Хімія, фізика та технологія поверхні, 2016, 7 (4), 421-431.

β-Циклодекстрин-МСМ-41 кремнезем як перспективний адсорбент для вилучення слідових кількостей ароматичних сполук з води



DOI: https://doi.org/10.15407/hftp07.04.421

I. M. Trofymchuk, N. V. Roik, L. A. Belyakova

Анотація


У цьому дослідженні здійснено золь-гель синтез β-циклодекстрин-MCM-41 кремнезему з використанням β-циклодекстринвмісного силану і тетраетилортосилікату (як джерел кремнезему) в присутності йонного темплату (цетилтриметиламоній броміду). β-Циклодекстринвмісний силан було одержано шляхом модифікування (3-амінопропіл)триетоксисилану олігосахаридом, який активували у присутності N,N'-карбонілдиімідазолу. Успішне введення β-циклодекстринових фрагментів у кремнезем було підтверджено за допомогою Фур’є-ІЧ спектроскопії та кількісного хімічного аналізу. Одержаний β-циклодекстрин-MCM-41 кремнезем охарактеризовано методами рентгенівської дифракції, трансмісійної електронної мікроскопії та низькотемпературної адсорбції-десорбції азоту. Вивчено адсорбцію бензену та фенолу з водних розчинів на β-циклодекстрин-MCM-41 кремнеземі в залежності від тривалості контакту та рівноважної концентрації адсорбтиву. Продемонстрована більша специфічність адсорбції ароматичних сполук на β-циклодекстрин-MCM-41кремнеземі у порівнянні з MCM-41.

Ключові слова


MCM-41; β-циклодекстрин; золь-гель синтез; адсорбція; ароматичні сполуки

Повний текст:

PDF (English)

Посилання


1. Busca G., Berardinelli S., Resini C., Arrighi L. Technologies for the removal of phenol from fluid streams: A short review of recent developments. J. Hazard. Mater. 2008. 160(2–3): 265. https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2008.03.045 

2. Kuykendall J.R. Benzene. Encyclopedia of Ecology. Reference Module in Earth Systems and Environmental Sciences. (Amsterdam: Elsevier, 2008).

3. Stewart A.J., Stewart R.F. Phenols. Encyclopedia of Ecology. Reference Module in Earth Systems and Environmental Sciences. (Amsterdam: Elsevier, 2008).

4. Hindarso H., Ismadij S., Wicaksana F., Indraswati N. Adsorption of benzene and toluene from aqueous solution onto granular activated carbon. J. Chem. Eng. Data. 2001. 46(4):788. https://doi.org/10.1021/je000176g 

5. Roostaei N., Tezel F.H. Removal of phenol from aqueous solutions by adsorption. J. Environ. Manage. 2004. 70(2):157. https://doi.org/10.1016/j.jenvman.2003.11.004 

6. Dabrowski A., Podkościelny P., Hubicki Z., Barczak M. Adsorption of phenolic compounds by activated carbon – a critical review. Chemosphere. 2005. 58(8): 1049. https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2004.09.067 

7. Koh S.M., Dixon J.B. Preparation and application of organo-minerals as sorbents of phenol, benzene and toluene. Appl. Clay Sci. 2001. 18(3–4): 111. https://doi.org/10.1016/S0169-1317(00)00040-5 

8. Kuleyin A. Removal of phenol and 4-chlorophenol by surfactant-modified natural zeolite. J. Hazard. Mater. 2007. 144(1–2): 307. https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2006.10.036 

9. Fu J., He Q., Wang R., Liu B., Hu B. Comparative study of phenol compounds adsorption on mesoporous sieves with different degrees of modification. Colloids Surf., A. 2011. 375(1–3): 136. https://doi.org/10.1016/j.colsurfa.2010.11.078 

10. Wang X., Lu M., Wang H., Pei Y., Rao H., Du X. Three-dimensional graphene aerogels–mesoporous silica frameworks for superior adsorption capability of phenols. Sep. Purif. Technol. 2015. 153: 7. https://doi.org/10.1016/j.seppur.2015.08.030 

11. Li A., Zhang Q., Wu H., Zhai Z., Liu F., Fei Z., Long Ch., Zhu Z, Chen J. A new amine-modified hypercrosslinked polymeric adsorbent for removing phenolic compounds from aqueous solutions. Adsorpt. Sci. Technol. 2004. 22: 807. https://doi.org/10.1260/0263617053499005 

12. Lin S.H., Juang R.S. Adsorption of phenol and its derivatives from water using synthetic resins and low-cost natural adsorbents: A review. J. Environ. Manage. 2009. 90(3): 1336. https://doi.org/10.1016/j.jenvman.2008.09.003 

13. Choi J.W., Chung S.G., Baek K.Y., Cho K.Y., Hong S.W., Kim D.J., Lee S.H. Removal of benzene using the characteristics of block copolymers for encapsulation. Water Air Soil Pollut. 2012. 223(2): 609. https://doi.org/10.1007/s11270-011-0886-6 

14. Laros S., Meniai A.H. The use of sawdust as by product adsorbent of organic pollutant from wastewater adsorption of phenol. Energy Procedia. 2012. 18: 905. https://doi.org/10.1016/j.egypro.2012.05.105 

15. Abdel-Ghani N.T., El-Ghaghaby G.A., Helal F.S. Preparation, characterization and phenol adsorption capacity of activated carbons from African beech wood sawdust. Global J. Environ. Sci. Manage. 2016. 2(3): 209.

