Сорбция радия-226 на малослойном графене, синтезированном в условиях самораспространяющегося высокотемпературного синтеза

Cover Page

Cite item

Full Text

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

Abstract

В ходе промышленной деятельности человека образуются огромные объемы воды, загрязненной радионуклидами, в том числе радием-226, которые представляют серьезную опасность для человека. Одним из наиболее перспективных материалов для очистки воды от радионуклидов являются графеновые наноструктуры. В данной работе была исследована эффективность малослойного графена, синтезированного в условиях самораспространяющегося высокотемпературного синтеза из целлюлозы, а также отходов деревообрабатывающей промышленности (технический лигнин, кора деревьев) при очистке воды от радия-226. Ключевым достоинством выбранной методики синтеза малослойного графена является возможность синтеза больших объемов материала с приемлемой себестоимостью, что крайне важно при промышленном применении. Было установлено, что синтезированные образцы малослойного графена могут эффективно очищать воду от радия-226 (степень сорбции более 99%). Также было показано, что степень десорбции при повторной промывке водой не превышает 0.5%.

Full Text

Restricted Access

About the authors

А. А. Возняковский

Физико-технический институт им. А. Ф. Иоффе РАН

Author for correspondence.
Email: alexey_inform@mail.ru
Russian Federation, Политехническая ул., 26, Санкт-Петербург, 194021

А. П. Возняковский

Научно-исследовательский институт синтетического каучука им. академика С. В. Лебедева

Email: alexey_inform@mail.ru
Russian Federation, Гапсальская ул., 1, Санкт-Петербург, 198035

С. В. Кидалов

Физико-технический институт им. А. Ф. Иоффе РАН

Email: alexey_inform@mail.ru
Russian Federation, Политехническая ул., 26, Санкт-Петербург, 194021

А. П. Карманов

Институт биологии Коми научного центра Уральского отделения Российской академии наук

Email: alexey_inform@mail.ru
Russian Federation, Коммунистическая ул., 28, Сыктывкар, Республика Коми, 167982

Н. Г. Рачкова

Институт биологии Коми научного центра Уральского отделения Российской академии наук

Email: alexey_inform@mail.ru
Russian Federation, Коммунистическая ул., 28, Сыктывкар, Республика Коми, 167982

Н. Д. Подложнюк

Физико-технический институт им. А. Ф. Иоффе РАН

Email: alexey_inform@mail.ru
Russian Federation, Политехническая ул., 26, Санкт-Петербург, 194021

