RO133147B1 - Procedeu de obţinere a unui adsorbant pe bază de silice mezoporoasă funcţionalizată pentru adsorbţia ionilor pb 2+ din soluţii apoase - Google Patents
Procedeu de obţinere a unui adsorbant pe bază de silice mezoporoasă funcţionalizată pentru adsorbţia ionilor pb 2+ din soluţii apoase Download PDFInfo
- Publication number
- RO133147B1 RO133147B1 ROA201700659A RO201700659A RO133147B1 RO 133147 B1 RO133147 B1 RO 133147B1 RO A201700659 A ROA201700659 A RO A201700659A RO 201700659 A RO201700659 A RO 201700659A RO 133147 B1 RO133147 B1 RO 133147B1
- Authority
- RO
- Romania
- Prior art keywords
- mesoporous silica
- silica
- adsorption
- hours
- ions
- Prior art date
Links
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims description 133
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 title claims description 64
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 title claims description 26
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 title claims description 18
- 239000003463 adsorbent Substances 0.000 title claims description 17
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 title claims description 12
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims description 3
- JJVNINGBHGBWJH-UHFFFAOYSA-N ortho-vanillin Chemical compound COC1=CC=CC(C=O)=C1O JJVNINGBHGBWJH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 36
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 27
- OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N Methanol Chemical compound OC OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 24
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 19
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 19
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 18
- 239000000243 solution Substances 0.000 claims description 17
- 239000011148 porous material Substances 0.000 claims description 16
- 125000003277 amino group Chemical group 0.000 claims description 12
- LZZYPRNAOMGNLH-UHFFFAOYSA-M Cetrimonium bromide Chemical compound [Br-].CCCCCCCCCCCCCCCC[N+](C)(C)C LZZYPRNAOMGNLH-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 8
- 238000005119 centrifugation Methods 0.000 claims description 8
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 7
- 239000012071 phase Substances 0.000 claims description 7
- 238000003980 solgel method Methods 0.000 claims description 6
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 239000012153 distilled water Substances 0.000 claims description 5
- 238000009826 distribution Methods 0.000 claims description 5
- 238000000926 separation method Methods 0.000 claims description 5
- 239000007790 solid phase Substances 0.000 claims description 5
- 238000005406 washing Methods 0.000 claims description 5
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 claims description 4
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims description 4
- 230000008685 targeting Effects 0.000 claims description 4
- PAWQVTBBRAZDMG-UHFFFAOYSA-N 2-(3-bromo-2-fluorophenyl)acetic acid Chemical compound OC(=O)CC1=CC=CC(Br)=C1F PAWQVTBBRAZDMG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 238000007306 functionalization reaction Methods 0.000 claims description 3
- 238000010992 reflux Methods 0.000 claims description 3
- 238000001338 self-assembly Methods 0.000 claims description 3
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 claims description 2
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 claims description 2
- 229940073455 tetraethylammonium hydroxide Drugs 0.000 claims description 2
- LRGJRHZIDJQFCL-UHFFFAOYSA-M tetraethylazanium;hydroxide Chemical compound [OH-].CC[N+](CC)(CC)CC LRGJRHZIDJQFCL-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 2
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 14
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 12
- 238000009833 condensation Methods 0.000 description 9
- 239000000499 gel Substances 0.000 description 9
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 9
- 238000000802 evaporation-induced self-assembly Methods 0.000 description 7
- 239000004094 surface-active agent Substances 0.000 description 7
- WYTZZXDRDKSJID-UHFFFAOYSA-N (3-aminopropyl)triethoxysilane Chemical compound CCO[Si](OCC)(OCC)CCCN WYTZZXDRDKSJID-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 229910001385 heavy metal Inorganic materials 0.000 description 6
- 230000005494 condensation Effects 0.000 description 5
- 125000000524 functional group Chemical group 0.000 description 5
- 229910013633 m-SiO Inorganic materials 0.000 description 5
- BOTDANWDWHJENH-UHFFFAOYSA-N Tetraethyl orthosilicate Chemical compound CCO[Si](OCC)(OCC)OCC BOTDANWDWHJENH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000007062 hydrolysis Effects 0.000 description 4
- 238000006460 hydrolysis reaction Methods 0.000 description 4
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 4
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 4
- 230000001476 alcoholic effect Effects 0.000 description 3
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 3
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 3
- 150000001282 organosilanes Chemical class 0.000 description 3
- 239000011541 reaction mixture Substances 0.000 description 3
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 3
- 239000000725 suspension Substances 0.000 description 3
- 125000003396 thiol group Chemical group [H]S* 0.000 description 3
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000005033 Fourier transform infrared spectroscopy Methods 0.000 description 2
- BLRPTPMANUNPDV-UHFFFAOYSA-N Silane Chemical compound [SiH4] BLRPTPMANUNPDV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000002250 absorbent Substances 0.000 description 2
- 230000002745 absorbent Effects 0.000 description 2
- 239000002738 chelating agent Substances 0.000 description 2
- 239000000356 contaminant Substances 0.000 description 2
- 238000003795 desorption Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 235000019441 ethanol Nutrition 0.000 description 2
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 2
- 238000001027 hydrothermal synthesis Methods 0.000 description 2
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 2
