Магнетит с модифицированной поверхностью для водоочистки

Abstract

Актуальность. В последнее время возрос интерес к синтезу и модификации магнетита, что связано с возможностью применения его в качестве сорбента для защиты окружающей среды, например, для очистки сточных вод от органических соединений, лекарственных препаратов и от неорганических ионов тяжелых металлов. Необходимость повысить эффективность сорбционных процессов и изучить механизм процессов сорбции магнетита делает актуальной эту проблему. Цель: определение сорбционных возможностей нанопорошков магнетита, полученного химическим способом с модифицированной поверхностью по отношению к неорганическим и органическим ионам, а также лекарственным препаратам для дальнейшего использования в процессах водоочистки. Объект: магнитные нанопорошки на основе магнетита Fe3O4 с модифицированной поверхностью цитрат-ионами и диоксидом кремния. Методы: рентгенофазовый анализ, атомно-эмиссионная спектрометрия с индуктивно-связанной плазмой, метод тепловой десорбции азота, индикаторный метод. Результаты. Магнитные нанопорошки на основе магнетита Fe3O4, покрытые цитрат-ионами (НЧМ) и диоксидом кремния (НЧМ/SiO2), были получены для сорбции органических и неорганических соединений из водных растворов. Изучены их состав и магнитные свойства. Показано, что полученный состав для магнетита с покрытием диоксида кремния соответствует кристаллической и аморфной фазе Fe3O4 и SiO2, соответственно. Кроме того, определена намагниченность насыщения Ms и средний поверхностный диаметр частиц. Изотермы сорбции органических и неорганических соединений на поверхности полученных нанопорошков описываются уравнением Ленгмюра, что свидетельствует об образовании мономолекулярного слоя на поверхности сорбентов. Определена максимальная сорбционная емкость порошков магнетита, модифицированного диоксидом кремния, она составляет для Ni2+ - 22,3 мг/г, метиленового голубого 14,7 мг/г, доксорубицина - 18,8 мг/г. С помощью индикаторного метода определен заряд активных центров поверхности магнетита. Полученные результаты дают возможность моделировать процессы сорбции органических, неорганических веществ и лекарственных препаратов в процессах водоочистки и утилизации химических соединений на фармацевтических предприятиях и в онкологических центрах.

Relevance. Recently, interest in the synthesis of magnetite nanoparticles has been growing, which is due to the possibility of using it as a sorbent for protecting environment, such as, for purifying wastewater from organic compounds, drugs and inorganic heavy metals. The necessity to improve the efficiency of sorption and study mechanism of sorption makes this problem urgent. The main aim of the research is to determine the sorption possibility of inorganic and organic ions, as well as drugs on magnetite powders with a modified surface obtained by a chemical method for further use in water purification. Object: magnetic nanopowders based on FFe3O4with modified surface with citrate ions and dioxide silica. Methods: X-ray phase analysis, inductively coupled plasma atomic emission spectrometry, method of thermal desorption of nitrogen, indicator method. Results. Magnetic powders based on magnetite Fe3O4with a surface coated with сitrate ions (MNP) and silicon dioxide (MNP/SiO2) were obtained for sorption of organic and inorganic compounds from aqueous media. Their composition and magnetic properties were studied. It is shown that the obtained composition of magnetite coated with dioxide silica corresponds to the crystalline phase of Fe3O4 and amorphous phase of SiO2. Furthermore, the saturation magnetization Ms and average surface diameter of particles were determined. The sorption isotherms of organic and inorganic compounds on the surface of obtained nanopowders were described by the Langmuir equation, which indicates the formation of a monomolecular layer on the surface of the sorbents. The maximum sorption capacity of Ni2+ , methylene blue and doxorubicin on silicon dioxide-coated magnetite powders was determined, it is 22,3, 14,7 and 18,8 mg/g, respectively. The charge of surface active centers of the magnetite was determined by the indicator method. The obtained results make it possible to simulate sorption of organic, inorganic substances and drugs in water purification and utilization of chemical compounds in pharmaceutical plants and cancer centers.