Влияние структуры сульфосодержащих полиэлектролитных матриц на адсорбцию ионов Cu2+

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

Методом обратной суспензионной сополимеризации пара-стиролсульфоната с N, N’-метилен-бис-акриламидом, а также методом криотропного гелеобразования сульфосодержащих акрилатов (3-сульфопропилметакрилат, сульфобетаин метакрилат) получены пористые гидрофильные полиэлектролитные матрицы. Показано, что для полученных полиэлектролитов концентрация сульфонатных групп составляет от 2 до 3 ммоль/г. Морфология, структура поверхностного слоя полиэлектролитных матриц изучены методом растровой электронной микроскопии и ИК-спектроскопии, удельная поверхность и распределение пор по размерам – методом БЭТ. Адсорбцию ионов Cu2+ исследовали спектрофотометрическим методом. Найдено, что максимальная сорбционная емкость характерна только для полиэлектролитных матриц, содержащих ароматические сульфонатные группы.

Full Text

Restricted Access

About the authors

С. Г. Лаишевкина

ФГБОУН Институт высокомолекулярных соединений Российской академии наук

Email: natali.shevchenko29@gmail.com
Russian Federation, 199004, Санкт-Петербург, Большой пр. В.О., 31

О. Д. Якобсон

ФГБОУН Институт высокомолекулярных соединений Российской академии наук

Email: natali.shevchenko29@gmail.com
Russian Federation, 199004, Санкт-Петербург, Большой пр. В.О., 31

Е. М. Иванькова

ФГБОУН Институт высокомолекулярных соединений Российской академии наук

Email: natali.shevchenko29@gmail.com
Russian Federation, 199004, Санкт-Петербург, Большой пр. В.О., 31

Б. М. Шабсельс

ФГБОУН Институт высокомолекулярных соединений Российской академии наук

Email: natali.shevchenko29@gmail.com
Russian Federation, 199004, Санкт-Петербург, Большой пр. В.О., 31

Н. Н. Шевченко

ФГБОУН Институт высокомолекулярных соединений Российской академии наук

Author for correspondence.
Email: natali.shevchenko29@gmail.com
Russian Federation, 199004, Санкт-Петербург, Большой пр. В.О., 31

