанілсульфату та порівняльного розчину хлориду титану;

  • встановлення умов золь-гель синтезу фосфату титану та гідратованого діоксиду цирконію у вигляді сфер діаметром від 0,5 до 3,0 мм шляхом інжекції швидко коагулюючого водного золю в середовище органічної рідини, яка не змішується з водою;

  • оцінка гідролітичної стабільності та сорбційних властивостей синтезованих матеріалів; розробка методу підвищення гідролітичної стабільності зразків, а саме виявлення умов їх гідротермального модифікування; визначення впливу умов хімічної та гідротермальної обробок на порувату структуру та іонообмінні властивості одержаних сферичних гранул і встановлення оптимальних умов їх гідротермальної обробки.

Наукова новизна полягає у розвитку та реалізації наукових засад щодо встановлення закономірностей гелеутворення в системі мінеральна сіль цирконію – лужні нейтралізуючі реагенти або розчин титанілсульфату – фосфорна кислота при кімнатній температурі змішуваних розчинів вихідних реагентів.

На основі систематичних досліджень впливу природи і агрегатного стану лужних нейтралізуючих реагентів, співвідношення реагуючих компонентів та додаткового введення в систему комплексоутворювача запропоновано механізми дії неорганічних нейтралізуючих реагентів і комплексоутворювача на перебіг золь-гель процесу при синтезі ГДЦ.

Вперше встановлено, що при гелеутворенні в досліджуваній цирконійвмісній системі карбамід виконує подвійну роль: нейтралізуючого реагента та комплексоутворювача, який уповільнює процес і тим самим сприяє гелеутворенню.

Вперше вивчено процес гелеутворення ФТ із розчинів TiOSO4; встановлено вплив неорганічних конкурентних комплексоутворювачів (іонів SO42– та Fe3+) на процес гелеутворення ФТ із порівняльного розчину TiCl4 та розчину TiOSO4. Показано можливість отримання міцних та однорідних гелів без застосування органічних комплексоутворювачів, завдяки наявності в розчині титанілсульфату надлишку іонів SO42–. Встановлено залежність швидкості гелеутворення від концентрації та співвідношення основних компонентів.

Методами фізико-хімічної механіки та ротаційної віскозиметрії вперше досліджено процеси формування гелевих структур в системах TiOSO4–H3PO4 і ZrOCl2 – лужні неорганічні реагенти, зокрема, визначено точку золь-гель переходу та знайдено оптимальне співвідношення вихідних реагентів, що необхідне для синтезу сферично гранульованих сорбентів фосфату титану та діоксиду цирконію.

Виявлено вплив умов синтезу, зокрема хімічної (концентрації реагентів) та гідротермальної (температури та тривалості) обробок, складу гідрогелів ФТ та ГДЦ на структурно-сорбційні характеристики синтезованих кінцевих продуктів. Встановлено, що гідротермальне модифікування дає можливість цілеспрямовано синтезувати матеріали із заданими параметрами поруватої структури, сорбційної здатності та підвищеною гідролітичною стабільністю, що суттєвим при їх практичному застосуванні.

Одержано мезопоруваті зразки ФТ (Sпит.БЕТ = 220–280 м2, rпор =15,0–17,0 нм, Vs = 0,6–0,8 см3/г ) та ГДЦ (Sпит.БЕТ = 400–450 м2, rпор =2,0–2,1 нм, Vs = 0,2–0,34 см3/г ) з вузьким розподілом пор за радіусами.

Показано, що одержані іоніти мають високу сорбційну спорідненість до катіонів d-металів (Cu2+, Co2+, Nі2+ і Zn2+) та фосфат-, хромат-, борат-аніонів і за своїми характеристиками не поступаються відомим аналогам.

Достовірність результатів, визначається великим обсягом ретельно виконаних експериментів та забезпечена використанням сучасних фізико-хімічних методів: методи ротаційної візкозиметрії та фізико-хімічної механіки, низькотемпературної адсорбції азоту, термічного та рентгенофазового аналізів, ЯМР- та ІЧ-спектроскопії, калориметричного аналізу, просвічуючої електронної мікроскопії, рН-метричного титрування.

