Дослідження видалення іонів важких металів модифікованим магнітним наносорбентом

Скорочена інформація про документ
dc.contributor.authorХохотва, Олександр Петрович
dc.contributor.authorОвсянкіна, Вікторія Олексіївна
dc.contributor.authorСірідюк, Микита Олегович
dc.date.accessioned2026-04-09T13:06:35Z
dc.date.available2026-04-09T13:06:35Z
dc.date.issued2026
dc.description.abstractМодифікація поверхні магнітних феритних сорбентів є перспективним підходом до підвищення ефективності вилучення іонів важких металів з водних систем. Метою роботи було отримання магнітоактивного сорбенту на основі магнетиту, модифікованого сполуками сульфідної сірки, та дослідження його сорбційних властивостей щодо іонів Cu²⁺. Досліджували немодифікований та модифікований тіокарбамідом магнетит, синтезований методом співосадження солей Fe(II) і Fe(III) при pH 9,5–10. Сорбцію іонів Cu²⁺ вивчали у модельних розчинах у широкому діапазоні концентрацій і значень pH. Кінетику та рівноважні характеристики оцінювали за ізотермами сорбції, параметри яких визначали за моделлю Ленгмюра. Показано, що модифікація магнетиту тіокарбамідом суттєво підвищує його сорбційну здатність щодо іонів міді. Мінімальні залишкові концентрації Cu²⁺ становили 26,8 мг/дм3 для немодифікованого магнетиту та 5,9 мг/дм3 для модифікованого зразка при початковій концентрації 100 мг/дм3, що відповідає питомій сорбції 1,22 і 2,94 ммоль-екв/г відповідно. Встановлено, що підвищення pH середовища сприяє зростанню ефективності сорбції внаслідок утворення внутрішньосферних поверхневих комплексів іонів Cu²⁺ з гідроксильними групами оксидів заліза. Для модифікованого магнетиту додатковим механізмом зв’язування іонів міді є хелатоутворення за участю атомів азоту та сірки тіокарбаміду. Встановлено, що свіжосинтезований модифікований магнетит не проявляє магнітних властивостей, однак після витримування протягом трьох діб відбувається структурне впорядкування матеріалу, що супроводжується формуванням магнітних властивостей і суттєвим зростанням граничної сорбційної ємності. Величини граничної питомої сорбції становили 63 мг/г для немодифікованого і 80 мг/г для модифікованого магнетиту. Експериментальні ізотерми описуються моделлю Ленгмюра, Дослідження впливу іонів Ca²⁺ показали, що сорбційні властивості модифікованого магнетиту залишаються практично незмінними навіть за восьмикратного надлишку іонів кальцію, тоді як для немодифікованого сорбенту спостерігається істотне зниження ступеня вилучення Cu²⁺. Отриманий магнітоактивний сорбент на основі магнетиту, модифікованого тіокарбамідом, провляє підвищену питому ємкість та селективністю в присутності іонів Ca²⁺. Встановлено новий комбінований механізм сорбції Cu²⁺, що поєднує поверхневе комплексоутворення та хелатування, що забезпечує глибоке очищення водних розчинів в умовах присутності іонів лужноземельних металів.
dc.description.abstractotherSurface modification of magnetic ferrite sorbents is a promising approach to enhancing the efficiency of heavy metal ion removal from aqueous systems. The aim of this study was to synthesize a magnetically active sorbent based on magnetite modified with sulfide sulfur–containing compounds and to investigate its sorption properties toward Cu²⁺ ions. Unmodified magnetite and thiourea-modified magnetite were synthesized by coprecipitation of Fe(II) and Fe(III) salts at pH 9.5–10. The sorption of Cu²⁺ ions was studied in model aqueous solutions over a wide range of concentrations and pH values. Sorption kinetics and equilibrium characteristics were evaluated using adsorption isotherms, with parameters determined according to the