- 239000013335 mesoporous material Substances 0.000 description 2
- 229910021645 metal ion Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002243 precursor Substances 0.000 description 2
- 229910000077 silane Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000005063 solubilization Methods 0.000 description 2
- 230000007928 solubilization Effects 0.000 description 2
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 2
- RNAMYOYQYRYFQY-UHFFFAOYSA-N 2-(4,4-difluoropiperidin-1-yl)-6-methoxy-n-(1-propan-2-ylpiperidin-4-yl)-7-(3-pyrrolidin-1-ylpropoxy)quinazolin-4-amine Chemical compound N1=C(N2CCC(F)(F)CC2)N=C2C=C(OCCCN3CCCC3)C(OC)=CC2=C1NC1CCN(C(C)C)CC1 RNAMYOYQYRYFQY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N Calcium Chemical group [Ca] OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920001661 Chitosan Polymers 0.000 description 1
- 229910013504 M-O-M Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 239000003929 acidic solution Substances 0.000 description 1
- 230000002378 acidificating effect Effects 0.000 description 1
- 125000003172 aldehyde group Chemical group 0.000 description 1
- 125000000129 anionic group Chemical group 0.000 description 1
- 239000012736 aqueous medium Substances 0.000 description 1
- 229910052785 arsenic Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000001479 atomic absorption spectroscopy Methods 0.000 description 1
- 239000003637 basic solution Substances 0.000 description 1
- 231100000693 bioaccumulation Toxicity 0.000 description 1
- 229920001222 biopolymer Polymers 0.000 description 1
- 229910052793 cadmium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000001354 calcination Methods 0.000 description 1
- 229910052791 calcium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011575 calcium Substances 0.000 description 1
- 125000003178 carboxy group Chemical group [H]OC(*)=O 0.000 description 1
- 125000002091 cationic group Chemical group 0.000 description 1
- VFHDWGAEEDVVPD-UHFFFAOYSA-N chembl507897 Chemical group C1=CC(O)=CC=C1C(C1=CC=C(N1)C(C=1C=CC(O)=CC=1)=C1C=CC(=N1)C(C=1C=CC(O)=CC=1)=C1C=CC(N1)=C1C=2C=CC(O)=CC=2)=C2N=C1C=C2 VFHDWGAEEDVVPD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000009388 chemical precipitation Methods 0.000 description 1
- 239000002734 clay mineral Substances 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 238000006482 condensation reaction Methods 0.000 description 1
- 239000012154 double-distilled water Substances 0.000 description 1
- 239000003651 drinking water Substances 0.000 description 1
- 235000020188 drinking water Nutrition 0.000 description 1
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 239000003344 environmental pollutant Substances 0.000 description 1
- 238000003912 environmental pollution Methods 0.000 description 1
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 1
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 1
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 1
- 239000000706 filtrate Substances 0.000 description 1
- 238000005189 flocculation Methods 0.000 description 1
- 238000005188 flotation Methods 0.000 description 1
- 230000036541 health Effects 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 230000003100 immobilizing effect Effects 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 238000005342 ion exchange Methods 0.000 description 1
- 229910052745 lead Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 239000002609 medium Substances 0.000 description 1
- 238000005374 membrane filtration Methods 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 1
- 239000012229 microporous material Substances 0.000 description 1
- 229920000344 molecularly imprinted polymer Polymers 0.000 description 1
- 230000000877 morphologic effect Effects 0.000 description 1
- MQWFLKHKWJMCEN-UHFFFAOYSA-N n'-[3-[dimethoxy(methyl)silyl]propyl]ethane-1,2-diamine Chemical compound CO[Si](C)(OC)CCCNCCN MQWFLKHKWJMCEN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 description 1
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N nitrogen Substances N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000008520 organization Effects 0.000 description 1
- 230000037361 pathway Effects 0.000 description 1
- 238000005191 phase separation Methods 0.000 description 1
- 239000002367 phosphate rock Substances 0.000 description 1
- 238000007747 plating Methods 0.000 description 1
- 231100000719 pollutant Toxicity 0.000 description 1
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 1
- 230000005180 public health Effects 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
- 238000007670 refining Methods 0.000 description 1
- 230000008929 regeneration Effects 0.000 description 1
- 238000011069 regeneration method Methods 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 230000000717 retained effect Effects 0.000 description 1
- 238000001223 reverse osmosis Methods 0.000 description 1
- 238000004626 scanning electron microscopy Methods 0.000 description 1
- 239000002689 soil Substances 0.000 description 1
- 238000002336 sorption--desorption measurement Methods 0.000 description 1
- 239000012798 spherical particle Substances 0.000 description 1
- 238000001308 synthesis method Methods 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- 230000001988 toxicity Effects 0.000 description 1
- 231100000419 toxicity Toxicity 0.000 description 1
- 229910052723 transition metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000003624 transition metals Chemical class 0.000 description 1
- 238000009827 uniform distribution Methods 0.000 description 1
- 238000001845 vibrational spectrum Methods 0.000 description 1
- 239000002351 wastewater Substances 0.000 description 1
- 229920001285 xanthan gum Polymers 0.000 description 1
- 229940082509 xanthan gum Drugs 0.000 description 1
- 239000000230 xanthan gum Substances 0.000 description 1
- 239000010457 zeolite Substances 0.000 description 1
Landscapes
- Solid-Sorbent Or Filter-Aiding Compositions (AREA)
Description
Invenția se referă la un procedeu pentru obținerea unui material adsorbant pe bază de silice mezoporoasă funcționalizată cu 2-hidroxi-3-metoxibenzaldehidă, cu capacitate ridicată de adsorbție a ionilor Pb2+ din soluții apoase.