Практична значимість

Застосування двостадійної схеми нейтралізації водного розчину оксихлориду цирконію та використання відносно дешевого промислового напівпродукту виробництва титанових пігментів ‑ кислого розчину титанілсульфату дозволило синтезувати ФТ та ГДЦ у вигляді сферичних гранул при кімнатній температурі без використання дорогих та екзотичних алкоксидів полівалентних металів.

Запропоновано способи синтезу мезопоруватих сферично гранульованих сорбентів та одержано зразки на лабораторній установці і показано перспективність їх використання в сорбційних процесах.

Результати дослідження процесів гелеутворення в системах TiOSO4–H3PO4, ZrOCl2 – лужні реагенти було використано при розробці технології одержання сферично гранульованих ФТ та ГДЦ у дослідно-промислових умовах ІСПЕ НАН України.

Проведено токсикологічне дослідження ФТ, згідно результатів санітарно-гігієнічної експертизи МОЗ України синтезовані сорбенти є безпечними для здоров’я і можуть бути використані для очистки води, напоїв та соків.

Кількість публікацій

Результати висунутих досліджень та розробок викладено в 30 публікаціях, серед яких 3 патенти, 9 статей, зокрема в міжнародних журналах – 2 (в базі даних SCOPUS -1), в складі монографії – 1 (назва монографії „Селективная сорбция и катализ на активных углях и неорганических ионитах” під ред. академіка НАН України В.В. Стрелка. – К.: Наукова думка. – 2008. – 304 с.)



Економічна ефективність

Економічна ефективність і доцільність синтезованих сферично гранульованих іонітів на основі фосфатів титану та гідратованого діоксиду цирконію обумовлена зменшенням собівартості при їх приготуванні за більш простими, менш енергозатратними оригінальними методикам золь-гель синтезу та використанням екологічно безпечних, нетоксичних та доступних реактивів при їх синтезі.


Автори:

Зайцева Г.О._________

Чепурна І.К._________



Підписи авторів затверджую:

Вчений секретар ІСПЕ НАН України

кандидат хімічних наук

С.І. Мелешевич



Список основних публікацій



по роботі

«Неорганічні іоніти нового покоління для селективної сорбції іонів-токсикантів»

  1. Патент № 40389 Україна А, B01J20/30. Спосіб одержання сорбенту сферичної грануляції на основі фосфату титану // Стрелко В.В., Яковлєв В.І., Каніболоцький B.А, Зайцева Г.О., Лагута В.М. Заявл. 27.12.2000. Опубл. 16.07.2001.

  2. Патент України № 85863 B0J20/06, 20/30; 21/06. Спосіб одержання матеріалів на основі гідроксидів або оксидів полівалентних металів // Каніболоцький В.А., Мелешевич І.К1., Килівник Ю.М., Яковлєв В.І., Стрелко В. В. – Заявл.24.07.2006. Опубл. 10.03.2009 р.

  3. Патент України № 85881 B0J20/06, 20/30; 21/06. Спосіб одержання матеріалів на основі гідроксидів або оксидів полівалентних металів // Чепурна І.К., Каніболоцький В.А., Яковлєв В.І., Килівник Ю.М., Стрелко В.В. – Заявл.14.12.2006. Опубл. 10.03.2009.

  4. Зайцева А.А., Стрелко В.В., Яковлев В.И. Возможность получения новых неорганических ионитов сферической грануляции на основе фосфатов титана мето­дом золь-гель технологии // Труды Одесского политехнического института. – 2001. – Т. 3, № 15.– С. 275–278.

  5. Зайцева Г.О., Стрелко В.В., Яковлєв В.І. Мезопоруваті сферично гранульовані фосфати титану, синтезовані з титанілсульфату // Хімія, фізика та технологія поверхні: Міжвід. зб. наук. пр. / Ін-т хімії поверхні НАН України; Голов. ред. О.О. Чуйко. – К: Вид. дім “КМ Академія”, 2003. – Вип. 9. – С. 156–161

  6. Зайцева Г.О., Стрелко В.В., Яковлєв В.І. Хімія поверхні і сорбційні властивості фосфату титану, синтезованого на основі TiOSO4 // Хімія, фізика та технологія поверхні: Міжвід. зб. наук. пр. / Ін-т хімії поверхні НАН України; Голов. ред. О.О. Чуйко. – К: Вид дім “КМ Академія”, 2004. – Вип. 10. – С. 118–122.

