Управление магнитными сорбентами в системах динамического онлайн-концентрирования для эффективного извлечения фенольных ксеноэстрогенов из водных растворов

Cover Page

Cite item

Full Text

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

Abstract

Предложена автоматизированная онлайн-система для динамического извлечения и концентрирования бисфенола А, октилфенола и нонилфенола из водных растворов. Система включает в себя три перистальтических насоса и колонку с магнитным сорбентом, который удерживается неодимовыми магнитами. Переключение потоков осуществляется при помощи шестиходового крана. В автоматизированном режиме также проводится регенерация сорбента и возвращение его в колонку для концентрирования. Наночастицы Fe3O4, функционализированные гуматами (Fe3O4@SiO2-НА), использованы в качестве сорбентов. Распределенный по колонке сорбент удерживали двумя неодимовыми магнитами и пропускали через слой Fe3O4@SiO2-НА раствор, содержащий фенолы. Изучено влияние взаимного расположения магнитов на распределение сорбента по сечению колонки. Установлено, что наиболее полно сечение колонки заполняется при использовании двух магнитов, отведенных на расстояние 0.2–0.3 мм от колонки. Максимальные коэффициенты концентрирования (2071–2100) после десорбции метанолом и упаривания получены при скоростях пропускания 0.5 см3·мин–1.

Full Text

Restricted Access

About the authors

Александр Сергеевич Губин

Воронежский государственный университет инженерных технологий

Author for correspondence.
Email: goubinne@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-0119-4375
SPIN-code: 6968-2366
Scopus Author ID: 8590575600

к.х.н., доцент

Russian Federation, 394036, г. Воронеж, пр. Революции, 19

Павел Тихонович Суханов

Воронежский государственный университет инженерных технологий

Email: goubinne@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-2588-9286
SPIN-code: 8978-9118
Scopus Author ID: 10046067600

д.х.н., проф.

Russian Federation, 394036, г. Воронеж, пр. Революции, 19

Алексей Алексеевич Кушнир

Воронежский государственный университет инженерных технологий

Email: goubinne@mail.ru
ORCID iD: 0000-0003-4844-0147
SPIN-code: 7049-2733
Scopus Author ID: 55983575000

к.х.н.

Russian Federation, 394036, г. Воронеж, пр. Революции, 19

Алексей Алексеевич Евдокимов

Северо-Кавказский федеральный университет

Email: goubinne@mail.ru
ORCID iD: 0000-0003-1283-0768
SPIN-code: 1351-2146
Scopus Author ID: 57206467831

к.т.н., доцент

Russian Federation, 355017, г. Ставрополь, ул. Пушкина, 1

Дмитрий Владимирович Болдырев

Северо-Кавказский федеральный университет

Email: goubinne@mail.ru
ORCID iD: 0000-0001-9225-2560
SPIN-code: 6933-9049
Scopus Author ID: 57206471605