Poluarea cu ioni ai metalelor grele (Pb, As, Cd, Hg, Cu etc.) reprezintă una dintre cele mai stringente probleme de poluare a mediului cu care se confruntă omenirea. Ca și în cazul altor poluanți, când se depășesc limitele maxime admise, ionii metalelor grele afectează grav organismele vii datorită toxicității și capacității lor de a se bioacumula în diverse țesuturi. Din categoria metalelor grele, plumbul este unul dintre cele mai utilizate în activități industriale precum rafinarea țițeiului, fabricarea bateriilor, industria extractivă, placarea metalelor etc. Limita maximă de Pb2+ în apa potabilă, admisă de Organizația Mondială a Sănătății și de Uniunea Europeană este de 10 pg/L. Din acest motiv îndepărtarea Pb2+ din apele reziduale, utilizând diverse materiale și tehnologii, a devenit în ultimii ani un subiect deosebit de important și intens investigat datorită impactului asupra sănătății populației și asupra mediului.
Metodele cele mai utilizate de eliminare a ionilor metalelor grele sunt: precipitarea chimică, flotația, schimbul ionic, coagularea-flocularea, adsorbția, filtrarea prin membrane, osmoza directă și inversă. Dintre acestea, adsorbția este considerată una dintre cele mai eficiente, economice, facile și selective metode de eliminare a contaminanților din ape. Materialele adsorbante cele mai performante sunt cele care îndeplinesc cumulativ mai multe condiții: suprafață specifică mare, porozitate bine definită cu dimensiuni ale porilor care să permită accesul facil al contaminanților la centrii de adsorbție și o cinetică rapidă, proprietăți ale suprafeței care să determine o capacitate ridicată de adsorbție, posibilitate de regenerare și reutilizare în mai multe cicluri de adsorbție-desorbție. Până în prezent au fost studiate numeroase materiale adsorbante, dintre care cele mai importante sunt: cărbunele activ, silicea mezoporoasă, zeoliții, oxizii metalici, mineralele argiloase, rocile fosfatice, apatitele, biopolimerii (exemplu: chitosan). Fiecare dintre aceste materiale prezintă atât avantaje cât și dezavantaje, care în funcție de raportul lor, determină utilizarea practică a acestora. Silicea mezoporoasă se remarcă datorită proprietăților texturale deosebite pe care le are: suprafață specifică și volum mare de pori, distribuție dimensională a porilor îngustă și controlabilă. Volumul mare de pori și distribuția dimensională a acestora permit o mai ușoară accesibilitate a ionilor metalici/moleculelor organice la suprafața internă a silicei mezoporoase, ceea ce conduce la procese de adsorbție mult mai rapide în comparație cu alte materiale adsorbante. Deoarece controlul precis al structurii și proprietăților (în special al porozității) materialelor mezoporoase este un factor determinant în aplicațiile acestora, strategiile de sinteză trebuie adaptate în așa fel încât să conducă la obținerea proprietăților dorite.
Este cunoscută din articolul ( Adsorption of heavy metals on functionalizedmesoporous silica” - E. Da'na, Microporous and Mesoporous Materials,Voi. 247,15 July 2017, Pages 145-157) performanța adsorbanților de metale grele, pe bază de silice mezoporoasă, punându-se accent pe factorii care o afectează, cum ar fi proprietățile structurale, proprietățile chimice ale grupărilor funcționale și proprietățile structurii anorganico-organice combinate. Articolul include adsorbanții sintetizați prin două căi de sinteză majore și anume grefarea și co-condensarea.
Metodele tradiționale cele mai cunoscute de sinteză a materialelor pe bază de silice mezoporoasă sunt cele hidrotermale și respectiv sol-gel, utilizând agenți de direcționare a structurii de tipul surfactanților anionici, cationici sau neutri, și o sursă de silice, în diverse condiții de pH, temperatură, presiune și diferiți solvenți. Sinteza hidrotermală constă, în principiu, în adăugarea sursei de silice la o soluție acidă sau bazică de surfactant, de concentrație cunoscută, pentru a se obține un gel apos care mai apoi este supus unui tratament termic la o anumită temperatură și pentru un anumit interval de timp, în autoclavă, pentru a cristaliza.