  7. Мелешевич І.К., Каніболоцький В.А., Яковлєв В.І., Стрелко В.В. Синтез та властивості сорбентів на основі сполук цирконію // Видання „Наукові записки НаУКМА”, випуск „Хімічні науки і технології”. – 2005. – Т. 42 – С. 31–34.

  8. Zaitseva A.A., Kanibolotsky V.A., Strelko V.V. New spherically granulated inorganic ion exchangers on the basis of titanium phosphate // Combined and Hybrid Adsorbents, J.M. Loureiro and M.T. Kartel (eds.). – Springer, 2006. – Р. 99–104.

  9. Паховчишин С.В., Мелешевич І.К., Каніболоцький В.А., Стрелко В.В. Структуроутворення в процесі золь-гель переходу в системі мінеральна сіль цирконію – лужний реагент // Доповіді НАН України. – 2006. – № 5. – С. 136–141.

  10. Meleshevych I., Pakhovchyshyn S., Kanibolotskyy V., Strelko V. Rheological properties of hydrated zirconium dioxide // Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects. – 2007. – V. 298, № 3 – P. 274–279.

  11. Зайцева А.А., Стрелко В.В., Яковлев В.И, Каниболоцкий В.А. Сферически гранулированные иониты, синтезированные на основе титанилсульфата // Селективная сорбция и катализ на активних углях и неорганических ионитах. / Ин-т сорбции и проблем эндоэкологии; Под ред. В.В. Стрелко. – К: Наукова думка, 2008. – С. 178–197.

  12. Чепурная И. К., Каниболоцкий В.А., Стрелко В.В., Киливник Ю.Н., Яковлев В.И. Предварительное понижение кислотности растворов ZrOCl2 как фактор управления золь-гель процессом получения ZrO2∙nH2O // Вопросы химии и химической технологии. – 2008. – № 4. – С. 120–125.

  13. Зайцева А.А., Стрелко В.В., Яковлев В.И., Киливник Ю.Н. Золь-гель технология получения новых неорганических ионитов сферической грануляции на основе фосфатов титана // Международная научно-техническая конференция „Современные проблемы химической технологии неорганических веществ”. – Одесса, 21–23 мая, 2001. –Т . 2. – С. 47-50.

  14. Zaitseva A., Strelko V.V., Yakovlev V.I. The granulated titanium phosphate sorbents prepared by sol-gel technology from TiCl4 and TiOSO4 // The second International conference “Interfaces against pollution”. – Miskolc, 27–30 May, 2002. – Р. 227.

  15. Strelko V., Kanibolotsky V., Zhuravlev I., Zaitseva A. Spherically granulated ionites on the basis of titanium and zirconium hydroxides and phosphates synthesized by sol-gel method from TiOSO4, TiCl4, ZrOCl2, H3PO4 // The 3rd International Conference on Ion Exchange ‘ICIE’03”. – Kanazawa, 14–18 July, 2003. – Р. 97–100.

  16. Зайцева А.А., Стрелко В.В., Яковлев В.И. Химия поверхности и сорбционные свойства сферически гранулированного фосфата титана, синтезированного из TiOSO4 // Всеукраїнська конференція молодих вчених з актуальних питань хімії. – Київ, 26–30 травня, 2003.– С. 102.

  17. Zaitseva A.A., Strelko V.V., Yakovlev V.I. Chemical modification of surface and its influence on the sorption properties of spherically granulated titanium phosphate // VII Polish-Ukrainian Symposium “Theoretical and Experimental Studies of Interfacial Phenomena and their Technological Application”. – Lublin, 15–18 September, 2003. – Р. 328–331.

  18. Zaitseva H.O., Kanibolotsky V.A., Yakovlev V.I. The influence of hydrothermal treat­ment on sorption properties of amorphous titanium phosphate // VIII Ukrainian-Polish Symposium “Theoretical and Experimental Studies of Interfacial Phenomena and their Technological Application”. – Odessa: SCSEIDO, 19–24 September, 2004. – Р. 383–386.

  19. Мелешевич І.К., Каніболоцький В.А., Зуб В.Я. Особливості процесів формування ZrO2∙nH2O золь-гель методом // Сучасні проблеми хімії: V Всеукр. конф. студентів та аспірантів. – Київ, 20–21 травня 2004. – С. 32.

