Екологічні аспекти відновлення довкілля: створення та застосування нановуглецевих сорбентів
DOI:
https://doi.org/10.32402/dovkil2025.02.046Ключові слова:
нанокомпозит, терморозширений графіт, важкі метали, органічні забруднювачіАнотація
Мета дослідження:узагальнення наявних підходів до очищення забруднених вод, що містять наночастинки, на яких сконцентровані полютанти різної природи, а також створення і застосування нановуглецевих сорбентів і нанокомпозитів для ефективного очищення таких вод. Матеріали та методи: Як модельні середовища використано природну воду та імітант забруднених вод, що містив органічні речовини (гумати, органічні кислоти, пральні засоби, сиру нафту), важкі метали (Sr, Co, Mn, Fe) і нітрати. Для створення сорбентів використано природний графіт, модифікований сірчаною кислотою, бентонітову глину, мікро- і наночастинки металевого заліза та оксидів. Синтез нанокомпозитів провадився шляхом механоактивації та мікрохвильової обробки. Дослідження морфології, розміру та структури частинок здійснювали за допомогою скануювальної електронної мікроскопії, рентгенівської дифрактометрії та лазерної седиментації. Вміст металів і органічних речовин оцінювали за допомогою методу атомно-абсорбційною спектрофотометрією та за показником хімічного споживання кисню відповідно. Результати. Воєнні дії в Україні від 2022 року призвели до погіршення стану довкілля через надходження полютантів, зокрема наночастинок, що мають високу токсичність і становлять загрозу для екосистем і здоров’я людини. Розроблені сорбенти на основі терморозширеного графіту та високодисперсних алюмосилікатів виявилися ефективними щодо вилучення полютантів різної природи. Синтезований магніточутливий нанокомпозит забезпечив глибоке очищення модельних розчинів: зниження концентрації органічних забруднювачів у 10-15 разів, ефективність вилучення важких металів склала з кобальту ~94%, з марганцю та заліза – >98%, із стронцію – ~92%. Висновки. Отримані результати підтверджують доцільність використання нанокомпозитів на основі терморозширеного графіту та бентоніту для цілеспрямованого видалення складних сумішей полютантів з водних середовищ. Запропоновані підходи можуть бути покладені в основу новітніх технологій очищення та регенерації техногенно забруднених вод у зонах антропогенного навантаження.Завантажити
Посилання
1. Nthunya LN, Mosai AK, Lуpez-Maldonado EA, Bopape M, Dhibar S, Nuapia Y, et al. Unseen threats in aquatic and terrestrial ecosystems: Nanoparticle persistence, transport and toxicity in natural environments. Chemosphere. 2025;382:144470. https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2025.144470
2. Singh G, Thakur N, Kumar R. Nanoparticles in drinking water: Assessing health risks and regulatory challenges. Science of The Total Environment. 2024;949:174940. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2024.174940
3. Forest V. Combined effects of nanoparticles and other environmental contaminants on human health - an issue often overlooked. NanoImpact. 2021;23:100344. https://doi.org/10.1016/j.impact.2021.100344
4. Dyniak O, Koshliakova I. Potentsiina nebezpeka dlia dovkillia ta naselennia vid naftokhimichnoho zabrudnennia heolohichnoho seredovyshcha vnaslidok boiovykh dii [Potential danger to the environment and population from petrochemical pollution of the geological environment as a result of military operations]. Ekologichni nauky [Ecological Sciences]. 2023;6(51):136–141. Ukrainian. https://doi.org/10.32846/2306-9716/2023.eco.6-51.22
5. Bachynskyi V, Shkurpit O. Pidbir materialu dlia vyhotovlennia elementiv bezpilotnykh litalnykh aparatov za adytyvnymy tekhnolohiiamy [Material selection for manufacturing UAV elements using additive technologies]. In : Problemy stvorennia, vyprobuvannia, zastosuvannia ta ekspluatatsii skladnykh informatsiinykh system [Problems of Construction, Testing, Application and Operation of Complex Information Systems]. 2022;(22):90–98. Ukrainian. https://doi.org/10.46972/2076-1546.2022.22.08
6. Chepkov IB. The role and place of materials science in the creation of the modern armament and military equipment of the Armed Forces of Ukraine. Visnyk Natsionalnoi akademii nauk Ukrainy [Herald of the National Academy of Sciences of Ukraine]. 2023;(6):73–83. Ukrainian. https://doi.org/10.15407/visn2023.06.073
7. Aljabali AA, Obeid MA, Bashatwah RM, Serrano-Aroca Б, Mishra V, Mishra Y, El-Tanani M, Hromiж-Jahjefendiж A, Kapoor DN, Goyal R, et al. Nanomaterials and their impact on the immune system. International Journal of Molecular Sciences. 2023;24(3):2008. https://doi.org/10.3390/ijms24032008
8. Singh D, Sharma A, Verma SK, Pandey H, Pandey M. Impact of nanoparticles on plant physiology, nutrition, and toxicity: a short review. Next Nanotechnology. 2024;6:100081. https://doi.org/10.1016/j.nxnano.2024.100081
9. Nasiedkin D.B., Grebenyuk A.G., Babich I.V., Plyuto Y.V., Kartel M.T. Eksperymentalne i teoretychne doslidzhennia okysnennia pryrodnoho ta termorozshyrenoho hrafitu [Experimental and theoretical study of expanded graphite oxidation]. Poverkhniа [Surface]. 2015;(7):126–136. Ukrainian
10. Kadoshnikov VM, Melnychenko TI, Arkhipenko OM, Tutskyi DH, Komarov VO, Bulavin LA, Zabulonov YL. A composite magnetosensitive sorbent based on the expanded graphite for the clean-up of oil spills: synthesis and structural properties. C. 2023;9:39. https://doi.org/10.3390/c9020039
11. Gorelik SS, Skakov YuA, Rastorguev LN. Rentgenograficheskiy i elektronno-opticheskiy analiz [X-ray and electron-optical analysis]. Moscow: MISIS; 2002. 358 p. Russian.