RO 133147 Β1
Materialul obținut este apoi spălat, uscat și prelucrat prin calcinare sau extracție pentru a 1 îndepărta surfactantul utilizat și a obține silicea mezoporoasă. Metoda prezintă o serie de dezavantaje, dintre care cele mai importante sunt consumul mare de energie și de timp. De 3 asemenea, prezența mediului apos determină hidroliză rapidă a organosilanilor utilizați în scopul funcționalizării suprafeței, deci un grad mai redus de condensare între aceștia și matricea de 5 silice, și în consecință o cantitate redusă de grupări funcționale pe suprafață. Pe de altă parte, metoda sol-gel este o metodă relativ simplă în cadrul căreia precursorii de silice sunt dispersați 7 într-un solvent, de obicei alcool, la temperaturi scăzute (< 100°C). într-o primă etapă se formează particule coloidale independente, care de cele mai multe ori sunt foarte bine dispersate 9 în solvent, obținându-se o suspensie coloidală numită sol. în timp, particulele coloidale se agregă pentru a forma o rețea tridimensională deschisă, numită gel. Cele două reacții impor- 11 tante în procesul sol-gel, hidroliză și condensarea, conduc la formarea punților de tip M-OH-M sau M-O-M. 13
Este cunoscută din articolul, (“Synthesisofthiol-functionalized MCM-41 mesoporous silicas and its application in Cu(ll), Pb(ll), Ag(l), and Cr(lll) removal”S. Wu, F. Li, R. Xu, S. 15 Wei, G. Li, Journal of Nanoparticle Research 2010, 12, 2111-2124) sinteza silicei mezoporoase de tip MCM-41 cu structură hexagonală, funcționalizată cu grupări tiol, printr-o 17 metodă sol-gel, și anume EISA (autoasamblarea indusă prin evaporare) și aplicarea sa în îndepărtarea Cu (II), Pb (II), Ag (I) și Cr (III) din soluții apoase. 19
Din articolul (“Versatility of Evaporation-lnduced Self-Assembly (EISA) Method for Preparation of Mesoporous TiO2 for Energy and Environmental Applications”- L. 21 Mahoney, R.T. Koodali, Materials 2014, 7, pag. 2697-2746) este cunoscut mecanismul metodei de sinteză EISA si parametrii care influențează procesul de sinteză. 23
De cele mai multe ori eficiența adsorbanților pe bază de silice mezoporoasă depinde de existența unor situsuri specifice care să faciliteze procesul de adsorbție. Din acest motiv, multe 25 studii recente s-au focalizat pe imobilizarea diferitelor grupări funcționale pe pereții interiori ai mezoporilor de silice. Există 3 căi principale prin care se poate atinge acest obiectiv: 27
- utilizarea unui silan funcționalizat în procesul de sinteză al silicei mezoporoase;
- co-condensarea unui organosilan împreună cu precursorul de silice; 29
- grefarea ulterioară a silicei mezoporoase.
Dintre acestea, co-condensarea prezintă cele mai multe avantaje, cum arfi: imobilizarea 31 unui număr mare de grupări funcționale și distribuția uniformă a acestora pe suprafața silicei.
Problema tehnică pe care o rezolvă invenția constă în obținerea unui material adsorbant 33 pe bază de silice mezoporoasă funcționalizată cu suprafață specifică mare, cu capacitate mare de adsorbție a ionilor de Pb2+ din soluții apoase. 35
Procedeul conform invenției elimină dezavantajele metodelor hidrotermale de obținere a silicei mezoporoase funcționalizate, prin aceea că utilizează o strategie simplă de sinteză, și 37 anume autoasamblarea indusă prin evaporare (EISA), o metodă sol-gel cu consum energetic și costuri reduse, și conduce la obținerea unei structuri mezoporoase bine definite și ordonate, 39 cu o densitate mare de grupări amino pe suprafața internă a porilor, care printr-o reacție de condensare simplă cu un agent chelator(2-hidroxi-3-metoxibenzaldehida) conduce la obținerea 41 unui material adsorbant cu suprafață specifică și volum mare de pori și, respectiv, cu o distribuție dimensională a porilor ce permite adsorbția facilă și rapidă a ionilor metalici Pb2+ din 43 soluții apoase. Capacitatea de adsorbție a materialului obținut față de ionii Pb2+ din soluții apoase este superioară majorității materialelor pe bază de silice mezoporoasă cu structură 45 ordonată raportate în literatura de specialitate (tabelul 1).
