Тип публикации: отчёт о НИР
Год издания: 2023
Ключевые слова: методы очистки воды, магнитная сепарация, магнитные наночастицы, ферриты, функционализация наночастиц, адсорбция загрязнителей воды, изотерма адсорбции, кинетика адсорбции
Аннотация: Получены данные о структуре, морфологии и магнитных характеристиках НЧ магнетит-серебро со структурой ядро-оболочка, ядро магнетита, декорированное серебром, синтезированных различными методами: пиролизом (FCA), термическим разложением (FOC) и сольво-термическим (AF). Основной кристаллической фазой всех НЧ был магнетит. Внутри сериПоказать полностьюй образцы различались либо относительным содержанием в них серебра, либо параметрами синтеза, в серии FCA присутствовал и углерод (серия FCA – Fe3O4@C@Ag, серия FOC - Fe3O4 @Ag и серия AF - Ag@Fe3O4). Получены корреляции между характеристиками НЧ в каждой серии и особенностями технологических условий синтеза. Получены данные о кинетике адсорбционной емкости и изотермы адсорбции НЧ магнетит-серебро по отношению к органическими красителям: катионным – метиленовый синий (MB), родамин С (RhC), и анионным – Конго красный (CR) и метиловый оранжевый (MO). Установлены корреляций в цепочке: условия синтеза – структура и морфология частиц – характеристики адсорбции. Для всех серий образцов выявлен различный тип поглощения катионного и анионного красителей. Для образцов серии FCA было выявлено, что увеличение отношения Ag / Fe до 0.25 при синтезе частиц купирует адсорбционную емкость данных частиц поглощать органические красители, так адсорбция катионного красителя уменьшилась вдвое по сравнению с другими образцами этой серии, а адсорбция анионного красителя не происходит. Для образцов серии FOC было выявлено, что увеличение температуры синтеза приводит к формированию более подходящих для адсорбции свойств поверхности. В образцах серии AF - Ag@Fe3O4, увеличение времени выдержки при высокой температуре понижает адсорбционную емкость для всех видов красителей. Общим для всех серий НЧ является предпочтение поглощать катионные красители, что говорит о превалирующей отрицательности поверхности, сформировавшейся в процессе синтеза. Описание экспериментальных данных известными теоретическими моделями адсорбции показали, что временные зависимости адсорбции более близко описываются кинетической моделью псевдо-первого прядка, а концентрационные зависимости близки к модели Ленгмюра. Процесс адсорбции представляет собой мономолекулярную адсорбцию, когда на поверхности НЧ может образоваться только один адсорбционный слой, и силами взаимодействия адсорбированных молекул между собой можно пренебречь. Выделена серия образцов наиболее, перспективная для адсорбции катионных органических красителей (серия FS), в которой равновесные значения адсорбционной емкости достигаются, практически, мгновенно. Для этой серии образцов выявлена высокая каталитическая активность в присутствии борогидрида NaBH4 для деградации ряда красителей: Конго красный, Метиленовый синий, Метиловый оранжевый, Родомин С. Для CR, Родомина C и метиленового оранжевого полная деградация красителя в присутствии НЧ происходит быстрее чем за 10 мин. В этом ряду выделяется метиленовый синий, в котором полной деградации так и не происходит, хотя присутствие НЧ и увеличивает и скорость и величину деградации красителя. Получены данные о структуре, морфологии и магнитных характеристиках наночастиц магнетита, разбавленного ионами Со и Mg, представляющего собой ферриты с общей формулой Co1-xMgxFe2O4 с x, равным 0, 0.2, 0.4, 0.6, 0.8 и 1.0, полученные цитратным методом с использованием в качестве прекурсора лимонной кислоты. На основании обработки данных эффекта Мессбауэра, были записаны кристаллохимические формулы образцов, распределение катионов по кристаллическим позициям. В использованной в настоящей работе цитратной технологии синтез проводился при 700 °С в течение 3 часов, что способствовало локализации всех ионов Co в октаэдрических позициях. Ионы Fe3+ распределены между A и B позициями почти поровну с незначительным превышением количества этих ионов в B позициях. Таким образом, использованная технология синтеза обеспечивает формирование полностью обращенной шпинели Co1-xMgxFe2O4 при любых концентрациях Co и Mg. Рассчитаны значения константы эффективной анизотропии Keff; для образцов с кобальтом они монотонно уменьшаются от 5.27*106 до 1.29*106 эрг/см3, что практически, на 2 порядка величины больше Keff (4*104 эрг/см3) образца, не содержащего ионов кобальта. Образец CoFe2O4 показал высокую скорость и величину поглощения катионного красителя (в 2.5 раз больше чем анионного). По мере увеличения содержания ионов Mg адсорбционная емкость по отношению к анионному красителю увеличивается, показывая изменение доминирующего механизма адсорбции от электростатического до диполь-дипольного взаимодействия между активными центрами (ароматические кольца) красителей и центрами поверхности адсорбента, образовавшимися при синтезе НЧ. Кинетические кривые адсорбции хорошо описываются моделью псевдо-второго порядка, а изотерма моделью моно-слойной адсорбции Ленгмюра.