Sinteza nanocompozitelor bio-silice-Ag și reacția de fuziune cu mercur în soluții apoase

Rapoarte. Chimie, 2020, 23, nr. 1, p. 77-92

nanocompozitelor

Seitkhan Azat; Elizabeth Arkhangelsky; Thanasis Papathanasiou; Antonis A. Zorpas; Askar Abirov; Vassilis J. Inglezakis

(traducere post-editată de N. Bacaër, sugestii de îmbunătățire: [email protected])

rezumat

Puncte tari

  • Silice pe bază de bio produsă din deșeuri de coji de orez
  • Nanocompozite Ag sintetizate de chimia hidrurii de siliciu
  • Ratele ridicate de îndepărtare a Hg (II) din apă
  • Reacția redox de suprafață între Hg și Ag confirmată

1. Introducere

Contaminarea apei este o problemă globală și probabil cea mai serioasă provocare din secolul 21 [1]. Metalele grele și în special mercurul sunt cele mai dăunătoare elemente dintre poluanții antropici. Mercurul este distribuit pe scară largă în substanțele chimice industriale și într-o măsură mai mică în apele uzate municipale și nu are funcții biologice esențiale cunoscute [2, 3]. Potrivit Agenției Statelor Unite pentru Protecția Mediului (USEPA), limita maximă admisibilă pentru concentrația de mercur în apa potabilă este de 2 ppb, în ​​timp ce Organizația Mondială a Sănătății a stabilit-o la 6 ppb [4]. Eliberările de mercur în surse de apă au crescut în Asia, America de Sud și Africa datorită utilizării mercurului în activități industriale în expansiune rapidă [5].

Acest articol a explorat pregătirea și caracterizarea unui nou nanocompozit eficient preparat din silice pe bază de bio din deșeuri agricole pentru a elimina ionii de mercur apos din soluțiile apoase. Utilizarea silicei ca adsorbant nu numai că ajută la rezolvarea unei probleme de presare a contaminării apei, dar extinde și posibilitatea transformării unui produs secundar agricol într-o resursă valoroasă. Materialele pe bază de bio și derivate din deșeuri agricole utilizate pentru aplicații de mediu sunt o soluție promițătoare pentru gestionarea durabilă a deșeurilor și conservarea mediului [40, 41, 42], iar nanocompozitele oferă oportunități pentru utilizarea diferitelor substraturi [43]. Reacția de fuziune Hg - Ag a fost rareori observată la scară nano [39]. Prezentul studiu își propune să contribuie la acest nou domeniu de cercetare cu dovezi suplimentare pentru fenomen și un mecanism mai robust de interacțiune Hg-Ag bazat pe dovezi experimentale.

2. Materiale și metode

2.1. Materiale și substanțe chimice

2.2. Sinteza nanocompozitelor

2.2.1. Sinteza silicei

2.2.2. Modificare silice de către TES

2.2.3. Impregnarea nanoparticulelor de argint

În plus, pentru a examina stabilitatea grupurilor de hidrură de siliciu în apă, TES-SiO2 a fost scufundat în apă timp de 24 de ore și analizat prin titrare iodometrică.

2.3. Experimente de eliminare a mercurului

2.4. Caracterizarea materialelor și metodele analitice

3. Rezultate si discutii

3.1. Caracterizarea materială

La adăugarea Ag +, s-a observat formarea de bule, indicând eliberarea de gaz H2. Titrarea iodometrică a arătat o concentrație de grupuri SiH egală cu 0,73 ± 0,03 mmol ∕ g (n = 3). Concentrația grupelor SiH sa dovedit a fi suficientă pentru îndepărtarea completă a Ag din soluție și, pe baza condițiilor experimentale, diferitele concentrații de nanoparticule de argint pe substrat de silice au fost 0,1,0, 2, 0,3 și 0,4 mmoli Ag/g SiO2. Eliminarea completă a Ag + din soluție a fost dovedită printr-un test AgCl. În plus, grupurile Si-H s-au dovedit a fi foarte reactive, deoarece au dispărut după contactul cu apa. Acest lucru se datorează următoarei reacții [28]: \ begin \ mathrm + 2 \ mathrm _ \ mathrm \ rightarrow \ mathrm + \ mathrm ^ + \ mathrm ^ \ end

3.1.1. Porozimetrie

Probele TES-SiO2 și AgNPs @ SiO2 au o suprafață specifică mult mai mică decât proba inițială de RH-SiO2. Acesta ar trebui să fie rezultatul modificării TES a probei, care pare să acopere parțial suprafața silicei și să blocheze porii. Scăderea volumului porilor probelor modificate confirmă această observație. Suprafața tuturor eșantioanelor este considerabil mai mare decât cele raportate în literatura de specialitate pentru silica bio-derivată din RH. De exemplu, Chaves și colab. [45] au raportat valori cuprinse între 30 și 153 m 2 ∕ g pentru silice netratate modificate cu silan.

Conform clasificării IUPAC, izotermele pot fi clasificate ca tip II sau tip III, indicând materiale neporoase sau macropore [46]. Bucla de histerezis H3 indică faptul că materialul este compus din aglomerate sau are porii în formă de fantă [47]. Cu toate acestea, analiza distribuției mărimii porilor a arătat o oarecare microporozitate și mezoporozitate pentru proba RH-SiO2 și mezoporozitate pentru probele TES-SiO2 și AgNPs @ SiO2 (Figura 1). Microporozitatea RH-SiO2 este, de asemenea, evidențiată de forma izotermei în regiunea de presiune scăzută (P ∕ P0⩽0.1), care dispare în probele modificate. Acest lucru poate fi atribuit blocării microporilor în timpul procesului de modificare a RH. Diametrul mediu al porilor BJH raportat de Chaves și colab. [45] este între 21,2 și 21,8 nm pentru silice netratate modificate cu silan. Figura 1. Izotermă de adsorbție-desorbție a azotului RH-SiO2 (sus stânga), TES-SiO2 (mijloc sus) și 0,4 mmol/g AgNPs @ SiO2 (sus dreapta) și distribuirea mărimii porilor probelor (jos).