RO 133147 Β1
Capacitatea de adsorbție a ionilor Pb a unor materiale pe bază de silice mezoporoasă
Tabelul 1
Material adsorbant | Capacitatea de adsorbție maximă (mg/g) |
silice mezoporoasă (AMS) | 4,57 |
SBA-15 functionalizată cu grupări amino (particule cu formă lamelară) | 12,85 |
silice mezoporoasă sub formă de sfere goale încărcate cu polimeri amprentați molecular (H-MIPs) | 40,80 |
compozite hibride de tip silice modificată cu alginat de calciu-gumă xantan | 18,9 |
SBA-15 funcționalizată cu grupări tiol (particule cu structură de fibre) | 25,9 |
silice funcționalizată cu tetrasulfură | 46,3 |
MCM-41 obținută în câmp de microunde | 58,5 |
silice mezoporoasă - particule sferice (SMSM) | 59,3 |
MCM-41 funcționalizată cu grupări mercapto | 66,04 |
KIT-6 funcționalizată cu -COOH | 75 |
silice mezoporoasă funcționalizată cu N-(2-aminoetil)-3-aminopropil metildimetoxisilan (NH2-HMS) | 119,04 |
SBA-15 modificată cu tetrakis(4-hidroxifenil) porfirina (THPP-SBA-15) | 134 |
HMS funcționalizată cu grupări amino | 89 |
silice mezoporoasă funcționalizată cu grupări amino obținută prin metoda EISA | 85,34 |
Procedeul conform invenției constă în utilizarea unei soluții alcoolice ce conține unul sau doi surfactanți, cu o concentrație inițială foarte scăzută, împreună cu un silan și un organosilan, din care se dezvoltă gradual o mezofază cristalină, la temperatura camerei, pe măsură ce solventul se evaporă. Co-condensarea lentă a matricii anorganice cu faza cristalină lichidă conduce la formarea unei mezostructuri bine definite de silice ce conține o densitate mare de grupări amino, care printr-un proces facil de condensare ulterioră cu un agent chelator, determină obținerea unui material adsorbant foarte eficient pentru îndepărtarea ionilor Pb2+ din soluții apoase. Procedeul este foarte eficient și flexibil și permite sinteza rațională și controlată a unor mezostructuri de silice prin ajustarea judicioasă a parametrilor care influențează procesul.
Procedeul de obținere a absorbantului pe bază de silice mezoporoasă funcționalizată cu 2-hidroxi-3-metoxibenzaldehidă, conform invenției, cuprinde următoarele etape:
- Obținerea silicei mezoporoase cu conținut de grupări amino, cu structură poroasă ordonată și volum mare de pori. Sinteza silicei mezoporoase cu conținut de grupări amino se realizează printr-o metodă sol-gel de autoasamblare indusă prin evaporare, în prezența a doi agenți de direcționare a structurii, bromura de cetiltrimetilamoniu (CTAB) și hidroxidul de tetraetilamoniu (TEAOH). într-o primă fază are loc solubilizarea bromurii de cetiltrimetilamoniu în alcool etilic absolut, la temperatura camerei, prin agitare puternică pe un agitator magnetic,
RO 133147 Β1 timp de 2 h. Concomitent are loc prehidroliza lentă a aminopropiltrietoxisilanului (APTES) în 1 mediu de etanol absolut (EtOH) acidifiat cu HCI2M, timp de 1,5 h, urmată de adăugarea celui de al doilea surfactant (TEAOH) și agitarea amestecului în continuare pentru încă 30 min. 3 Următoarea fază constă în adăugarea, sub agitare puternică, a soluției alcoolice de CTAB peste amestecul de APTES prehidrolizat și TEAOH, urmată de adăugarea în picătură a tetra- 5 etoxisilanului (TEOS), cu formarea unei soluții opalescente. După aproximativ 20...30 min de agitare puternică, soluția opalescentă gelifiază. După 1 h de agitare continuă, gelul rezultat se 7 lasă să se evapore la temperatura camerei timp de 48 h. Hidroliza totală a surselor de silice se realizează prin adăugarea de apă distilată la gelul uscat și menținerea suspensiei rezultate la 9 temperatura camerei, în condiții statice, timp de 48 h. Procesul este urmat de separarea fazei solide de silice prin centrifugare la 4000 rpm, timp de 10 min, și spălarea acesteia cu apă 11 distilată de 3 până la 5 ori. în faza următoare, pentru îndepărtarea surfactanților din porii silicei, aceasta se refluxează 6 h în metanol acidifiat cu HCI 2M, și ulterior încă 6 h într-o soluție 13 etanolică de azotat de amoniu de concentrație 2 g/L. După separarea prin centrifugare, urmată de un ciclu de spălare cu etanol, faza solidă de silice mezoporoasă cu conținut de grupări amino 15 (notată m-SiO2-NH2) se usucă în etuvă la 70°C, timp de 6 h.