Langmuir model. The results demonstrate that thiourea modification significantly enhances the sorption capacity of magnetite toward copper ions. The minimum residual Cu²⁺ concentrations were 26.8 mg/L for unmodified magnetite and 5.9 mg/L for the modified sorbent at an initial Cu²⁺ concentration of 100 mg/L, corresponding to specific sorption capacities of 1.22 and 2.94 mmol-eq/g, respectively. An increase in solution pH was found to promote sorption efficiency due to the formation of inner-sphere surface complexes between Cu²⁺ ions and hydroxyl groups on iron oxide surfaces. For thiourea-modified magnetite, an additional binding mechanism involves chelation through nitrogen and sulfur atoms of thiourea. It was established that freshly synthesized modified magnetite does not exhibit magnetic properties; however, after aging for three days, structural ordering occurs, accompanied by the development of magnetic properties and a significant increase in maximum sorption capacity. The maximum specific sorption capacities reached 63 mg/g for unmodified magnetite and 80 mg/g for modified magnetite. The experimental adsorption isotherms are well described by the Langmuir model. Studies of the effect of Ca²⁺ ions showed that the sorption performance of the modified magnetite remains nearly unchanged even at an eightfold excess of calcium ions, whereas a pronounced decrease in Cu²⁺ removal efficiency was observed for the unmodified sorbent. The synthesized thiourea-modified magnetite–based magnetic sorbent exhibits enhanced specific capacity and selectivity in the presence of Ca²⁺ ions. A novel combined mechanism of Cu²⁺ sorption involving surface complexation and chelation was established, providing effective purification of aqueous solutions under conditions of alkaline earth metal ion interference.
dc.format.pagerangeС. 76-83
dc.identifier.citationХохотва, О. П. Дослідження видалення іонів важких металів модифікованим магнітним наносорбентом / Хохотва О. П., Овсянкіна В. О., Сірідюк М. О. // Вісник НТУУ «КПІ ім. Ігоря Сікорського». Серія «Хімічна інженерія, екологія та ресурсозбереження». – 2026. – № 1(25). – С. 76-83. – Бібліогр.: 13 назв.
dc.identifier.doihttps://doi.org/10.20535/2617-9741.1.2026.356006
dc.identifier.orcid0000-0002-2607-9242
dc.identifier.orcid0000-0002-2888-7948
dc.identifier.orcid0009-0002-0034-4236
dc.identifier.urihttps://ela.kpi.ua/handle/123456789/80073
dc.language.isoen
dc.publisherКПІ ім. Ігоря Сікорського
dc.publisher.placeКиїв
dc.relation.ispartofВісник НТУУ «КПІ ім. Ігоря Сікорського». Серія «Хімічна інженерія, екологія та ресурсозбереження», № 1 (25), 2026
dc.rights.urihttps://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
dc.subjectмагнетит
dc.subjectнаносорбент
dc.subjectмодифікація
dc.subjectтіокарбамід
dc.subjectважкі метали
dc.subjectmagnetite
dc.subjectnanosorbent
dc.subjectmodification
dc.subjectthiourea
dc.subjectheavy metals
dc.subject.udc539.211:544.723
dc.titleДослідження видалення іонів важких металів модифікованим магнітним наносорбентом
dc.title.alternativeInvestigation of heavy metal ion removal by a modified magnetic nanosorbent
dc.typeArticle

Файли

Контейнер файлів
Зараз показуємо 1 - 1 з 1
Ескіз
Назва:
76-83.pdf
Розмір:
745.46 KB
Формат:
Adobe Portable Document Format
Завантажити
Ліцензійна угода
Зараз показуємо 1 - 1 з 1
Ескіз недоступний
Назва:
license.txt
Розмір:
8.98 KB
Формат:
Item-specific license agreed upon to submission
Опис:
Завантажити

Зібрання

Вісник НТУУ «КПІ ім. Ігоря Сікорського». Серія «Хімічна інженерія, екологія та ресурсозбереження»: збірник наукових праць, № 1 (25)