Sorption of ammonium ions on the surface of dispersed clay minerals

Authors

  • V. A. Andronov Research Center, National University of Civil Protection of Ukraine, Chernyshevska str., 94, Kharkiv, Ukraine, Ukraine
  • Yu. M. Danchenko Department of General Chemistry, Kharkiv National University of Civil Engineering and Architecture, Sumska str., 40, Kharkiv, Ukraine, Ukraine
  • T. M. Obigenko Department of General Chemistry, Kharkiv National University of Civil Engineering and Architecture, Sumska str., 40, Kharkiv, Ukraine, Ukraine
  • T. I. Umanska Department of General Chemistry, Kharkiv National University of Civil Engineering and Architecture, Sumska str., 40, Kharkiv, Ukraine, Ukraine
  • I. H. Ohrapishvili Department of Heat and Gas Supply, Ventilation and Use of Secondary Thermal Energy Resources, Kharkiv National University of Civil Engineering and Architecture, Sumska str., 40, Kharkiv, Ukraine, Ukraine

DOI:

https://doi.org/10.30838/P.CMM.2415.250918.69.133

Keywords:

sorption

Abstract

Purpose.  Determination of patterns of sorption of NH4+ions on the surface of dispersed  clay minerals of various chemical nature (sorbents). Establishing the relationship between the acid -base properties of active centers of the hydroxyl-hydrated surface layer of sorbents and the efficiency of extraction of  NH4+ions from aqueous solutions.  Method.  Modern methods were used  to study the surface and physical and chemical properties of clay sorbents: X-ray diffraction analysis, electronic scanning microscopy, potentiometric analysis of aqueous suspensions, spectrophotometric analysis. Studies on the sorption capacity of clay sorbents in relation to NH4+ions were conducted in static conditions.  Results.  The obtained results of experimental research of mineral composition, surface morphology, dispersion, specific surface, acid-base properties of hydroxyl-hydrated surface layer of disperse clay mineral sorbents. The comparative characteristic of the efficiency of the use of clay sorbents with different chemical nature for the extraction of NH4+ions from aqueous solutions is given. It is established that the sorption ability of cl ay sorbents increases in a number of bentonite clay > kaolin clay > diabase flour. It was established that the main mechanism of sorption of  NH4+ions on the surface of kaolin clay is ion exchange, and on the surface of diabase flour is physical adsorption. In aqueous suspensions of bentonite clay a mixed mechanism is realized: physical adsorption and ion exchange. Scientific novelty. Mechanisms and patterns of sorption of NH4+ions on the surface of clay sorbents: bentonite clay, kaolin clay and diabase flour have been established. The relationship between the mineral composition and the structure of the hydroxyl-hydrated surface layer of sorbents is established. It is shown that the mecha- nism of extraction of NH4+ions is due to the quantity and acid-base properties of the surface active centers of the hydroxyl-hydrated layer of sorbents.  Practical meaningfulness.  The obtained regularities will allow to use more effectively cheap and ecologically attractive disperse clay minerals as sorbents for cleaning liquid and gaseous media from NH4+ions.

Author Biographies

V. A. Andronov, Research Center, National University of Civil Protection of Ukraine, Chernyshevska str., 94, Kharkiv, Ukraine

D. Sc. (Tech.), Prof.

Yu. M. Danchenko, Department of General Chemistry, Kharkiv National University of Civil Engineering and Architecture, Sumska str., 40, Kharkiv, Ukraine

Ph. D, Assoc. Prof

T. M. Obigenko, Department of General Chemistry, Kharkiv National University of Civil Engineering and Architecture, Sumska str., 40, Kharkiv, Ukraine

Ph. D, Assoc. Prof.

T. I. Umanska, Department of General Chemistry, Kharkiv National University of Civil Engineering and Architecture, Sumska str., 40, Kharkiv, Ukraine

Ph. D, Assoc. Prof.

I. H. Ohrapishvili, Department of Heat and Gas Supply, Ventilation and Use of Secondary Thermal Energy Resources, Kharkiv National University of Civil Engineering and Architecture, Sumska str., 40, Kharkiv, Ukraine

M. Sc.

References

Tsymbalyuk V. V., Voloshchuk A. H., Kobasa I. M. Vplyv termichnoi obrobky na sorbtsiini vlastyvosti bazaltovoho tufu [Influence of thermal treatment on the sorption properties of basalt tufa]. Ukrainskii Khimichnyi Zhurnal [Ukrainian Chemical Journal].2009, V. 25, № 12, pp. 85-90 (in Ukranian).

Vatin N. I., Chechevichkin V. N., Chechevichkin A. V. Osobennosti sorbtsionno-kataliticheskoi ochistki vozdukha v pomeshcheniyakh obitaniya cheloveka v usloviyakh krupnukh gorodov [Features of sorption-catalytic air purification in human habitats inlarge cities]. Inzhenerno-stroitelnyi zhurnal [Engineering and Construction Journal]. 2011, № 1, pp. 24-27 (in Russian).

Malyovanyy М., Sakalova G., Chornomaz N., Nahurskyy O. Some kinetic regularities of intracellular substance extracting.Chemistry and chemical technology. 2013, Vol.7, №3, pp. 198-208.

Langwaldt J. Ammonium removal from water by eight natural zeolites: a comparative study. Separation Science and Technology. 2008, № 43(8), pp. 2166-2182.

Demir A., Günay A., Debik E. Ammonium removal from aqueous solution by ion-exchange using packed bed natural zeolite.Water SA. 2002, № 28(3), pp. 329-336.