- Funcționalizarea silicei mezoporoase m-SiO2-NH2 cu 2-hidroxi-3-metoxibenzaldehida. 17 Procedeul constă în condensarea grupărilor amino existente în structura silicei mezoporoase cu grupările aldehidice ale moleculelor de 2-hidroxi-3-metoxibenzaldehidă, cu formarea unor 19 legături de tip imină cu proprietăți chelatoare față de ioni ai metalelor tranziționale. într-o primă fază are loc solubilizarea 2-hidroxi-3-metoxibenzaldehidei în metanol absolut, prin agitare 21 puternică (-500 rpm) pe un agitator magnetic, timp de 5 min. Următoarea fază constă în adăugarea silicei mezoporoase m-SiO2-NH2 la soluția de 2-hidroxi-3-metoxibenzaldehidă și refluxa- 23 rea amestecului obținut la 80°C, timp de 8 h. După finalizarea reacției, faza solidă galbenă de silice funcționalizată cu 2-hidroxi-3-metoxibenzaldehidă este separată din amestecul de reacție 25 prin centrifugare și spălată de trei ori cu metanol absolut, apoi uscată în etuvă la 75°C, timp de 6 h. 27 în experimente s-au utilizat materii prime de puritate înaltă (TEOS, APTES, CTAB, soluție apoasă TEAOH 20%, EtOH absolut > 99,5%, HCI 2M, apă bidistilată). Materialul obținut 29 a fost caracterizat din punct de vedere structural, textural și morfologic, prin spectroscopie FTIR, adsorbție - desorbție de azot (analizor de suprafață specifică și porozitate ASAP 2020, 31 Micromeritics) și prin microscopie electronică de baleiaj SEM (microscop electronic de înaltă rezoluție FEI Quanta 3D FEG). Determinarea concentrației ionilor Pb2+ în soluțiile apoase 33 utilizate pentru efectuarea experimentelor de adsorbție s-a realizat cu ajutorul unui spectrometru de absorbție atomică . 35 într-un vas de reacție tip pahar Berzelius se solubilizează 2,19 g CTAB în 40 g EtOH absolut, prin agitare puternică (~ 750 rpm), pe un agitator magnetic, la temperatura camerei, 37 timp de 2 h, până la obținerea unei soluții limpezi. Concomitent, într-un alt pahar Berzelius, se prehidrolizează lent 1,76 g APTES în 20 g EtOH absolut acidifiat cu 0,4 g HCI 2M, timp de 1,5 h, 39 la temperatura camerei, apoi se adaugă 3,6 g TEAOH sub agitare continuă (~ 500 rpm) și se menține amestecul în aceleași condiții pentru încă 30 min. Ulterior soluția alcoolică de CTAB 41 se adaugă, sub agitare puternică, peste amestecul de APTES prehidrolizat și TEAOH. La amestecul rezultat se adaugă în picătură și sub agitare continuă 6,64 g TEOS, obținându-se o soluție 43 opalescentă care gelifiază după aproximativ 20...30 min de agitare. După o oră de agitare puternică, gelul rezultat se transferă într-un cristalizor din sticlă, cu diametrul de 140 mm, și se 45 lasă să se evapore la temperatura camerei timp de 48 h. Hidroliza totală a surselor de silice se realizează prin adăugarea a 20 ml apă distilată la gelul uscat și menținerea suspensiei rezultate 47 la temperatura camerei, în condiții statice, timp de 48 h. Procesul este urmat de separarea fazei
RO 133147 Β1 solide de silice prin centrifugare la 4000 rpm, timp de 10 min, și spălarea acesteia cu apă distilată de 3 ori. în etapa următoare, pentru îndepărtarea surfactanților din porii silicei, aceasta se refluxează timp de 6 h în 100 ml metanol acidifiat cu câteva picături de HCI 2M, și ulterior, după separarea din soluția metanolică, se refluxează încă 6 h în 100 ml soluție etanolică de azotat de amoniu de concentrație 2 g/L. După separarea prin centrifugare a fazei solide de silice mezoporoasă, aceasta este supusă unui ciclu de spălare cu EtOH absolut și apoi uscării în etuvă la 70°C, timp de 6 h. După uscare se obține o cantitate de 3,95 g silice mezoporoasă cu conținut de grupări amino.
Funcționalizarea silicei mezoporoase cu 2-hidroxi-3-metoxibenzaldehida într-un balon din sticlă termorezistentă, se introduc 0,6 g 2-hidroxi-3-metoxibenzaldehidă care se solubilizează în 40 ml metanol absolut, prin agitare puternică pe un agitator magnetic (~ 500 rpm), timp de 5 min, la temperatura camerei. Peste soluția rezultată se adaugă 0,6 g silice mezoporoasă cu conținut de grupări amino. Amestecul de reacție astfel rezultat se refluxează la 80°C, timp de 8 h. După finalizarea reacției, faza solidă galbenă de silice funcționalizată cu 2-hidroxi-3-metoxibenzaldehidă este separată din amestecul de reacție prin centrifugare și spălată de trei ori cu câte 40 ml metanol absolut. După tratamentul termic de uscare în etuvă la 75°C, timp de 6 h, se obține o pulbere fină, omogenă (fig. 1), de silice mezoporoasă funcționalizată cu 2-hidroxi-3-metoxibenzaldehidă (m-SiO2-NH-VAN) cu următoarele caracteristici: suprafață specifică BET determinată din izoterma de adsorbție (fig. 2) de 485 m2/g, volum total de pori de 1,52 cm3/g, distribuția dimensională a porilor determinată din izoterma de desorbție prin metoda BJH (Barrett Joyner Halenda) cuprinsă între 2 și 23 nm (fig. 3), cu o valoare medie de 10,6 nm. Spectrul de vibrație FTIR (fig. 4) a confirmat grefarea 2-hidroxi-3metoxibenzaldehidei pe suprafața silicei prin prezența benzii caracteristice vibrației legăturii azometinice rezultată prin condensare, la 1624 cm'1.