References

  1. Maxwell O., Wagiran H., Zaidi E. et al. Radiotoxicity risks of radium-226 (226Ra) on groundwater-based drinking at Dawaki, Kuje, Giri and Sabon-Lugbe area of Abuja, North Central Nigeria // Environmental Earth Sciences. 2016. V. 75. P. 1–9. https://doi.org/10.1007/s12665-016-5884-y
  2. McLaughlin M.C., Borch T., McDevitt B., Warner N.R., Blotevogel J. Water quality assessment downstream of oil and gas produced water discharges intended for beneficial reuse in arid regions // Science of The Total Environment. 2020. V. 713. P. 136607. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2020.136607
  3. Кампанер В.П., Луис-Сильва В., Смоук Д.М., Сандерс К.Д. Повышенное содержание радионуклидов в районе расположения предприятий по добыче и сжиганию угля в южной Бразилии // Радиохимия. 2018. T. 60. № 2. С. 189–192.
  4. Girault F., Perrier F., Przylibski T.A. Radon-222 and radium-226 occurrence in water: A review // Geological Society. 2018. V. 451. № 1. P. 131–154. https://doi.org/10.1144/SP451.3
  5. Madhav S., Ahamad A., Singh A.K., Kushawaha J., Chauhan J.S., Sharma S., Singh P. Water Pollutants: Sources and Impact on the Environment and Human Health. Singapore. Springer. 2020. P. 43–62. https://doi.org/10.1007/978-981-15-0671-0_4
  6. Burakov A.E., Tyagi I., Burakova I.V. et al. Efficient removal of europium radionuclides from natural and seawater using mesoporous carbon-based material // Journal of Molecular Liquids. 2022. V. 365. P. 120092. https://doi.org/10.1016/j.molliq.2022.120092
  7. Smržová D., Szatmáry L., Ecorchard P., Machálková A., Maříková M., Salačová P., Straka M. Carbon and zeolite-based composites for radionuclide and heavy metal sorption // Heliyon. 2022. V. 8. № 12. P. e12293. https://doi.org/10.1016/j.heliyon.2022.e12293
  8. Belousov P., Semenkova A., Egorova T. et al. Cesium sorption and desorption on glauconite, bentonite, zeolite, and diatomite // Minerals. 2019. V. 9. № 10. P. 625. https://doi.org/10.3390/min9100625
  9. Бетенеков Н.Д. Сорбция радия из водопроводной воды неорганическими сорбентами // Радиохимия. 2020. Т. 62. № 2. С. 151–156. https://doi.org/10.1134/S1066362220020071
  10. Chakraborty A., Pal A., Saha B.B. A critical review of the removal of radionuclides from wastewater employing activated carbon as an adsorbent // Materials. 2022. V. 15. № 24. P. 8818. https://doi.org/10.3390/ma15248818
  11. ISO/TS 80004-13:2017(en) Nanotechnologies – Vocabulary – Part 13: Graphene and related two-dimensional (2D) materials
  12. Zhu Y., Murali S., Cai W., Li X., Suk J.W., Potts J.R., Ruoff R.S. Graphene and graphene oxide: Synthesis, properties, and applications // Advanced materials. 2010. V. 22. № 35. P. 3906–3924. https://doi.org/10.1002/adma.201001068
  13. Qian Y., Ismail I.M., Stein A. Ultralight, high-surface-area, multifunctional graphene-based aerogels from self-assembly of graphene oxide and resol // Carbon. 2014. V. 68. P. 221–231. https://doi.org/10.1016/j.carbon.2013.10.082
  14. Zhang S., Wang H., Liu J., Bao C. Measuring the specific surface area of monolayer graphene oxide in water // Materials Letters. 2020. V. 261. P. 127098. https://doi.org/10.1016/j.matlet.2019.127098
  15. Yu S., Wang X., Tan X., Wang X. Sorption of radionuclides from aqueous systems onto graphene oxide-based materials: A review // Inorganic Chemistry Frontiers. 2015. V. 2. № 7. P. 593–612. https://doi.org/10.1039/C4QI00221K
  16. Boulanger N., Kuzenkova A.S., Iakunkov A. et al. Enhanced sorption of radionuclides by defect-rich graphene oxide // ACS applied materials & interfaces. 2020. V. 12. № 40. P. 45122–45135. https://doi.org/10.1021/acsami.0c11122
  17. Chen X., Wang X., Wang S., Qi J., Xie K., Liu X., Li J. Furfuryl alcohol functionalized graphene for sorption of radionuclides // Arabian J. Chem. 2017. V. 10. № 6. P. 837–844. https://doi.org/10.1016/j.arabjc.2016.06.009
  18. Shubair T., Eljamal O., Tahara A., Sugihara Y., Matsunaga N. Preparation of new magnetic zeolite nanocomposites for removal of strontium from polluted waters // J. Mol. Liq. 2019. V. 288. P. 111026. https://doi.org/10.1016/j.molliq.2019.111026
  19. Xing, M., Zhuang, S., Wang, J. Adsorptive removal of strontium ions from aqueous solution by graphene oxide // Environmental Science and Pollution Research. 2019. V. 26. P. 29669–29678. https://doi.org/10.1007/s11356-019-06149-z