Humnytskyi Ya. M., Sabadash V. V., Tyzhbir H. A. Mekhanizm adsorbtsii ioniv amoniyu pryrodnymy alyumosylikatamy [Mechanism of adsorption of ammonium ions by natural aluminosilicates]. Visnyk natsionalnoho universytetu ―Lvivska politekhnika‖ [Bulletin of the National University "Lviv Polytechnic"]. 2011, № 700, pp. 308-310 (in Ukraine).

Taneva N., Mihailov G. Removal of Nutrients from Water by Modified Bulgarian Clinoptilolite. BALWOIS 2010. Ohrid, Republic of Macedonia. 2010, pp. 126.

Petrova M. A., Postnikova M. O., Stepova K. V. Adsorbtsiino-baryerni vlastyvosti bentonitu Yazivskoho rodovyshcha yak materialu protyfiltratsiinykh ekraniv [Adsorption-barrier properties of bentonite of Yazivsky deposit as a material of anti-filtration screens] Vostochno-Evropeiskii zhurnal peredovykh tekhnologii [Eastern-European Journal of Enterprise Technologies]. 2014, № 5/10(71), pp. 36-41 (in Ukrainian).

Kohtsur A. Z., Sysa L. V. Sorbtsiya biohennykh anioniv na bentoniti, stymulyovanomu nadvysokochastotnym elektromahnitnym vyprominyuvannyam [Sorption of biogenic anions on bentonite, stimulated by ultrahigh-frequency electromagnetic radiation]. Visnyk LDU BZHD [Bulletin of Lviv State University of Life Safety]. 2016, №13, pp. 87-92 (in Ukraine).

Anastas P. T. Green Chemistry: Theory and Practice. J.C. Warner. New York: Oxford University Press, 1998, 30p.11. Ly Tkhi Iien, Khokhlov V. Yu., Selemenev V. F., Belchinskaia L. I. Kinetika I sorbtsionnoie ravnovesiie ionov ammonia na prirodnom I kislotnoaktivirovannom alumosilikatnom sorbente М45К20[Kinetics and sorption equilibrium of ammonium ions on natural and acid-activated aluminosilicate sorbent М45К20]. Sorbtsionnyie I khromatograficheskiie protsessy [Sorption and chromatographic processes]. 2011, V. 11, Is. 3, pp. 382-390 (in Russian).

Danchenko Yu., Andronov V., Rybka E., Skliarov S. Investigation into acid-basic equilibrium on the surface of oxides with various chemical nature. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies. 2017, Vol. 4, Is. 12(88), pp. 17-25.

Tarasevich Yu. I. Poverkhnostnyie yavleniia na dispersnykh materialakh [Surface phenomena on dispersed materials]. Kyiv, Naukova dumka, 2011, 390p. (in Russian).

Gorban O. A., Siniakina S. A., Glazunova V. A., Gorban S. V., Yakovleva R. A., Spirina Ye. Yu., Danchenko Yu. M., Konstantinova T. Ye. Ispolzovaniie vysokigo gidrostaticheskogo davleniia dlia upravleniia poristoi strukturoi I sostoianiem poverkhnostinanochastits dioksida tsirkoniia [The use of high hydrostatic pressure to control the porous structure and the surface state of the zirconia oxide nanoparticle]. Nanosystemy, nanomaterialy, nanotekhnolohii [Nanosystems, nanomaterials, nanotechnology]. 2012, V. 10, Is.1, pp. 39-45 (in Russian).

Danchenko Yu. M., Kachomanova M. P. Kompleksna otsinka kyslotno-osnovnykh vlastyvostei poverkhni dyspersnykh oksydnykh napovniuvachiv [Comprehensive evaluation of the acid-base properties of the surface of disperse oxide fillers]. Naukovyi visnyk budivnytstva [Scientific Bulletin of Building]. 2016, V. 86, № 4, pp. 164-172 (in Ukrainian).

Shkutkova Ye. V., Tarasevich Yu. I. Primeneniie gidriksilapatita dlia deftorirovaniia vody [The use of hydroxyapatite forwater defluorination]. Khimiia I tekhnologiia vody [Water chemistry and technology]. 2004, V.26, №6, pp. 556-566 (in Russian).

Lurie Yu. Yu. Analiticheskaia khimiia promyshlennykh stochnykh vod [Analytical chemistry of industrial wastewater].Мoskva, Khimiia, 1984, 448 p. (in Russian).

Downloads

Issue

No. 105 (2018)

Section

Life Safety

License

Редакція  Видання категорично засуджує прояви плагіату в статтях та вживає всіх можливих заходів для його недопущення. Плагіат розглядається як форма порушення авторських прав і наукової етики.

При виявлені у статті більш ніж 25% запозиченого тексту без відповідних посилань та використання лапок, стаття кваліфікується як така, що містить плагіат. У цьому випадку стаття більше не розглядається редакцією, а  автор отримує перше попередження.

Автори, в статтях яких повторно виявлено плагіат, не зможуть публікуватися в усіх журналах Видавництва ДВНЗ «Придніпровська державна академія будівництва та архітектури».

Автори, які публікуються у цьому журналі, погоджуються з наступними умовами:

  1. Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons Attribution License, котра дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у цьому журналі.
  2. Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у цьому журналі.
  3. Політика журналу дозволяє і заохочує розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установ або на особистих веб-сайтах) рукопису роботи, як до подання цього рукопису до редакції, так і під час його редакційного опрацювання, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії та позитивно позначається на оперативності та динаміці цитування опублікованої роботи (див. The Effect of Open Access).