ИЗВЛЕЧЕНИЕ ИОНОВ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ ИЗ ВОДНЫХ РАСТВОРОВ КАРКАСНЫМИ СОРБЕНТАМИ НА ОСНОВЕ БЕНЗОЛ-1,3,5-ТРИКАРБОКСИЛАТОВ (MBTC) И БЕНЗОЛ-1,4-ДИКАРБОКСИЛАТОВ (MBDC) РАЗЛИЧНЫХ МЕТАЛЛОВ

Загрязнение почв и водных источников тяжелыми металлами приводит к негативным последствиям для окружающей среды, связанным с нарушением экосистемного равновесия, нанесением вреда для здоровья живых организмов и человека. Для решения этой проблемы были синтезированы металлоорганические каркасные сорбенты, способные эффективно извлекать ионы тяжелых металлов из водных растворов. Изучали закономерности процесса адсорбции ионов кадмия, свинца, меди, кобальта и никеля с использованием синтезированных каркасных сорбентов на основе бензол-1,3,5-трикарбоксилатов (MBTC) и бензол-1,4-дикарбоксилатов (MBDC). Проведенный идентификационный анализ по дифрактограммам порошков CoBTC и NiBTC показал наличие структур [Co₃(BTC)₂·12H₂O] и [Ni₃(BTC)₂·12H₂O]. В отличие от NiBTC дикарбоксилат NiBDC кристаллизуется в триклинной сингонии (пространственная группа P1 , Z = 1) и соответствует кристаллической структуре [Ni₃(OH)₂(BDC)_2·4H₂O], образец соединения CuBTC кристаллизуется в кубической сингонии с пространственной группой Fm3 m (Z = 16) и соответствует кристаллической структуре [Cu₃(BTC)₂·3H₂O], а соединение CuBDC имеет структуру, принадлежащую к моноклинной сингонии. Результаты анализа изотерм низкотемпературной адсорбции азота с использованием синтезированных MOFs позволили определить важные текстурные характеристики сорбентов. Величина удельной поверхности у синтезированных сорбентов, рассчитанная методом Бруннауэра - Эммета - Теллера (БЭТ), варьирует в широких пределах. Для соединений CoBTC и NiBTC она составила соответственно 276,0 и 9,0 м²/г. Отмеченные различия связаны с наличием большого количества микропор у сорбента CoBTC. В большинстве случаев кинетические закономерности процессов адсорбции ионов тяжелых металлов можно описать уравнением псевдовторого порядка. Единственный пример протекания процесса, согласно кинетическому уравнению псевдопервого порядка, - адсорбция ионов меди на сорбенте NiBDC. Ионы кобальта, никеля и меди лучше поглощаются сорбентами, содержащими соответствующие одноименные ионы согласно правилу Панета - Фаянса. Найденная линейная зависимость между сорбционной емкостью и логарифмом отношения радиуса ионов к их электроотрицательности подразумевает, что механизм адсорбции ионов металлов на MOFs определяется физико-химическими свойствами самих ионов. Разработанные металлорганические каркасные соединения могут быть эффективно использованы в технологиях очистки водных ресурсов от токсичных ионов тяжелых металлов.

Pollution of soils and water sources with heavy metals leads to negative consequences for the environment associated with disruption of ecosystem balance, harm to the health of living organisms and humans. To solve this problem, organometallic frame sorbents capable of efficiently extracting heavy metal ions from aqueous solutions have been synthesized. During the conducted research, the regularities of the adsorption of cadmium, lead, copper, cobalt and nickel ions were studied using synthesized frame sorbents based on benzene-1,3,5-tricarboxylates (MBTC) and benzene-1,4-dicarboxylates (MBDC). The identification analysis performed on diffractograms of CoBTC and NiBTC powders showed the presence of structures [Co₃(BTC)₂·12H₂O] and [Ni₃(BTC)₂·12H₂O]. Unlike NiBTC, NiBDC dicarboxylate crystallizes in triclinic syngony (spatial group P1 , Z = 1) and corresponds to the crystal structure [Ni₃(OH)₂(BDC)_2··4H₂O], the sample of the CuBTC compound crystallizes in cubic symmetry with the space group Fm3 m (Z = 16) and corresponds to the crystal structure [Cu₃(BTC)₂·3H₂O], and the CuBDC compound has a structure belonging to the monoclinic symmetry. The results of the analysis of isotherms of low-temperature nitrogen adsorption using synthesized MOFs made it possible to determine important textural characteristics of sorbents. It was noted that a strong adsorbate-adsorbent interaction is realized for CoBTC in the micropore region. It is shown that the specific surface area of synthesized sorbents, calculated by the Brunnauer-Emmett-Teller (BET) method, varies widely. Thus, for CoBTC and NiBTC compounds, it was 276.0 and 9.0 m²/g, respectively. The noted differences are due to the presence of a large number of micropores in the sorbent CoBTC. In most cases, the kinetic patterns of the adsorption of heavy metal ions can be described by a pseudo-second-order equation. The only example of the process proceeding according to the kinetic equation of the pseudo-first order is the adsorption of copper ions on the NiBDC sorbent. It is noted that cobalt, nickel and copper ions are better absorbed by sorbents containing the corresponding ions of the same name according to the PanetaFaience rule. The linear relationship found between the sorption capacity and the logarithm of the ratio of the radius of ions to their electronegativity implies that the mechanism of adsorption of metal ions on MOFs is determined by the physicochemical properties of the ions themselves. The developed organometallic frame compounds can be effectively used in technologies for purification of water resources from toxic heavy metal ions.