Jul 20, 2023
Хитозан Церия(IV)
Scientific Reports, том 13, номер статьи: 13049 (2023) Цитировать эту статью 368 Доступов 3 Подробности об альтметрических метриках Избыточное присутствие ионов фосфата(V) в биосфере является одним из наиболее
Том 13 научных отчетов, номер статьи: 13049 (2023) Цитировать эту статью
368 Доступов
3 Альтметрика
Подробности о метриках
Избыточное присутствие ионов фосфата(V) в биосфере является одной из наиболее серьезных проблем, негативно влияющих на водный биоценоз. Таким образом, разделение фосфатов (V) считается важным для устойчивого развития. В представленной работе методом химического соосаждения был разработан оригинальный гидрогель на основе хитозана, модифицированный церием(IV) (Ce-CTS), который затем использовался в качестве адсорбента для эффективного удаления ионов фосфата(V) из их водных растворов. . С научной точки зрения она представляет собой совершенно новую физико-химическую систему. Установлено, что адсорбционное удаление анионов фосфата(V) адсорбентом Ce-CTS превысило 98%, что составляет ок. В 4 раза выше по сравнению с гидрогелем на основе хитозана без какой-либо модификации (несшитый ХТЗ). Наилучший результат адсорбционной емкости фосфатов(V) на адсорбенте Ce-CTS, равный 71,6 мг/г, получен при адсорбции из раствора с исходной концентрацией фосфата(V) 9,76 мг/дм3 и pH 7. доза адсорбента 1 г/дм3, температура 20 °С. Данные о равновесном межфазном распределении адсорбента Ce-CTS и водного раствора фосфатов(V) согласуются с теоретическими моделями изотерм адсорбции Редлиха-Петерсона и Хилла. С кинетической точки зрения модель псевдовторого порядка лучше всего объясняет скорость адсорбции фосфатов(V) на адсорбенте Ce-CTS. Специфическое влияние пористой структуры адсорбента на сопротивление диффузионного массообмена выявлено с использованием кинетической модели Вебера-Морриса. Термодинамическое исследование показало, что процесс экзотермический и адсорбция протекает самопроизвольно. Модификация ХТС церием(IV) привела к значительному улучшению свойств хитозана как в сторону физической адсорбции (повышение точки нулевого заряда адсорбента), так и химической адсорбции (за счет присутствия Ce(IV), проявляющего химическую адсорбцию). сродство к анионам фосфата(V). Разработанный и экспериментально проверенный высокоэффективный адсорбент может быть успешно применен для поглощения фосфатов(V) из водных систем. Адсорбент Ce-CTS стабилен в условиях процесса адсорбции, изменений структуры адсорбента и выщелачивания неорганического наполнителя не наблюдалось.
Фосфор – элемент огромного биологического и промышленного значения. Это один из элементов, необходимых для правильного роста и развития растений и животных. Кроме того, его также широко используют в производстве минеральных удобрений и кормов. Хотя это элемент, необходимый для жизни и правильного функционирования организмов, его избыток может неблагоприятно способствовать значительному ухудшению природной среды. Сброс промышленных отходов и сточных вод, а также элюатов с сельскохозяйственных угодий в поверхностные и подземные воды вызывает множество экологических проблем, вызывающих локальные избытки азота и фосфора в биосфере. Характерным и наиболее заметным последствием чрезмерной местной концентрации питательных веществ в поверхностных водах является явление эвтрофикации, т.е. процесс чрезмерного и слишком быстрого развития водных растений, нарушающий естественный биобаланс в водной среде, приводящий тем самым к его систематическому ухудшению. Из-за относительно низкой растворимости встречающихся в природе твердых соединений фосфора его биогеохимический цикл отличается от типичных циклов других элементов. Фосфор циркулирует в природной среде преимущественно между гидросферой и геосферой, где участвует в ряде химических и фазовых превращений, связанных с растворением и осаждением1,2.
Вода, в которой концентрация фосфора превышает 0,1 мг/дм3, классифицируется как чувствительная к эвтрофикации3. Однако концентрация фосфора в водоемах, расположенных в урбанизированных районах, значительно превышает 0,2 мг/дм34. Это тесно связано со средней концентрацией общего фосфора в городских сточных водах — 6,0 мг/дм3. общая концентрация фосфора представлена суммой содержаний этих трех форм фосфора. Самая большая группа представлена фосфатами (ортофосфатами). Их можно идентифицировать главным образом как различные ионные формы, в зависимости от pH среды. При pH ниже 6 преобладают ионы H2PO4-, при pH выше 6 в основном присутствуют ионы HPO42-, а при pH выше 9 преобладают ионы PO43-. Наиболее распространенными полифосфатами в воде и сточных водах являются пирофосфаты, триполифосфаты и метафосфаты, тогда как наиболее распространенными органическими фосфатами являются фосфолипиды, фосфорамиды, нуклеотиды и фосфаты сахаров6.