Evaluarea capacității de adsorbție a ionilor Pb2+ pe silicea mezoporoasă funcționalizată cu 2-hidroxi-3-metoxibenzaldehidă
Experimentele de adsorbție s-au realizat în regim discontinuu, utilizând soluții apoase sintetice de Pb(NO3)2 de diverse concentrații. Toate testele de echilibru s-au efectuat prin agitarea a 0,025 g adsorbant m-SiO2-NH-VAN cu 25 ml soluție apoasă de Pb2+ de concentrație cunoscută, la temperatura camerei, timp de 24 h, pe un shaker orbital la 150 rpm. După atingerea echilibrului, soluțiile au fost filtrate, iar concentrația reziduală de plumb în filtrat s-a determinat prin spectrometrie de absorbție atomică. Pe baza rezultatelor obținute s-a determinat că modelul care descrie cel mai bine procesul de adsorbție a ionilor Pb2+ pe suprafața absorbantului este modelul izotermei Langmuir. Capacitatea maximă de adsorbție determinată utilizând acest model este de 142,86 mg/g.
Pentru a stabili cinetica procesului de adsorbție, s-a studiat efectul timpului de contact asupra adsorbției ionilor Pb2+ pe silicea mezoporoasă funcționalizată cu 2-hidroxi-3-metoxibenzaldehidă, în intervalul de timp 0...360 min, la pH = 6, utilizând soluții cu diverse concentrații de Pb(ll) (fig. 5). Rezultatele experimentale obținute au demonstrat că procesul de adsorbție a ionilor Pb2+ pe silicea mezoporoasă funcționalizată cu 2-hidroxi-3-metoxibenzaldehidă poate fi descris folosind modelul cinetic de pseudo-ordinul II conform căruia adsorbția decurge prin intermediul unor interacțiuni chimice între grupările funcționale de pe suprafața adsorbantului și ionii Pb2+ din soluția apoasă. Procesul este foarte rapid, în primele 60 min fiind adsorbită 93% din cantitatea totală de ioni Pb2+ reținută de acest material adsorbant.
Claims (2)
1. Material adsorbant pe bază de silice mezoporoasă funcționalizată, caracterizat prin 3 aceea că, are o suprafață specifică BET de 485 m2/g, volum total de pori de 1,52 cm3/g și o distribuție a dimensiunii porilor cuprinsă între 2...23 nm, cu capacitate maximă de adsorbție a 5 ionilor Pb2+ din soluții apoase de 142,86 mg/g.
2. Procedeu pentru obținerea unui material adsorbant pe bază de silice mezoporoasă 7 conform revendicării 1, caracterizat prin aceea că, cuprinde următoarele etape:
- obținerea fazei de silice mezoporoasă cu conținut de grupări amino, printr-o metodă 9 sol-gel de autoasamblare indusă prin evaporare, în prezența a doi agenți de direcționare a structurii, brom ura de cetiltrimetilamoniu și hidroxidul de tetraetilamoniu 11 care facilitează obținerea unui volum mare de pori cu dimensiune medie superioară;
- separarea fazei solide de silice prin centrifugare și spălarea acesteia cu apă distilată 13 de minimum 3 ori;
- îndepărtarea agenților de direcționare a structurii din porii silicei prin refluxare în 15 metanol acidifiat cu HCI2M, timp de 6 h, și apoi într-o soluție etanolică de azotat de amoniu de concentrație 2 g/L, timp de încă 6 h, urmată de separarea fazei de silice mezoporoasă prin 17 centrifugare, spălarea acesteia cu etanol și uscarea la 70°C, timp de 6 h;
- funcționalizarea silicei mezoporoase cu 2-hidroxi-3-metoxibenzaldehidă prin refluxarea 19 la 80°C, timp de 8 h, a amestecului obținut prin adăugarea silicei mezoporoase sintetizată anterior la o soluție metanolică de 2-hidroxi-3-metoxibenzaldehidă, urmată de separarea fazei 21 solide prin centrifugare, spălarea cu metanol absolut de minimum 3 ori, apoi uscare la 75°C, timp de 6 h. 23
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
ROA201700659A RO133147B1 (ro) | 2017-09-15 | 2017-09-15 | Procedeu de obţinere a unui adsorbant pe bază de silice mezoporoasă funcţionalizată pentru adsorbţia ionilor pb 2+ din soluţii apoase |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
ROA201700659A RO133147B1 (ro) | 2017-09-15 | 2017-09-15 | Procedeu de obţinere a unui adsorbant pe bază de silice mezoporoasă funcţionalizată pentru adsorbţia ionilor pb 2+ din soluţii apoase |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RO133147A2 RO133147A2 (ro) | 2019-03-29 |
RO133147B1 true RO133147B1 (ro) | 2020-12-30 |
