Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. Основан в 2009 году

Синтез композиционного сорбента на основе гидроксиапатита и цеолита и его сорбционные свойства

С.А. Бибанаева1, В.М. Скачков1, Н.А. Сабирзянов1, О.В. Корякова2

1 ФГБУН «Институт химии твердого тела Уральского отделения РАН»
2 ФГБУН «Институт органического синтеза им. И.Я. Постовского Уральского отделения РАН»

DOI: 10.26456/pcascnn/2025.17.554

Оригинальная статья

Аннотация: Работа посвящена изучению сорбционных свойств нового композиционного сорбента на основе синтетического цеолита и гидроксиапатита, полученного золь-гель методом, в качестве сорбента для ионов тяжелых цветных металлов (хрома, никеля, железа, меди и цинка) из кислых водных растворов. Изучен химический качественный и количественный состав, морфология исходных реагентов и полученных растворов. Установлено, что композиционный сорбент имеет высокую удельную поверхность (1600 м2/г) и проявляют высокую сорбционную активность и сорбционную емкость, выше, чем моно сорбенты синтетического цеолита и гидроксиапатита, а также выше, чем у механической смеси гидроксиапатит-цеолит. Методом инфракрасной спектроскопии определены характеристики композиционного сорбента, показано наличие нехарактерных полос поглощения 907 и 873 см-1 в спектре, что указывает на образование новых химических связей. Рентгенофазовым анализом определен фазовый состав композиционного сорбента, а сканирующей электронной
микроскопией изучена морфология. Высокая сорбционная активность и емкость полученного композиционного сорбента может быть использована для дополнительной очистки сточных вод предприятий, что может быть реализовано на ряде промышленных производств. По результатам исследования была подана заявка на патент.

Ключевые слова: очистка, композиционный сорбент, гидроксиапатит, сорбция, тяжелые цветные металлы

  • Бибанаева Светлана Александровна – научный сотрудник лаборатории химии гетерогенных процессов, ФГБУН «Институт химии твердого тела Уральского отделения РАН»
  • Скачков Владимир Михайлович – к.х.н., старший научный сотрудник лаборатории химии гетерогенных процессов, ФГБУН «Институт химии твердого тела Уральского отделения РАН»
  • Сабирзянов Наиль Аделевич – д.т.н., главный научный сотрудник лаборатории химии гетерогенных процессов, ФГБУН «Институт химии твердого тела Уральского отделения РАН»
  • Корякова Ольга Васильевна – научный сотрудник лаборатории спектральных методов исследования, ФГБУН «Институт органического синтеза им. И.Я. Постовского Уральского отделения РАН»

Ссылка для цитирования:

Бибанаева, С.А. Синтез композиционного сорбента на основе гидроксиапатита и цеолита и его сорбционные свойства / С.А. Бибанаева, В.М. Скачков, Н.А. Сабирзянов, О.В. Корякова // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. - 2025. - Вып. 17. - С. 554-562. DOI: 10.26456/pcascnn/2025.17.554. ⎘

Полный текст: загрузить PDF файл

Библиографический список:

