Хімія, фізика та технологія поверхні, 2018, 9 (1), 80-91.

Сорбційні властивості кополімерів етиленглікольдиметакрилату і метакрилової кислоти з різним ступенем зшивання по відношенню до іонів рідкісноземельних елементів



DOI: https://doi.org/10.15407/hftp09.01.080

Z. Yu. Bunina, K. Yu. Bryleva, O. I. Yurchenko, K. M. Belikov

Анотація


Методом іонного імпринтингу синтезовано сорбційні матеріали для рідкісноземельних елементів на основі кополімерів етиленглікольдиметакрилату і метакрилової кислоти з різним ступенем зшивання. Застосовано два підходи іонного імпринтингу - хімічна іммобілізація і трепінг. Отримані матеріали охарактеризовано за допомогою скануючої електронної мікроскопії та ІЧ-спектроскопії. Синтезовані полімери являють собою агрегати частинок у формі пластинок з щілиноподібними порами. Питома поверхня отриманих сорбентів варіюється від 109 до 350 м2/г. Досліджено сорбційні властивості синтезованих полімерів по відношенню до іонів рідкісноземельних елементів і їхню залежність від ступеня зшивання і варіанта іонного імпринтингу. Найбільш ефективно досліджувані сорбційні матеріали вилучають рідкісноземельні елементи з розчинів при рН 6. Максимальна сорбційна ємність отриманих сорбентів складає близько 0.3 ммоль/г. Згідно з отриманими результатами, найвищим значенням коефіцієнта розподілу характеризуються імпринтовані полімери зі ступенем зшивання 80 %, синтезовані за методом трепінг. Спостережуваний тетрадний ефект при адсорбції лантаноїдів свідчить про хімічну природу сорбції на синтезованих матеріалах.


Ключові слова


рідкісноземельні елементи; гадоліній; адсорбція; полімерні сорбенти; іонний імпринтинг; тетрадний ефект

Повний текст:

PDF (Русский)

Посилання


1. Haxel G.B., Hedrick J.B., Orris G.J. Rare Earth Elements: critical resources for high technology. (Reston, VA: U.S. Geological Survey, 2002).

2. Freslon N., Bayon G., Birot D., Bollinger C., Barrat J.A. Determination of rare earth elements and other trace elements (Y, Mn, Co, Cr) in seawater using Tm addition and Mg(OH)2 co-precipitation. Talanta. 2011. 85(1): 582.  https://doi.org/10.1016/j.talanta.2011.04.023

3. Hatje V., Bruland K.W., Flegal A.R. Determination of rare earth elements after preconcentration using NOBIAS-chelate PA-1®resin: Method development and application in the San Francisco Bay plume. Mar. Chem. 2014. 160: 34. https://doi.org/10.1016/j.marchem.2014.01.006

4. Xie F., Zhang T.A., Dreisinger D., Doyle F. A critical review on solvent extraction of rare earths from aqueous solutions. Miner. Eng. 2014. 56: 10. https://doi.org/10.1016/j.mineng.2013.10.021

5. Anastopoulos I., Bhatnagar A., Lima E.C. Adsorption of rare earth metals: A review of recent literature. J. Mol. Liq. 2016. 221: 954. https://doi.org/10.1016/j.molliq.2016.06.076

6. Haupt K., Mosbach K. Molecularly imprinted polymers and their use in biomimetic sensors. Chem. Rev. 2000. 100(7): 2495. https://doi.org/10.1021/cr990099w

7. Branger C., Meouche W., Margaillan A. Recent advances on ion-imprinted polymers. React. Funct. Polym. 2013. 73(6): 859. https://doi.org/10.1016/j.reactfunctpolym.2013.03.021

8. Fain V.Ya. 9,10-Antraquinones and their use. (Moscow: Tsentr fotokhimii, 1999). [in Russian].

9. Rinehart R.W. Spectrophotometric determination of some rare earths and yttrium with Alizarin red S. Anal. Chem. 1954. 26(11): 1820. https://doi.org/10.1021/ac60095a039

10. Sing K.S.W. Reporting physisorption data for gas/solid systems with special reference to the determination of surface area and porosity (Recommendations 1984). Pure Appl. Chem. 1985. 57(4): 603. https://doi.org/10.1351/pac198557040603

11. Parfitt G.D., Rochester C.H. Adsorption from solution at the solid/liquid interface. (San Diego: Academic press, 1983).

12. Stumm W. Chemistry of the solid-water interface. (New York: John Wiley & Sons, 1992).

13. Kawabe I. Lanthanide tetrad effect in the Ln3+ ionic radii and refined spin-pairing energy theory. Geochem. J. 1992. 26(6): 309. https://doi.org/10.2343/geochemj.26.309

14. Peppard D.F., Mason G.W., Lewey S. A tetrad effect in the liquid-liquid extraction ordering of lanthanides(III). J. Inorg. Nucl. Chem. 1969. 31(7): 2271. https://doi.org/10.1016/0022-1902(69)90044-X

15. Majdan M., Gladysz-Plaska A., Pikus S., Sternik D.,Maryuk O., Zieba E., Sadowski P. Tetrad effect in the distribution constants of the lanthanides in their adsorption on the zeolite A. J. Mol. Str. 2004. 702: 95. https://doi.org/10.1016/j.molstruc.2004.06.016

16. Kawabe I., Ohta A., Ishii S., Tokumura M., Miyauchi K. REE partitioning between Fe-Mn oxyhydroxide precipitates and weakly acid NaCl solutions: Convex tetrad effect and fractionation of Y and Sc from heavy lanthanides. Geochem. J. 1999. 33(3): 167. https://doi.org/10.2343/geochemj.33.167

17. Monecke T., Kempe U., Monecke J., Sala M., Wolf D. Tetrad effect in rare earth element distribution patterns: A method of quantification with application to rock and mineral samples from graniterelated rare metal deposits. Geochim. Cosmochim. Acta. 2002. 66(7): 1185. https://doi.org/10.1016/S0016-7037(01)00849-3

18. Coppin F., Berger G., Bauer A., Castet S., Loubet M. Sorption of lanthanides on smectite and kaolinite. Chem. Geol. 2002. 182(1): 57. https://doi.org/10.1016/S0009-2541(01)00283-2

19. Takahashi Y., Tada A., Shimizu H. Distribution pattern of rare earth ions between water and montmorillonite and its relation to the sorbed species of the ions. Anal. Sci. 2004. 20(9): 1301. https://doi.org/10.2116/analsci.20.1301

20. Wan Y., Liu C. The effect of humic acid on the adsorption of REEs on kaolin. Colloids Surf. A. 2006. 290(1–3): 112. https://doi.org/10.1016/j.colsurfa.2006.05.010

21. Tertre E., Hofmann A., Berger G. Rare earth element sorption by basaltic rock: Experimental data and modeling results using the "Generalised Composite approach". Geochim. Cosmochim. Acta. 2008. 72(4): 1043. https://doi.org/10.1016/j.gca.2007.12.015

22. Cormack P.A.G., Elorza A.Z. Molecularly imprinted polymers: Synthesis and characterization. J. Chromatogr. B. 2004. 804(1): 173. https://doi.org/10.1016/j.jchromb.2004.02.013




DOI: https://doi.org/10.15407/hftp09.01.080

Copyright (©) 2018 Z. Yu. Bunina, K. Yu. Bryleva, O. I. Yurchenko, K. M. Belikov