к.т.н., доцент

Russian Federation, 355017, г. Ставрополь, ул. Пушкина, 1

References

  1. Tolmacheva V. V., Apyari V. V., Kochuk E. V., Dmitrienko S. G. Magnetic adsorbents based on iron oxide nanoparticles for the extraction and preconcentration of organic compounds // J. Anal. Chem. 2016. V. 71. P. 321–338. https://doi.org/10.1134/S1061934816040079.
  2. Faraji M., Shirani M., Rashidi-Nodeh H. The recent advances in magnetic sorbents and their applications // TrAC Trends in Analytical Chemistry. 2021. V. 141. ID 116302. https://doi.org/10.1016/j.trac.2021.116302
  3. Tsizin G. I., Statkus M. A., Zolotov Y. A. Adsorption and extraction preconcentration of trace components in flow analytical systems // J. Anal. Chem. 2015. V. 70. P. 1289–1306. https://doi.org/10.1134/S1061934815110167.
  4. Giakisikli G., Anthemidis A. N. Automated magnetic sorbent extraction based on octadecylsilane functionalized maghemite magnetic particles in a sequential injection system coupled with electrothermal atomic absorption spectrometry for metal determination // Talanta. 2013. V. 110. P. 229–235. https://doi.org/10.1016/j.talanta.2013.02.035
  5. Bernad S. I., Bernad E. Magnetic forces by permanent magnets to manipulate magnetoresponsive particles in drug-targeting applications // Micromachines. 2022. V. 13. ID 1818. https://doi.org/10.3390/mi13111818
  6. Chen B., Heng S., Peng H., Hu B., Yu X., Zhang Z., Pang D., Yue X., Zhu Y. Magnetic solid phase microextraction on a microchip combined with electrothermal vaporization-inductively coupled plasma mass spectrometry for determination of Cd, Hg and Pb in cells // J. Anal. At. Spectrom. 2010. V. 25. P. 1931–1938. https://doi.org/10.1039/c0ja00003e
  7. Huang Y. F., Li Y., Jiang Y., Yan X. P. Magnetic immobilization of amine-functionalized magnetite microspheres in a knotted reactor for on-line solid-phase extraction coupled with ICP-MS for speciation analysis of trace chromium // J. Anal. At. Spectrom. 2010. V. 25. P. 1467–1474. https://doi.org/10.1039/C004272B
  8. Lv X., Xiao S., Zhang G. Jiang P., Tang F. Occurrence and removal of phenolic endocrine disrupting chemicals in the water treatment processes // Sci. Rep. 2016. V. 6. ID 22860. https://doi.org/10.1038/srep22860
  9. Gubin A. S., Sukhanov P. T., Kushnir A. A. Extraction of phenols from aqueous solutions by magnetic sorbents modified with humic acids // Moscow Univ. Chem. Bull. 2019. V. 74. P. 257–264. https://doi.org/10.3103/S0027131419050055.
  10. Kosaka J., Honda C., Izeki A. Fractionation of humic acid by organic solvents // Soil Science and Plant Nutrition. 1961. V. 7. N 2. P. 4–53. https://doi.org/10.1080/00380768.1961.10430956
  11. Gubin A. S., Sukhanov P. T., Kushnir A. A. Magnetic sorbent modified by humate for the extraction of alkylphenols, bisphenol // Mendeleev Commun. 2023. V. 33. P. 285–286. https://doi.org/10.1016/j.mencom.2023.02.044 https://www.elibrary.ru/VVYDSV
  12. Kushnir A. A., Sukhanov P. T., Churilina E. V., Shatalov G. V. Dynamic sorption of nitrophenols from aqueous solutions by polymers based on N-vinylpyrrolidone // Russ. J. Appl. Chem. 2014. V. 87. N 5. P. 579–584. https://doi.org/10.1134/S1070427214050073.
  13. Giakisikli G., Anthemidis A. N. Automated magnetic sorbent extraction based on octadecylsilane functionalized maghemite magnetic particles in a sequential injection system coupled with electrothermal atomic absorption spectrometry for metal determination // Talanta. 2013. V. 110. P. 229–235. https://doi.org/10.1016/j.talanta.2013.02.035
  14. Gubin A. S., Sukhanov P. T., Kushnir A. A., Shikhaliev K. S., Potapov M. A., Kovaleva E. N. Ionic-liquid-modified magnetite nanoparticles for MSPE-GC-MS determination of 2,4-D butyl ester and its metabolites in water, soil, and bottom sediments // Environ. Nanotechnol. Monit. Manag. 2022. V. 17. ID 100652. https://doi.org/10.1016/j.enmm.2022.100652 https://www.elibrary.ru/SOPDDB

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. Connection diagram for control devices of an automated installation for online concentration using magnetic sorbents.

Download (140KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. Scheme of a bench-scale automated installation for online concentration using magnetic sorbents. E - containers, PN - peristaltic pump, M - magnets, K - columns, P - loop, ShK - six-way valve, TK - three-way valve. Operation of the bench installation in various modes: filling column K1 with sorbent (a), sorption concentration (b), elution of phenols (c), transfer of sorbent to column K2 for regeneration (d), washing the sorbent with water and solvents (e), transfer of regenerated sorbent back to column K1 for sorption concentration (e); orange shows the active threads in each mode.

Download (361KB)
Indexing metadata
4. Fig. 3. A device for periodic exposure of a concentrating cartridge to permanent magnets. 1 — guide axes, 2 — neodymium magnets, 3 — eccentric, 4 — frame, 5 — column, 6 — motor, 7 — magnetic sorbent, 8 — servomotor, 9 — manipulator, 10 — neodymium magnets on the manipulator for fixing the sorbent in the column . Position with the frame lowered (a), frame raised (b), side view (c), corresponding to the position with the frame lowered (shown without servomotors with manipulators), and the position with manipulators with magnets attached to fix the sorbent in the column (d).

Download (124KB)
Indexing metadata
5. Fig. 4. Distribution of the sorbent over a column (internal diameter 1 mm) when immobilized with one neodymium magnet (a), two magnets (b), two magnets in a perpendicular position relative to each other (c) and two magnets spaced 0.3 mm from the column ( G). The photo on the left shows a cross-section of the column under similar conditions (internal diameter 2.5 mm).

Download (394KB)
Indexing metadata
6. Fig. 5. Maximum flow rates at which no entrainment of sorbents with different saturation magnetization occurs.

Download (59KB)
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