  20. Каніболоцький В.А., Мелешевич І.К., Стрелко В.В. Нові підходи при синтезі цирконійвмісних сорбентів // XVI Українська конференція з неорганічної хімії. – Ужгород, 20–24 вересня 2004. – С. 242.

  21. Zaitseva H.O., Kanibolotsky V.A,, Yakovlev V.I., Strelko V.V. New spherically granulated inorganic ion exchangers on the basis of titanium phosphates // NATO Advanced Research Workshop “Combined and Hybrid Adsorbents: Fundamentals and Applications”. – Kiev, Puscha-Voditsa, 15–17 September, 2005. – P. 29.

  22. Zaitseva Н.О., Kanibolotsky V.А, Strelko V.V. The influence of hydrothermal treatment on crystal structure and adsorption properties of titanium phosphates // IX Polish-Ukrainian Symposium “Theoretical and Experimental Studies of Interfacial Phenomena and their Technological Application”. – Lublin, 2005. – P. 332–335.

  23. Meleshevych I.K., Kanibolotsky V.A., Kylivnyk Yu.N., Strelko V.V. The mechanism of transformations in mineral zirconium salt - basic reagent system during ZrO2∙nH2O synthesis // IX Polish - Ukrainian Symposium: Theoretical and Experimental Studies of Interfacial Phenomena and their Technological Applications. – Sandomierz, Wolka Milanovska, Poland, 5–9 September, 2005. – P. 180– 182.

  24. Meleshevych I.K., Pakhovchyshyn S.V., Kanibolotsky V.A., Strelko V.V. The structure-formation during sol-gel transition in mineral zirconium salt – basic reagent system // NATO Advanced Research Workshop: Combined and Hybrid Adsorbents: Fundamentals and Applications, 2005. – Kyiv, Pushcha-Voditsa, Ukraine, 15–17 September, 2005. – LP 9.

  25. Мелешевич І.К. Старченко В.Ю., Мажуга С.В. Фізико-хімічні властивості гідратованого діоксиду цирконію одержаного золь-гель методом // VII Всеукраїнська конференція „Сучасні проблеми хімії”. - Київ, 18–19 травня, 2006. – С. 190.

  26. Мелешевич І.К., Паховчишин С.В., Каніболоцький В.А., Стрелко В.В. Гідрофільність нанорозмірного ZrO2∙nH2O, синтезованого золь-гель методом // Коллоидные системы. Свойства, материалы, применение: междунар. конф. – Одесса, 28 августа–1 сентября, 2006. – С. 17.

  27. Каніболоцький В.А. Чепурна І.К., Яковлев В.І., Стрелко В.В. Вплив хімічної та термічної обробок на параметри поруватої структури ZrO2 // III Міжнародна наук.-техн. конф. студент., аспірант. та молод. вчен. „Хімія і сучасні технології”. – Дніпропетровськ, 22–24 травня, 2007. – С. 39.

  28. Chepurna I., Kanibolotsky V., Pakhovchyshyn S., Strelko V. Nanosized hydrated zirconium dioxide: preparation and properties // Second international symposium: Advanced micro- and mesoporous materials. – Varna, Bulgaria, 6–9 September, 2007. – P. 98.

  29. Чепурная И.К. Каниболоцкий В.А., Стрелко В.В. Реология гелеобразования диоксида циркония // III Международная конференция по коллоидной химии и физико-химической механике. – Москва, 24–28 июня, 2008. – С. 95.

  30. Чепурная И.К. Каниболоцкий В.А., Стрелко В.В. Сорбция фосфат- и хромат- анионов на сферически гранулированном диоксиде циркония // XIII Всеросійський симпозіум „Актуальные проблемы теории адсорбции, пористости и адсорбционной селективности”. – Москва, Клязьма 20–24 апреля, 2009. – С. 97.

Автори:
Зайцева Г.О._________

Чепурна І.К._________


Підписи авторів затверджую:

Вчений секретар ІСПЕ НАН України

кандидат хімічних наук

С.І. Мелешевич





1 Мелешевич И.К. (рос.), Мелешевич І.К. (укр.), Meleshevych I. (eng.) – дівоче прізвище Чепурної І.К.


База даних захищена авторським правом ©uchika.in.ua 2016
звернутися до адміністрації

    Головна сторінка