16. Banerjee A., Ghoshal A.K. Biodegradation of phenol by calcium-alginate immobilized Bacillus cereus in a packed bed reactor and determination of the mass transfer correlation. J. Environ. Chem. Eng. 2016. 4(2):1523. https://doi.org/10.1016/j.jece.2016.02.012 

17. Wu C., Lui X., Wei D., Fan I., Wang L. Photosonochemical degradation of phenol in water. Water Res. 2001. 35(16): 3927. https://doi.org/10.1016/S0043-1354(01)00133-6 

18. Jandacek R.J., Bohne R.L. The removal of organic substances from water with nonvolatile edible solvents. J. Am. Oil Chem. Soc. 1980. 57(9): 705A. https://doi.org/10.1007/BF02662203 

19. Weschayanwiwat P., Kunanupap O., Scamehorn J.E. Benzene removal from waste water using aqueous surfactant two-phase extraction with cationic and anionic surfactant mixtures. Chemosphere. 2008. 72(7): 1043. https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2008.03.065 

20. Wu J., Rudy K., Spark J. Oxidation of aqueous phenol by ozone or peroxidase. Adv. Environ. Res. 2000. 4(4): 339. https://doi.org/10.1016/S1093-0191(00)00034-4 

21. Mixa A., Staudt C. Membrane-based separation of phenol/water mixtures using ionically and covalently cross-linked ethylene-methacrylic acid copolymers. Int. J. Chem. Eng. 2008. 2008: 12.

22. Lefebvre E., Legube B. Coagulation-flocculation by ferric chloride of some organic compounds in aqueous solution. Water Res. 1993. 27: 433. https://doi.org/10.1016/0043-1354(93)90044-I 

23. Del Valle E.M. Cyclodextrins and their uses: a review. Process. Biochem. 2004. 39(9): 1033. https://doi.org/10.1016/S0032-9592(03)00258-9 

24. Roik N.V., Belyakova L.A. Sol-gel synthesis of MCM-41 silicas and selective vapor-phase modification of their surface. J. Solid State Chem. 2013. 207: 194. https://doi.org/10.1016/j.jssc.2013.09.027 

25. Roik N.V., Belyakova L.A. Interaction of supramolecular centers of silica surface with aromatic amino acids. J. Colloid Interf. Sci. 2011. 362(1): 172. https://doi.org/10.1016/j.jcis.2011.05.085 

26. Hsieh M.L., Li G.Y., Chau L.K., Hon Ys. Single-step approach to β-cyclodextrin-bonded silica as monolithic stationary phases for CEC. J. Sep. Sci. 2008. 31(10): 1819. https://doi.org/10.1002/jssc.200700631 

27. Eguchi M., Du Y.Z., Taira S., Kodaka M. Functional nanoparticles based on β-cyclodextrin: preparation and properties. Nanobiothechnology. 2005. 1: 165. https://doi.org/10.1385/NBT:1:2:165 

28. Belyakova L.A., Vlasova N.N., Golovkova L.P., Varvarin A.M., Lyashenko D.Yu., Svezhentsova A.A., Stukalina N.G., Chuiko A.A. Role of surface nature of functional silicas in adsorption of monocarboxylic and bile acids. J. Colloid Interf. Sci. 2003. 258(1): 1. https://doi.org/10.1016/S0021-9797(02)00093-0 

29. Korenman I.M. Photometric analysis. Methods of determination of organic compounds. (Moscow: Khimia, 1970). [in Russian].

30. Nakanishi K. Infrared absorption spectroscopy, practical. (San Francisco: Holden Day, 1962).

31. Huq R., Mercier L., Kooyman P.J. Incorporation of cyclodextrin into mesostructured silica. Chem. Mater. 2001. 13(12): 4512. https://doi.org/10.1021/cm010171i 

32. Lewis E.A., Hansen L.D. Thermodynamics of binding of guest molecules to α- and β-cyclodextrins. J. Chem. Soc., Perkin Trans. 1973. 2: 2081. https://doi.org/10.1039/P29730002081 

33. Trofymchuk I.M., Belyakova L.A., Grebenyuk A.G. Study of complex formation between β-cyclodextrin and benzene. J. Incl. Phenom. Macro. 2011. 69(3): 371. https://doi.org/10.1007/s10847-010-9757-9 

34. Gregg S.J., Sing K.S.W. Adsorption, surface area and porosity. (London: Academic press, 1982).

35. Giles C.H., MacEwan T.H., Nahwa S.N., Smith D. 786. Studies in adsorption. Part XI. A system of classification of solution adsorption isotherms, and its use in diagnosis of adsorption mechanisms and in measurement of specific surface areas of solids. J. Chem. Soc. 1960. 69: 3973. https://doi.org/10.1039/jr9600003973 

36. Asenjo N.G., Alvarez P., Granda M., Blanco C., Santamaria R., Mendez R. High performance activated carbon for benzene/toluene adsorption from industrial wastewater. J. Hazard. Mater. 2011. 192(3): 1525. https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2011.06.072 

37. Ghiaci M., Abbaspur A., Kia R., Seyedeyn-Azad F. Equilibrium isotherm studies for the sorption of benzene, toluene, and phenol onto organo-zeolites and as-synthesized MCM 41. Sep. Purif. Technol. 2004. 40(3): 217. https://doi.org/10.1016/j.seppur.2004.03.001 

38. Matias T., Marques J., Quina M.J., Gando-Fereira L., Valente A.J.M., Portugal A., Duraes L. Silica-based aerogels as adsorbent for phenol-derivative compounds. Colloid Surf., A. 2015. 480: 260.




DOI: https://doi.org/10.15407/hftp07.04.421

Copyright (©) 2016 I. M. Trofymchuk, N. V. Roik, L. A. Belyakova