Новий полімер-неорганічний матеріал на основі силікагелю з адсорбованим кополімером 8-метакрилоксихінолін-5-сульфокислоти та метилметакрилату: синтез та сорбційні властивості щодо йонів Сu(ІІ), Cd(II) ТА Pb(ІІ)

Яновська, Е., Савченко, І., & Антонець, М. (2025). Новий полімер-неорганічний матеріал на основі силікагелю з адсорбованим кополімером 8-метакрилоксихінолін-5-сульфокислоти та метилметакрилату: синтез та сорбційні властивості щодо йонів Сu(ІІ), Cd(II) ТА Pb(ІІ). Вісник київського національного університету імені Тараса Шевченка. Хімія, 1 (60), 5-13. https://doi.org/10.17721/1728-2209.2025.1(60).1

Вступ. У результаті активних бойових дій у ході російсько-української війни територія України забруднюється величезною кількістю токсичних металів. Тому проблема очищення від них, зокрема водних об'єктів, ще довго буде мати критичне значення для збереження екосистем та національної безпеки нашої країни. Адсорбція є одним з найбільш економічно привабливих та екологічно сприятливих способів видалення різноманітних забруднень зі стічних вод, а полімер-неорганічні адсорбенти широко застосовуються у процесах очищення стічних вод від барвників та іонів токсичних металів. З метою підвищення їх ефективності щодо надлишкової кількості іонів токсичних металів на поверхні поруватих неорганічних матриць доцільно закріплювати полімери, які мають у своєму складі групи, активні до участі у процесах комплексоутворення у якості лігандів. Дана робота присвячена синтезу полімер-неорганічного композитного матеріалу на основі силікагелю з адсорбованим кополімером 8-метакрилоксихінолін-5-сульфокислоти та метилметакрилату, дослідженню його фізико-хімічних і сорбційних властивостей щодо іонів Cu(ІІ), Cd(ІІ) та Pb(ІІ).

Методи. Факт іммобілізації кополімеру на поверхні силікагелю підтверджували шляхом порівняльного аналізу ІЧ-спектрів та термограм синтезованого композиту та вихідного силікагелю. За результатами термогравіметричного аналізу встановлювали стадії термодеструкції закріпленого кополімеру та розраховували масову частку іммобілізованого кополімеру у складі синтезованого композиту. З використанням термогравіметричного аналізу, об’єднаного ІЧ-спектроскопією, були зроблені припущення про склад продуктів термодеструкції адсорбованого кополімеру. Зміни параметрів поверхні силікагелю після модифікації обраним кополімером встановлювали з використанням методу низькотемпературної адсорбції-десорбції азоту. Геометричну форму розташування кополімеру на поверхні силікагелю дослідили за допомогою сканувальної електронної мікроскопії. Дослідження сорбційної активності синтезованого композиту щодо іонів Сu(ІІ), Pb(ІІ), та Cd(ІІ) проводили у статичному режимі сорбції з розчинів нітратів без додавання буферних розчинів.

Результати. За результатами термогравіметричного аналізу розрахована масова частка іммобілізованого кополімеру у складі синтезованого композиту, яка становить 20,0±0,5 мас.%. На основі аналізу фотографій сканувальної електронної мікроскопії поверхні синтезованого композиту можна стверджувати, що іммобілізований кополімер вкриває переважну частину поверхні силікагелю тонкою плівкою. Встановлено, що сорбційна ємність синтезованого композиту підвищується у порівнянні з вихідним силікагелем щодо іонів Cu(ІІ) 3,8 разів, щодо іонів Cd(II) – у понад 3 рази, щодо іонів Pb(ІІ) – майже у десять разів.

Висновки. У результаті адсорбції попередньо синтезованого кополімеру 8-метакрилоксихінолін-5-сульфокислоти з метилметакрилатом на поверхні мезопоруватого силікагелю отримано новий полімер-неорганічний композитний матеріал. Зміни значень питомої площі поверхні, середнього діаметру та об’єму пор, отримані шляхом комп’ютерної обробки даних ізотерм низькотемпературної адсорбції-десорбції азоту різними методами, свідчать про те, що модифікація поверхні силікагелю даним кополімером не впливає на структуру його поверхні, а лише знижує її поруватість. Виявлено, що заміна нітро- та азогруп в складі адсорбованого кополімеру на сульфогрупи приводить до покращення сорбційних властивостей стосовно іонів Cd(II), але до погіршення щодо іонів Cu(II).