1. Cundy, C.S. The hydrothermal synthesis of zeolites: History and development from the earliest days to the present time / C. S. Cundy, P. A. Cox // Chemical Reviews. – 2003. – V. – 103. – I. 3, – P. 663-701. DOI: 10.1021/cr020060i.
2. Choi, M. Amphiphilic organosilane-directed synthesis of crystalline zeolite with tunable mesoporosity / M. Choi, H. S. Cho, R. Srivastava, C. Venkatesan, D-H. Choi, R. Ryoo// Nature Materials. – 2006. – V. 5. – I. 9. – P. 718-723. DOI: 10.1038/nmat1705.
3. Mallette, A.J. Synthesis strategies and design principles for nanosized and hierarchical zeolites / A.J. Mallette, S. Seo, J.D. Rimer // Nature Synthesis. – 2022. – V. 1. – I. 7. – P. 521-534. DOI: 10.1038/s44160-022-00091-8.
4. Echevsky, G.V. Direct Insertion of Methane into C3 – C4 Paraffins over Zeolite Catalysts: a Start to the Development of New One-step Catalytic Processes for the Gas-to-Liquid Transformation / G. V. Echevsky E.G. Kodenev, O.V. Kikhtyanin, V.N. Parmon // Applied Catalysis A. – 2004. – V. 258. – I. 2. – P. 159-171. DOI: 10.1016/j.apcata.2003.08.024.
5. Kyungsu, N. Directing zeolite structures into hierarchically nanoporous architectures / N. Kyungsu, C. Jo, J. Kim et al. // Science. – 2011. – I. 6040. – V. 333. – P. 328-332. DOI: 10.1126/science.1204452.
6. Kim, H-W. Effect of CaF2 on densification and properties of hydroxyapatite–zirconia composites for biomedical applications / H-W. Kim, Y-J. Noh, Y-H. Koh, H.-E. Kim, H.-M. Kim // Biomaterials. – 2002. – V. 23. – I. 20. – P. 4113-4121. DOI: 10.1016/s0142-9612(02)00150-3.
7. Guidara, A. The effects of MgO, ZrO2 and TiO2 as additives on microstructure and mechanical properties of Al2O3–FAP composite / A. Guidara, K. Chaari, S. Fakhfakh, J. Bouaziz // Materials Chemistry and Physics. – 2017. – V. 202. – P. 358-368. DOI: 10.1016/j.matchemphys.2017.09.039.
8. Htun, Z.L. Characterization of CaOZrO2 reinforced hap biocomposite for strength and toughness improvement / Z.L. Htun, N. Ahmad, A.A. Thant, A.-F.M. Noor // Procedia Chemistry. – 2016. – V. 19. – Р. 510-516. DOI: 10.1016/j.proche.2016.03.046.
9. Mobasherpour, I. Effect of the addition ZrO2Al2O3 on nanocrystalline hydroxyapatite bending strength and fracture toughness / I. Mobasherpour, M. Solati Hashjin, S.S. Razavi Toosi, R. Darvishi Kamachali // Ceramics International. – 2009. – V. 35. – I. 4. – Р. 1569-1574. DOI: 10.1016/j.ceramint.2008.08.017.
10. Porter, A.E. Effect of sintered silicate-substituted hydroxyapatite on remodeling processes at the bone–implant interface / A.E. Porter, N. Patel, J.N. Skepper, S.M. Best, W. Bonfield // Biomaterials. – 2004. – V. 25. – I. 16. – P. 3303-3314. DOI: 10.1016/j.biomaterials.2003.10.006.
11. Leventouri, Th. Neutron powder diffraction studies of silicon-substituted hydroxyapatite / Th. Leventouri, C.E. Bunaciu, V. Perdikatsis // Biomaterials. – 2003. – V. 24. – I. 23. – P. 4205-4211. DOI: 10.1016/s0142-9612(03)00333-8.
12. Kim, S.R. Synthesis of Si, Mg substituted hydroxyapatites and their sintering behaviors / S.R. Kim, J.H. Lee, Y.T. Kim et al. // Biomaterials. – 2003. – V. 24. – I. 8. – P. 1389-1398. DOI: 10.1016/s0142-9612(02)00523-9.
13. Kuwahara, Y. A novel synthetic route to hydroxyapatite – zeolite composite material from steel slag: investigation of synthesis mechanism and evaluation of physicochemical properties / Y. Kuwahara, T. Ohmichi, T. Kamegawa, K. Mori, H. Yamashita // Journal of Materials Chemistry. – 2009. – V. 19. – I. 39. – P. 7263-7272. DOI: 10.1039/b911177h.
14. Chouchane, T., Synthesis of hydroxyapatite-zeolite from blast furnace slag and its application for the removal of copper, lead and copper-lead mixture by adsorption / T. Chouchane, M. T. Abedgharsa, S. Chouchaneb, A. Boukaria // Advances in Environmental Technology. – 2024. – V. 10. – I. 4. – P. 339-359. DOI: 10.22104/aet.2024.6914.1893.
15. Бибанаева, С.А. Сорбция тяжелых металлов из водных растворов синтетическими цеолитами / С.А. Бибанаева, В.М. Скачков // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. – 2023. – Вып. 15. – С. 924-929. DOI: 10.26456/pcascnn/2023.15.924.
16. Бибанаева, С.А. Синтез и исследование функциональных характеристик композиционных материалов на основе наноразмерного гидроксиапатита и синтетических цеолитов / С.А. Бибанаева, Е.А. Богданова, В.М. Скачков // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. – 2023. – Вып. 15. – С. 913-923. DOI: 10.26456/pcascnn/2023.15.913.
17. Рех, Ю.В. Сорбция катионов La3+ цеолитами из водных растворов / Ю.В. Рех, С.А. Бибанаева, М.С. Валова и др. // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. – 2024. – Вып. 16. – С. 960-970. DOI: 10.26456/pcascnn/2024.16.960.
18. Bogdanova, E.A. Formation of nanodimensional structures in precipitated hydroxyapatite by fluorine substitution / E.A. Bogdanova, V.М. Skachkov, I.S. Medyankina et al. // SN Applied Sciences. – 2020. – V. 2. – I. 9. – Art. № 1565. – 7 p. DOI: 10.1007/s42452-020-03388-5.
19. Богданова, Е.А. Получение биокомозитов на основе наноразмерного гидроксиапатита с оксидами циркония и кремния / Е.А. Богданова, В.М. Скачков, И.М. Гиниятуллин и др. // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. – 2021. – Вып. 13. – С. 655-663. DOI: 10.26456/pcascnn/2021.13.655.
20. Богданова, Е.А. Получение биокомозитов на основе наноразмерного гидроксиапатита с соединениями титана / Е.А. Богданова, В.М. Скачков, К.В. Нефедова // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. – 2022. – Вып. 14. – С. 521-530. DOI: 10.26456/pcascnn/2022.14.521.

⇐ Предыдущая статья | Содержание | Следующая статья ⇒