Family
ID=65859677
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
ROA201700659A RO133147B1 (ro) | 2017-09-15 | 2017-09-15 | Procedeu de obţinere a unui adsorbant pe bază de silice mezoporoasă funcţionalizată pentru adsorbţia ionilor pb 2+ din soluţii apoase |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RO (1) | RO133147B1 (ro) |
-
2017
- 2017-09-15 RO ROA201700659A patent/RO133147B1/ro unknown
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RO133147A2 (ro) | 2019-03-29 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Edathil et al. | Alginate clay hybrid composite adsorbents for the reclamation of industrial lean methyldiethanolamine solutions | |
Sriram et al. | Xerogel activated diatoms as an effective hybrid adsorbent for the efficient removal of malachite green | |
Teng et al. | Electrospun cyclodextrin-functionalized mesoporous polyvinyl alcohol/SiO2 nanofiber membranes as a highly efficient adsorbent for indigo carmine dye | |
Shi et al. | High performance adsorbents based on hierarchically porous silica for purifying multicomponent wastewater | |
Asouhidou et al. | Adsorption of Remazol Red 3BS from aqueous solutions using APTES-and cyclodextrin-modified HMS-type mesoporous silicas | |
Soltani et al. | Shell-in-shell monodispersed triamine-functionalized SiO2 hollow microspheres with micro-mesostructured shells for highly efficient removal of heavy metals from aqueous solutions | |
Ahmed et al. | Aluminum doped mesoporous silica SBA-15 for the removal of remazol yellow dye from water | |
Wang et al. | Enhanced adsorptive removal of methylene blue from aqueous solution by alkali-activated palygorskite | |
Abboud et al. | Synthesis and characterization of lignosulfonate/amino-functionalized SBA-15 nanocomposites for the adsorption of methylene blue from wastewater | |
Cheng et al. | Fabrication of graphene oxide/silicalite-1 composites with hierarchical porous structure and investigation on their adsorption performance for rhodamine B | |
Islam et al. | Phosphine-functionalized electrospun poly (vinyl alcohol)/silica nanofibers as highly effective adsorbent for removal of aqueous manganese and nickel ions | |
JP4714931B2 (ja) | 非晶質アルミニウムケイ酸塩の製造方法、及びその方法により得られた非晶質アルミニウムケイ酸塩、並びにそれを用いた吸着剤 | |
CN103084144B (zh) | 一种用于吸附挥发性有机污染物的硅藻土基多孔复合材料及其制备方法 | |
Ahmad et al. | Adsorptive removal of resorcinol on a novel ordered mesoporous carbon (OMC) employing COK-19 silica scaffold: kinetics and equilibrium study | |
CN112408402B (zh) | La活化的功能化树枝状介孔二氧化硅纳米球的制备方法及其应用 | |
Al-Shehri et al. | A review: the utilization of mesoporous materials in wastewater treatment | |
Zhao et al. | Comparative study of modified/non-modified aluminum and silica aerogels for anionic dye adsorption performance | |
Al-Amrani et al. | A comprehensive review of anionic azo dyes adsorption on surface-functionalised silicas | |
Pérez-Quintanilla et al. | Preparation of hybrid organic-inorganic mesoporous silicas applied to mercury removal from aqueous media: Influence of the synthesis route on adsorption capacity and efficiency | |
Kalantari et al. | Thiolated silica nanoadsorbents enable ultrahigh and fast decontamination of mercury (ii): understanding the contribution of thiol moieties' density and accessibility on adsorption performance | |
Hoseini et al. | An organic–inorganic hybrid nanomaterial composed of a Dowson-type (NH 4) 6 P 2 Mo 18 O 62 heteropolyanion and a metal–organic framework: synthesis, characterization, and application as an effective adsorbent for the removal of organic dyes | |
Liu et al. | Fabrication of methyl acrylate modified silica aerogel for capture of Cu 2+ from aqueous solutions | |
Liu et al. | Ordered thiol-functionalized mesoporous silica with macrostructure by true liquid crystal templating route | |
Nguyen et al. | Ultrasonic spray pyrolysis synthesis of TiO 2/Al 2 O 3 microspheres with enhanced removal efficiency towards toxic industrial dyes | |
Lin et al. | Facile Synthesis of Thiol‐functionalized Mesoporous Silica–Their Role for Heavy Metal Removal Efficiency |