Кинетика и механизм сорбции катионов на поверхности слоистых двойных гидроксидов

Введение

Загрязнение тяжелыми металлами - широко распространенная экологическая проблема, которая может представлять серьезную угрозу для здоровья человека и экосистемы. Тяжелые металлы являются представителями одной из приоритетных групп загрязнителей из-за их токсичности и подвижности в естественных водных и почвенных экосистемах. Также ионы тяжелых металлов стабильны и устойчивы в окружающей среде. Восстановление загрязненных тяжелыми металлами почвы и воды является актуальной задачей, стоящей перед человечеством. На сегодняшний день существует множество теорий и технологий очистки сточных вод, загрязненные тяжелыми металлами, основанных на осаждении, коагуляции, обратном осмосе, ионном обмене и адсорбции. Адсорбция зарекомендовала себя как отличное способ по переработке промышленных сточных вод. Основные преимущества данного метода - это дешевизна, доступность, экономичность, простота эксплуатации и эффективность. Процесс адсорбции подразумевает наличие твердого адсорбента, который связывает ионы физическими силами притяжения, ионнообменными, а также химическим связыванием. Слоистые двойные гидроксиды, сокращенно СДГ (англ. layered double hydroxides, сокр., LDH) также известные как гидроталькитоподобные материалы или анионные глины - это большая группа природных и синтетических слоистых материалов. Исходные СДГ являются слоистыми кристаллами, состоящими из бруситоподобных слоев, в которых распределены катионы двух- и трехвалентных металлов, а в межслоевых промежутках содержатся анионы и молекулы воды. В последние десятилетия СДГ обратили на себя внимание ученых из-за их особой структуры и уникальных свойств. Кроме того, эти материалы используются для получения многокомпонентных катализаторов реакций альдольной конденсации, алкилирования, полимеризации, гидрирования, парового рифирминга и др.. Среди основных преимуществ СДГ как предшественника катализаторов можно выделить следующие: а) возможность использования большого количества катионных пар при формировании слоистой структуры и, как следствие, получение материалов с различными регулируемыми свойствами; б) распределение катионов в структуре СДГ на атомном уровне, что позволяет при дальнейших обработках избежать их существенной сегрегации; в) формирование смешанных оксидов с развитой поверхностью при разложении СДГ 1 Слоистые двойные гидроксиды СДГ можно представить общей формулой: [M1−x2+Mx3+(OH)2]x+(An−)x/nmH2O, где M2+ и M3+ двухвалентные и трехвалентные катионы соответственно; значение x равно молярному отношению M3+/(M2++ M3+), A - межслоевой анион валентности n. В основе структуры СДГ лежит положительно заряженные бруситоподобные листы, положительный заряд которых компенсируется анионами, входящими в межслоевое пространство. СДГ были изучены на предмет их потенциального использования в широком спектре важных областей, включая катализ и биомедицину. СДГ широко применяются в качестве катализаторов. В медицинских приложениях последние исследования были сосредоточены на интеркаляции и контролируемом высвобождении активных фармацевтических соединений из материалов СДГ, используя их биосовместимость, переменный химический состав, способность интеркалировать анионные препараты и щелочной характер. Также наблюдается значительный интерес к использованию СДГ для удаления загрязнителей окружающей среды. Значительный прогресс в экологических применениях СДГ был достигнут за применение в качестве экологических катализаторов при удалении органических и неорганических отходов и адсорбента для неорганического загрязнения в результате адсорбции или ионного обмена. Двухвалентные катионы могут адсорбироваться оксидами алюминия и образовывать гидротальцитоподобные минералы, такие как Ni-Al СДГ и Zn-Al СДГ. Этот процесс может снизить концентрацию тяжелых.