Концентрирование токсичных элементов на углеродных нанотрубках для атомно-спектрального анализа экологических объектов

Исследованы возможности углеродных нанотрубок (УНТ), полученных при различных температурах синтеза и окислительно функционализированных обработкой конц. HNO₃, для извлечения токсичных элементов из водной среды и их последующего определения. Изучена сорбция ионов Be, Bi, Cd, Cr и Pb из водных растворов в зависимости от их концентрации, pH растворов, температуры и времени модификации в сравнении с сорбционными характеристиками на активированном угле. Найдены оптимальные условия концентрирования элементов для последующего анализа концентрата в виде элюата методом атомно-абсорбционного анализа (ААА) или в виде твердой фазы, извлеченной из колонки, методом дуговой атомно-эмиссионной спектрометрии (АЭС). Пределы определения элементов методом АЭС при концентрировании с К_конц = 300 составили 1 • 10⁸ - 3 • 10⁷ % масс., а методом ААА - 0,1 - 0,5 нг/мл. Правильность определения подтверждена методом «введено - найдено» и сравнением результатов ААА и АЭС. Полученные результаты могут быть использованы как в анализе, так и для очистки различных технологических сред, а также для охраны окружающей среды.

sorption, carbon nanotubes, ions of toxic elements, flame atomization, atomic absorption analysis, arc atomic emission spectrometry, сорбция, углеродные нанотрубки, ионы токсичных элементов, атомно-абсорбционный анализ, атомизация в пламени, дуговая атомно-эмиссионная спектрометрия

1. Крамаренко В. Ф. Токсикологическая химия. - М.:Химия, 1998. - 411 с.

2. Израэльсом З. И., Могилевская О. Я., Суворов С. В. Вопросы гигиены труда и профессиональной патологии при работе с редкими металлами. - М.: Медицина, 1973. С. 78.

3. Мамырбаев А. А. Токсикология хрома и его соединений. - Актобе, 2012. 284 с.

4. Золотов Ю. А., Цизин Г. И., Дмитриенко С. Г., Моросанова Е. И. / Сорбционное концентрирование микрокомпонентов из растворов. Применение в неорганическом анализе. - М.: Наука, 2007. - 320 с.

5. Stafiej A., Pyrzynska K. Adsorption of heavy metal ions with carbon nanotubes / Separ. Purific. Technol. 2007. Vol. 58. P. 49 - 52.

6. Rao G. P., Lu C., Su F. Sorption of divalent metal ions from aqueous solution by carbon nanotubes: A review / Separ. Purific. Technol. 2007. Vol. 58. P. 224 230.

7. Tofighy M. A., Mohammadi T. Adsorption of divalent heavy metal ions from water using carbon nanotube sheets / J. Hazard. Mater. 2011. Vol. 185. P. 140 146.

8. Valcarcel M., Cardenas S., Simone B. M., et al. Carbon nanostructures as sorbent materials in analytical processes / TrAC. Trends Anal. Chem. 2008. Vol. 27. P. 34 - 41.

9. Гражулене С. С., Редькин А. Н. Сорбенты на основе углеродных нанотрубок. / В кн. Нанообъекты и нанотехнологии в химическом анализе. Под ред. С. Н. Штыкова. - М.: Наука, 2015. С. 375 - 425.

10. Li Y. H., Wang S., Wei J., et al. Lead adsorption on carbon nanotubes / Chem. Phys. Lett. 2002. Vol. 357. P. 263 - 266.

11. LiY. H., Zhu Y., Zhao Y., et al. Different morphologies of carbon nanotubes effect onthe leadremoval from aqueous solution / Diamond Relat. Mater. 2006. Vol. 15. P. 90 94.

12. Li Y. H., Di Z., Ding J., et al. Adsorption thermodynamic, kinetic and desorption studies of Pb2+ on carbon nanotubes / Water Res. 2005. Vol. 39. P. 605 609.