References

  1. Malakhova I., Privar Y., Parotkina Y., Mironenko A., Eliseikina M., Balatskiy D., Golikov A., Bratskaya S. Rational design of polyamine-based cryogels for metal ion sorption // Molecules. 2020. V. 25. № 20. P. 4801. https://doi.org/10.3390/molecules25204801
  2. Qi X., Liu R., Chen M., Li Z., Qin T., Qian Y., Zhao S., Liu M., Zeng Q., Shen J., Shen J. Removal of copper ions from water using polysaccharide-constructed hydrogels // Carbohydrate Polymers. 2019. V. 209. P. 101–110. https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2019.01.015
  3. Изумрудов В.А. Растворимые полиэлектролитные комплексы биополимеров // Высокомолекулярные соединения. Сер. А. 2012. Т. 54. № 7. С. 1086–1095.
  4. Зорин И.М., Щербинина Т.М., Мельников А.Б., Молчанов В.С., Билибин А.Ю. Исследование ассоциации в водных растворах 2-акриламидо-2-метилпропансульфоната н-додециламмония // Коллоидный журнал. 2014. Т. 76. № 3. С. 342–346. https://doi.org/10.7868/S0023291214030161
  5. Laishevkina S., Iakobson O., Saprykina N., Dobrodumov A., Chelibanov V., Tomšík E., Shevchenko N. Hydrophilic polyelectrolyte microspheres as a template for poly(3,4-ethylenedioxythiophene) synthesis // Soft Matter. 2023. V. 19. № 22. P. 4144–4154. https://doi.org/10.1039/D3SM00372H
  6. Laishevkina S., Skurkis Y., Shevchenko N. Preparation and properties of cryogels based on poly(sulfopropyl methacrylate) or poly(sulfobetaine methacrylate) with controlled swelling // Journal of Sol-Gel Science and Technology. 2022. V. 102. № 2. P. 343–356. https://doi.org/10.1007/s10971-022-05770-8
  7. Jahn P., Zelner M., Freger V., Ulbricht M. Polystyrene sulfonate particles as building blocks for nanofiltration membranes // Membranes. 2022. V. 12. № 11. P. 1138. https://doi.org/10.3390/membranes12111138
  8. Cai L., Ying D., Liang X., Zhu M., Lin X., Xu Q., Cai Z., Xu X., Zhang L. A novel cationic polyelectrolyte microsphere for ultrafast and ultra-efficient removal of heavy metal ions and dyes // Chemical Engineering Journal. 2021. V. 410. P. 128404. https://doi.org/10.1016/j.cej.2021.128404
  9. Bucatariu F., Schwarz D., Zaharia M., Steinbach C., Ghiorghita C.-A., Schwarz S., Mihai M. Nanostructured polymer composites for selective eavy metal ion sorption // Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects. 2020. V. 603. P. 125211. https://doi.org/10.1016/j.colsurfa.2020.125211
  10. Гандурина Л.В. Очистка сточных вод с применением синтетических полиэлектролитов. Москва: ЗАО “Дар/Водгео”, 2007. 198 с.
  11. Akperov O.H., Maharramov A.M., Akperov E.O., Shirinova E.A. Ammonium salt of the cross-linked maleic acid–allylpropionate–styrene terpolymer as effective sorbent for removal of Cu2+ ions from water solutions (sorption of the copper ions) // Journal of Dispersion Science and Technology. 2018. V. 39. № 9. P. 1244–1251. https://doi.org/10.1080/01932691.2017.1391703
  12. Zamariotto D., Lakard B., Fievet P., Fatin-Rouge N. Retention of Cu(II)- and Ni(II)-polyaminocarboxylate complexes by ultrafiltration assisted with polyamines // Desalination. 2010. V. 258. № 1–3. P. 87–92. https://doi.org/10.1016/j.desal.2010.03.040
  13. Saad D.M., Cukrowska E.M., Tutu H. Development and application of cross-linked polyethylenimine for trace metal and metalloid removal from mining and industrial wastewaters // Toxicol. Environ. Chem. 2011. V. 93. № 5. P. 914–924. https://doi.org/10.1080/02772248.2011.575785
  14. Shevchenko N., Tomsik E., Laishevkina S., Iakobson O., Pankova G. Cross-linked polyelectrolyte microspheres: Preparation and new insights into electro-surface properties // Soft Matter. 2021. V. 17. № 8. P. 2290–2301. https://doi.org/10.1039/D0SM02147D
  15. Privar Y.O., Pestov A.V., Azarova Y.A., Bratskaya S.Y. Thiocarbamoyl derivatives of polyallylamine for gold and silver recovery from ammonia-thiosulfate leachates // Non-Ferrous Met. 2018. V. 1. P. 12–17. https://doi.org/10.17580/nfm.2018.01.03
  16. Malakhova I., Privar Y., Eliseikina M., Golikov A., Skatova A., Bratskaya S. Supermacroporous monoliths based on polyethyleneimine: Fabrication and sorption properties under static and dynamic conditions // J. Environ. Chem. Eng. 2020. V. 8. № 6. P. 104395. https://doi.org/10.1016/j.jece.2020.104395
  17. Dragan E.S., Loghin D.F.A. Fabrication and characterization of composite cryobeads based on chitosan and starches-g-PAN as efficient and reusable biosorbents for removal of Cu2+, Ni2+, and Co2+ ions // Int. J. Biol. Macromol. 2018. V. 120. P. 1872–1883. https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2018.10.007
  18. Han Y., Jiang Y., Gao C. High-flux graphene oxide nanofiltration membrane intercalated by carbon nanotubes // ACS Appl.Mater. Interfaces. 2015 V. 7. № 15. P. 8147–8155. https://doi.org/10.1021/acsami.5b00986
  19. Шевченко Н.Н., Панкова Г.А., Лаишевкина С.Г. Влияние структуры поверхностного слоя катионных частиц на основе метилметакрилата на адсорбцию биомолекул // Коллоидный журнал. 2020. Т. 82. № 6. С. 761–770. https://doi.org/10.31857/S0023291220060154
  20. Шевченко Н.Н., Панкова Г.А., Шабсельс Б.М., Лаишевкина С.Г., Байгильдин В.А. Безэмульгаторная эмульсионная сополимеризация метилметакрилата как метод получения катионных частиц для диагностики вируса клещевого энцефалита // Коллоидный журнал. 2020. Т. 82. № 2. С. 252–260. https://doi.org/10.31857/S0023291220020111
  21. Nunes S.P., Culfaz-Emecen P.Z., Ramon G.Z., Visser T., Koops G.H., Jin W., Ulbricht M. Thinking the future of membranes: Perspectives for advanced and new membrane materials and manufacturing processes // J. Membr. Sci. 2020. V. 598. P. 117761. https://doi.org/10.1016/j.memsci.2019.117761
  22. Syed Ibrahim G.P., Isloor A.M., Bavarian M., Nejati S. Integration of zwitterionic polymer nanoparticles in interfacial polymerization for ion separation // ACS Appl. Polym. Mater. 2020. V. 2. № 4. P. 1508–1517. https://doi.org/10.1021/acsapm.9b01192
  23. Shevchenko N., Steinhart M., Tomsik E. Single-step preparation of mono-dispersed sulfur nanoparticles for detention of copper // Journal of Nanoparticle Research. 2019. V. 21. № 246. P. 1–12. https://doi.org/10.1007/S11051-019-4673-4
  24. Iakobson O.D., Dobrodumov A.V., Saprykina N.N., Shevchenko N.N. Dextran nanoparticles cross-linked in aqueous and aqueous/alcoholic media // Macromolecular Chemistry and Physics. 2017. V. 218. № 10. P. 1600523. https://doi.org/10.1002/MACP.201600523.
  25. Пергушов Д.В., Ремизова Е.В., Зезин А.Б., Кабанов В.А. Интерполиэлектролитное комплексообразование возможно и в малополярных органических средах // Докл. РАН. 2006. Т. 406. № 5. С. 642–646.
  26. Hamzah Y.B., Hashim S., Rahman W.A. Synthesis of polymeric nano/microgels: A review // J. Polym. Res. 2017. V. 24. № 134. P. 1–19. https://doi.org/10.1007/s10965-017-1281-9
  27. Полянский Н.Г., Горбунов Г.В., Полянская Н.Л. Методы исследования ионитов. М.: Химия, 1976. 208 с.
  28. Gulrez H.S.K., Saphwan A.-A., Glyn O.P. Hydrogels: Methods of preparation, characterisation and applications // Progress in Molecular and Environmental Bioengineering–From Analysis and Modeling to Technology Applications. InTech. Pisa. 2011. https://doi.org 10.5772/24553
  29. Plieva F.M., Karlsson M., Aguilar M.R., Gomez D., Mikhalovsky S., Galaev’ I. Yu. Pore structure in supermacroporous polyacrylamide based cryogels // Soft Matter. 2005. V. 1. № 4. P. 303–309. https://doi.org/10.1039/B510010K
  30. Кабанов В.А. Полиэлектролитные комплексы в растворе и в конденсированной фазе // Успехи химии. 2005. Т. 74. № 1. С. 5–23.
  31. Polyelectrolytes with defined molecular architecture II: advances in chemical physics. Ed. by M. Schmidt. Berlin Heidelberg: Springer-Verlag, 2004.
  32. Koetz J., Kosmella S. Polyelectrolytes and Nanoparticles. Berlin Heidelberg: Springer-Verlag, 2007.
  33. Chernysheva M.G., Popov A.G., Tashlitsky V.N., Badun G.A. Cationic surfactant coating nanodiamonds: Adsorption and peculiarities // Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects. 2019. V. 565. P. 25–29. https://doi.org/10.1016/j.colsurfa.2018.12.057
  34. Silverstein R.M., Morrill T.C., Bassler G.C. Spectrometric Identification of Organic Compounds, 3rd Ed. Welley. New-York, 1974.
  35. Gospodinova N., Tomšík E., Omelchenko O. How strong are strong poly(sulfonic acids)? An example of the poly(2-acrylamido-2-methyl-1-propanesulfonic acid) // European Polymer Journal. 2016. V. 74. P. 130–135. https://doi.org/10.1016/j.eurpolymj.2015.11.025
  36. Kirillov A., Gorshkov N., Shevchenko N., Saprykina N., Krasikov V. Tuning the porosity of hypercrosslinked styrene-divinylbenzene copolymers for efficient adsorption of rifampicin from aqueous media // Journal of Polymer Research. 2023. V. 30. № 11. P. 405. https://doi.org/10.1007/s10965-023-03802-7