  20. Alam S.N., Sharma N., Kumar L. Synthesis of graphene oxide (GO) by modified hummers method and its thermal reduction to obtain reduced graphene oxide (rGO) // Graphene. 2017. V. 6. № 1. P. 1–18. https://doi.org/10.4236/graphene.2017.61001
  21. Gu X., Zhao Y., Sun K. et al. Method of ultrasound-assisted liquid-phase exfoliation to prepare graphene // Ultrasonics Sonochemistry. 2019. V. 58. P. 104630. https://doi.org/10.1016/j.ultsonch.2019.104630
  22. Novoselov K.S., Geim A.K., Morozov S.V. et al. Electric field effect in atomically thin carbon films // Science. 2004. V. 306. № 5696. P. 666–669. https://doi.org/10.1126/science.1102896
  23. Huang Y., Pan Y.H., Yang R. et al. Universal mechanical exfoliation of large-area 2D crystals // Nature communications. 2020. V. 11. № 1. P. 2453. https://doi.org/10.1038/s41467-020-16266-w
  24. Deng B., Liu Z., Peng H. Toward mass production of CVD graphene films // Advanced Materials. 2019. V. 31. № 9. P. 1800996. https://doi.org/10.1002/adma.201800996
  25. Davydov V.Y., Usachov D.Y., Lebedev S.P. et al. Study of the crystal and electronic structure of graphene films grown on 6 H-SiC (0001) // Semiconductors. 2017. V. 51. P. 1072–1080. https://doi.org/10.1134/S1063782617080073
  26. Лебедев С.П., Елисеев И.А., Давыдов В.Ю. и др. Транспортные свойства пленок графена, выращенных методом термодеструкции поверхности SiC (0001) в среде аргона // Письма в Журнал технической физики. 2017. Т. 43. № 18. С. 64–72. https://doi.org/10.21883/PJTF.2017.18.45035.16895
  27. Коваленко С.Л., Павлова Т.В., Андрюшечкин Б.В. и др. Эпитаксиальный рост монокристалла графена на поверхности Ni (111) // Письма в Журнал экспериментальной и теоретической физики. 2017. Т. 105. № 3. С. 170–174. https://doi.org/10.7868/S0370274X17030080
  28. Voznyakovskii A.P., Vozniakovskii A.A., Kidalov S.V. New way of synthesis of few-layer graphene nanosheets by the self propagating high-temperature synthesis method from biopolymers // Nanomaterials. 2022. V. 12. № 4. P. 657. https://doi.org/10.3390/nano12040657
  29. Возняковский А.П., Неверовская А.Ю., Возняковский А.А., Карманов А.П., Шугалей И.В. Биомасса борщевика как сырье для получения 2D наноуглеродов. Экологический аспект // Экологическая химия. 2020. Т. 29. № 4. С. 190–195.
  30. Voznyakovskii A.P., Neverovskaya A.Yu., Vozniakovskii A.A., Kidalov S.V. A quantitative chemical method for determining the surface concentration of stone–wales defects for 1D and 2D carbon nanomaterials // Nanomaterials. 2022. V. 12. № 5. P. 883. https://doi.org/10.3390/nano12050883
  31. Vozniakovskii A.P., Kidalov S.V., Vozniakovskii A.A., Karmanov A.P., Kocheva L., Rachkova N. Carbon nanomaterials based on plant biopolymers as radionuclides sorbent. // Fullerenes, Nanotubes, Carbon Nanostruct. 2020. V. 28. № 3. P. 238–241. https://doi.org/10.1080/1536383X.2019.1686627
  32. Старик И.Е. Основы радиохимии. Л.: Наука, 1969. 647 с.
  33. Vozniakovskii A.A., Voznyakovskii A.P., Kidalov S.V., Osipov V.Yu. Structure and paramagnetic properties of graphene nanoplatelets prepared from biopolymers using self-propagating high-temperature synthesis // J. Struct. Chem. 2020. V. 61. P. 826–834. https://doi.org/10.1134/S0022476620050200
  34. Voznyakovskii A.P., Vozniakovskii A.A., Kidalov S.V. Phenomenological model of synthesis of few-layer graphene (FLG) by the selfpropagating high-temperature synthesis (SHS) method from biopolymers // Fullerenes, Nanotubes, Carbon Nanostruct. 2022. V. 30. № 1. P. 59–65. https://doi.org/10.1080/1536383X.2021.1993831

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. Electronic images of MG samples synthesized from cellulose (a), pine bark (b), technical lignin (c). Magnification ×5000. The red squares show the areas for measuring the elemental composition by the energy dispersion method.

Download (311KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. The results of measuring the linear dimensions of MG samples by laser diffraction: 1 – cellulose, 2 – pine bark, 3 – technical lignin.

Download (63KB)
Indexing metadata
4. Fig. 3. Results of surface properties studies MG: a – isotherms of low-temperature adsorption‑de– sorption of nitrogen (1 – cellulose, 2 – pine bark, 3 – technical lignin); b - pore size distribution (1 – cellulose, 2 – pine bark, 3 – technical lignin).

Download (185KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2024 Russian Academy of Sciences

This website uses cookies

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

About Cookies