13. Shao D. D., Ren X. M., Hu J., et al. Preconcentration of Pb2+ from aqueous solution using poly(acrylamide) and poly(N,N-dimethylacryl-amide) grafted multiwalled carbon nanotubes / Colloids Surf. A. 2010. Vol. 360. P. 74 84.

14. Wang H. J., Zhou A. L., Peng F., et al. Mechanism study on adsorption of acidified multiwalled carbon nanotubes to Pb (II) / J. Colloid Interface Sci. 2007. Vol. 316. P. 277 283.

15. Li Y. H., Ding J., Luan Z., et al. Competitive adsorption of Pb, Cu and Cd ions from aqueous solutions by multiwalled carbon nanotubes / Carbon. 2003. Vol. 41. P. 2787 2797.

16. Li Y. H., Wang S., Luan Z., et al. Adsorption of cadmium (II) from aqueous solution by surface oxidized carbon nanotubes / Carbon. 2003. Vol. 41. P. 1057 1062.

17. Cho H. H., Wepasnick K., Smith B. A., et al. Sorption of aqueous Zn [II] and Cd[II] by multiwalled carbon nanotubes: the relative roles of oxygen-containing functional groups and graphenic carbon / Langmuir. 2010. Vol. 26. P. 967 981.

18. Гражулене С. С., Редькин А. H., Телегин Г. Ф., Золотарева Н. И. Исследование углеродных наноматериалов как потенциальных сорбентов для концентрирования примесей в атомно-спектроскопических методах анализа / Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2008. Т. 74. №9.С.7 - 11.

19. Tuzen M., Soylak M. Multiwalled carbon nanotubes for speciation of chromium in environmental samples / J. Hazard. Mater. 2007. Vol. 147. P. 219 225.

20. Chen S., Zhu L., Lu D., et al. Separation and chromium speciation by single-wall carbon nanotubes microcolumn and inductively coupled plasma mass spectrometry / Microchim. Acta. 2010. Vol. 169. P. 123 128.

21. Hu J., Chen C., Zhu X., Wang X. Removal of chromium from aqueous solution by using oxidized multiwalled carbon nanotubes / J. Hazard. Mater. 2009. Vol. 162. P. 1542 1550.

22. Гражулене С. С., Редькин А. H., Телегин Г. Ф. Исследование корреляций между физико-химическими свойствами углеродных нанотрубок и типом катализатора для их синтеза / Журн. аналит. химии. 2012. Т. 67. № 5. С. 479 - 484.

23. Редькин А. H., Кипин В. А., Маляревич Л. В. Синтез углеродных волокнистых наноматериалов из паров этанола на никелевом катализаторе / Неорг. материалы. 2006. Т. 42. № 3. С. 284 - 287.

24. Гражулене С. С., Редькин А. H., Телегин Г. Ф. и др. Сорбционные свойства углеродных нанотрубок в зависимости от температуры их синтеза и последующей обработки / Журн. аналит. химии. 2010. Т. 65. №7. С. 699-706.

25. Bazhenov A. V., Fursova T. N., Grazhulene S. S., et al. Sorption of Metal Ions on Multi-Walled СагЬоп Nanotubes / Fullerenes Nanotubes СагЬоп Nanostruct. 2010. Vol. 18. P. 564 - 568.

26. Бурмий Ж. П., Золотарева Н. И., Хвостиков В. А., Гражулене С. С. Фотоэлектрическая регистрация эмиссионных спектров на основе приборов с зарядовой связью / Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2008. Т. 74. № 6. С. 26 - 29.

27. Экспериандова Л. П., Беликов K. H., Химченко С. В., Бланк Т. А. Еще раз о пределах обнаружения и определения / Журн. аналит. химии. 2010. Т. 65. № 3. С. 229 - 234.

28. Ding Q., Liang P., Song F., Xiang A. M. Separation and Preconcentration of Silver Ion using Multiwalled carbon nanotubes as solid phase extraction sorbent / Separ. Sci. Technol. 2006. Vol. 41. P. 2723 - 2732.