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Scheme 1. Methods for obtaining polyelectrolyte matrices. The method of reverse suspension polymerization of the sodium salt of styrene sulfonic acid in the presence of a crosslinking agent (a) and the method of cryotropic gelation of sulfonic monomers (b).

Download (1MB)
Indexing metadata
3. Scheme 2. Photos of emulsions “aqueous phase (monomers+water)–cyclohexane emulsifier”, where Tween 80 (1), Tween 65 (2), DCC (3), PEG 400 DS (4), Span 80 (5) (a) were used as an emulsifier; a typical three–component diagram “emulsifier-water–oil" (b).

Download (578KB)
Indexing metadata
4. Fig. 1. Photos of optical microscopy of polyelectrolyte microspheres (a) and polyelectrolyte cryogels PSPM (d), PSBMA (g). Photos of SEM polyelectrolyte microspheres (b, c) and polyelectrolyte cryogels PSPM (d), P(SPM-GEM) (e), P(SPM-VA) (h), PSBMA (and).

Download (1MB)
Indexing metadata
5. Fig. 2. IR spectra of polyelectrolyte matrix powders.

Download (316KB)
Indexing metadata
6. Fig. 3. IR spectra of polyelectrolyte cryogel powders.

Download (248KB)
Indexing metadata
7. Fig. 4. IR spectrum of nanodiamond powder and photo of SEM gel P(SPM-GAMA) with nanodiamonds (in the insert).

Download (258KB)
Indexing metadata
8. Fig. 5. Sorption of Cu2+ ions from aqueous solutions onto synthesized polyelectrolyte microspheres (a) and cryogels (b).

Download (351KB)
Indexing metadata


This website uses cookies

You consent to our cookies if you continue to use our website.

About Cookies