ПОЛУЧЕНИЕ ОПТИМАЛЬНЫХ СОРБЕНТОВ НА ОСНОВЕ МИНЕРАЛОВ
Creators: name: Сагимбаева А.Е
name: Косжанова Г.Ж
name: Чинибаева Н.С
name: Садыков К
name: Байдуллаева А.К
name: Бектенов Н.А
Publisher: name: Zenodo
Year: 2025

description: Ионообменники играют ключевую роль в создании экологически чистых, безотходных схем производства. Однако использование сорбентов с гелевой и макропористой структурой не всегда возможно из-за их несовместимости с агрессивными средами, низкой устойчивости к химическим и термическим воздействиям, а также ограниченной проницаемости. Это порождает необходимость разработки отечественных ионообменных сорбентов, обладающих улучшенными физико-химическими свойствами, устойчивых к воздействию агрессивных растворов и пригодных для многократного использования. Такие сорбенты помогут решать проблемы загрязнения промышленных и сточных вод [1,2].


В настоящее время большинство применяемых сорбентов импортируются и зачастую не соответствуют современным требованиям. В связи с этим актуальной задачей является разработка и производство отечественных ионообменников, обладающих высокой сорбционной способностью и улучшенными эксплуатационными характеристиками, которые могут многократно использоваться. Особое внимание уделяется разработке методов получения таких сорбентов из доступного сырья, включая цеолиты, шунгит, бентонит, ракушечник, а также промышленные отходы, такие как золошлаки [3,4].


Цель исследования – создание новых ионообменных материалов, устойчивых к агрессивным средам, с использованием химической модификации полимеров комплексонами, такими как оксиэтилидендифосфоновая кислота (ОЭДФ), нитрилотриметилфосфоновая кислота (НТФК) и этилендиаминтетрауксусная кислота (ЭДТА), которые широко применяются в промышленности и теплоэнергетике. Структура, химический состав и свойства полученных ионообменников будут исследованы с использованием физико-химических методов, с целью определения оптимальных условий их синтеза и выявления новых принципов. Также будет изучена их сорбционная способность по отношению к тяжелым, цветным и редкоземельным металлам, что поможет определить области практического применения.


В отличие от аналогичных исследований, в этом проекте используются недорогие природные материалы, обогащенные хелатообразующими веществами и модифицированные с целью повышения их эффективности. Синтез сорбентов осуществляется в мягких условиях, с применением кросс-связывающих агентов с высокой реакционной способностью и комплексообразующих компонентов. Это делает процесс менее затратным и исключает необходимость использования токсичных реагентов. Благодаря доступности сырья и недорогих реагентов себестоимость синтезированных сорбентов в 2-3 раза ниже зарубежных аналогов. Кроме того, применение промышленных отходов при производстве сорбентов придает проекту значительный экономический и экологический потенциал [5,6].


В данной работе представлено получение минерального сорбента на основе вермикулита. Достигаемый технический результат заключается в снижении температуры обработки, сокращении времени и уменьшении количества этапов процесса. Этот результат достигается за счет обработки смеси, состоящей из 70%-ного глицидилметакрилата (ГМА) и 30%-ного акрилонитрила (АКН), с добавлением концентрированной ортофосфорной кислоты. Массовое соотношение компонентов составляет вермикулит: 70%-ный ГМА: 30%-ный АКН: ортофосфорная кислота 1:0,35:0,15:(1-3). Процесс проходит при повышенной температуре, достигаемой с помощью микроволнового излучения (1100°C). Ключевым отличием предлагаемого метода является использование смеси, содержащей, помимо вермикулита, 70%-ный ГМА и 30%-ный АКН, с применением концентрированной ортофосфорной кислоты в заявленном соотношении компонентов. Нагревание осуществляется посредством микроволнового излучения, что позволяет снизить температурные требования, сократить время обработки и уменьшить количество этапов процесса за счет быстрого и равномерного прогрева всей массы смеси [7,8].


Таким образом, данное исследование посвящено созданию недорогих ионообменных сорбентов, которые могут сыграть важную роль в решении проблемы дефицита пресной воды и предотвращении загрязнения водоемов. В рамках исследования будут синтезированы аниониты и катиониты, устойчивые к химическим, термическим и радиационным воздействиям, что значительно расширит их сферу применения.


Литература


1. Э. А. Камбарова, Х. А. Юсупова Минеральные сорбенты для очистки воды от катионов меди. Вестник Торайгыров университета, Серия Химико-биологическая. № 3. 2023. https://doi.org/10.48081/JBWB7757


2. Мурзакасымова Н. С. Модифицирование анионита лимонной кислотой для эффективной сорбции / Н. С. Мурзакасымова, Э. А. Камбарова, Н. А. Бектенов ; науч. рук. М. А. Гавриленко // Проблемы геологии и освоения недр : труды XXIV Международного симпозиума имени академика М. А. Усова студентов и молодых учёных, посвященного 75-летию Победы в Великой Отечественной войне, Томск, 6-10 апреля 2020 г. : в 2 т. — Томск : Изд-во ТПУ, 2020. — Т. 2. — [С. 357-358].


3. Contino A., Maccarrone G., Zimbone M., Reitano R. Tyrosine capped silver nanoparticles: a newfluorescent sensor for the quantitative determination of copper (II) and cobalt (II) ions, J. Colloid Interface Sci. 462. – 2016. – Р.216 – 222.


4. 5. Jiasheng Mao, Wei Hong, Qian Li, Yue Gao, Yue Jiang, Yanwei Li , Bin Li, Baoyu Gao, Xing Xu. The application strategies and progresses of silicon-based minerals in advanced oxidation processes for water decontamination. Coordination Chemistry Reviews ,V.511, 2024, 215871. https://doi.org/10.1016/j.ccr.2024.215871 


5. Galina Lujanienė, Raman Novikau, Karolina Karalevičiūtė, Vidas Pakštas, Martynas Talaikis, Loreta Levinskaitė, Aušra Selskienė, Algirdas Selskis, Jonas Mažeika, Kęstutis Jokšas . Chitosan-minerals-based composites for adsorption of caesium, cobalt and europium. Journal of Hazardous Materials, V. 462, 2024, 132747. https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2023.132747


6. Niramon Worasith, Bernard A. Goodman. Clay mineral products for improving environmental quality. Applied Clay Science, V. 242, 2023, 106980. https://doi.org/10.1016/j.clay.2023.106980 


7. Banuchandra Nagaraja, Jagadeesh Kumar Janga, Sadam Hossain, Gaurav Verma, Angelica M. Palomino, Krishna R. Reddy. Novel chitosan-based barrier materials for environmental containment: Synthesis, characterization, and contaminant removal capacities and mechanisms. Chemosphere, V. 359, 2024, 142285. https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2024.142285 


8. Синтез и свойства новых ионообменных смол // Universum: Химия и биология:


электрон. научн. журн. Эшкурбонов Ф.Б. [и др.]. 2018. № 5(47). URL: http://7universum.com/ru/ nature/archive/item/5820