12. ISO 15705:2002. Water quality: Determination of the chemical oxygen demand index (ST-COD) – Small-scale sealed-tube method. Geneva: ISO; 2002.
13. Coetzee D, Rojviroon T, Niamlang S, Militkэ J, Wiener J, Veиernнk J, Melicherнkovб J, Mьllerovб J. Effects of expanded graphite’s structural and elemental characteristics on its oil and heavy metal sorption properties. Scientific Reports. 2024;14:13716. https://doi.org/10.1038/s41598-024-64695-0
14. Zhang Q, Bi T, Chen H, Hu Y, Tian F, Lin Q. Petroleum residue-based ultrathin-wall graphitized mesoporous carbon and its high-efficiency adsorption mechanism. Diamond and Related Materials. 2024;148:111497. https://doi.org/10.1016/j.diamond.2024.111497
15. Zabulonov YuL, Melnychenko TI, Kadoshnikov VM, Kyseliov YuV, Odukhalets LA, Puhach OV, Molochko VM. Patent Ukrainy na korysnu model № 152970; Sposib otrymannia mahnetochutlyvoho nanosorbentu [Patent of Ukraine for utility model № 152970; IPC B01J 20/30 (2006.01), B01J 20/20 (2006.01), C02F 101/32 (2006.01), B82Y 30/00. Method for obtaining a magnetosensitive nanosorbent]; application № u 2022 03929; filed 20.10.2022; published 03.05.2023, Bulletin № 18.] . Ukrainian. https://sis.nipo.gov.ua/uk/search/detail/1734965
16. Mikheiev VI. Rentgenometricheskiy opredelitel mineralov [X-ray minerals identifier]. Moscow; 1957. 868 p. Russian.
17. Koval Yu, Mazanko V, Hertsriken D, Bohdanov Ye, Mironov V, Bohdanov S. Vplyv promizhnykh prosharkiv na vzaiemnu difuziiu za umov martensytnykh peretvoren [Influence of interlayers on the interdiffusion under conditions of martensitic transformations]. Reports of the National Academy of Sciences of Ukraine. 2021;(3):55–63. Ukrainian. https://doi.org/10.15407/dopovidi2021.03.055
18. Kadoshnikov VM, Melnychenko TI, Arkhypenko OM, Tutskyi DH, Komarov VO, Bulavin LA, Zabulonov YuL. A composite magnetosensitive sorbent based on the expanded graphite for the clean-up of oil spills: synthesis and structural properties. C. 2023;9:39. https://doi.org/10.3390/c9020039
19. Amirov RR, Shayimova J, Nasirova Z, Solodov A, Dimiev AM. Analysis of competitive binding of several metal cations by graphene oxide reveals the quantity and spatial distribution of carboxyl groups on its surface. Physical Chemistry Chemical Physics. 2018;20(4):2320–2329. https://doi.org/10.1039/C7CP07055A
20. Іnan S. Inorganic ion exchangers for strontium removal from radioactive waste: a review. Journal of Radioanalytical and Nuclear Chemistry. 2022;331:1137–1154. https://doi.org/10.1007/s10967-022-08206-3
21. Saleh AS, Afolabi OO. Enhancement and modelling of caesium and strontium adsorption behaviour on natural and activated bentonite. Environmental Technology & Innovation. 2025;37:103937. https://doi.org/10.1016/j.eti.2024.103937
Завантаження
Опубліковано
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2025 Довкілля та здоров'я
Ця робота ліцензується відповідно до ліцензії Creative Commons Attribution 4.0 International License.
