vestichИзвестия Национальной академии наук Беларуси. Серия химических наукProceedings of the National Academy of Sciences of Belarus, Chemical Series1561-83312524-2342The Republican Unitary Enterprise Publishing House "Belaruskaya Navuka"10.29235/1561-8331-2024-60-3-192-202vestich-895Research ArticleФИЗИЧЕСКАЯ ХИМИЯPHYSICAL CHEMISTRYНовые волокнистые карбоксильные катиониты для извлечения из воды катионов цветных и тяжелых металловNew fibrous carboxyl cation exchangers for sorption cations of heavy and non-ferrous metals from waterПригожаеваЛ. М.PryhazhayevaL. M.

Прuгожаева Лидия Михайловна – научный сотрудник

ул. Сурганова, 13, 220072, Минск

Pryhazhayeva Lidziya М. – Researcher

13, Surganov Str., 220072, Minsk

leuletta@gmail.byМедякГ. В.MedyakG. V.

Медяк Галина Владимировна – кандидат химических наук, ведущий научный сотрудник

Medyak Galina V. – Ph. D. (Chemistгy), Leading Researcher

13, Surganov Str., 220072, Minsk

medyakg@ifoch.basnet.byШункевичА. А.ShunkevichA. A.

Шункевич Александр Акимович – кандидат химических наук, ведущий научный сотрудник

Shunkevich Aleksandr А. – Ph. D. (Chemistгy), Leading Researcher

13, Surganov Str., 220072, Minsk

shunkevich@ifoch.bas-net.byПоликарповА. П.PolikaгpovA. P.

Поликарпов Александр Петрович – кандидат химических наук, заведующий лабораторией

Polikaгpov Aleksaпdг Р. – Ph. D. (Chemistry), Headof the Laboratory

13, Surganov Str., 220072, Minsk

fiba11@ifoch.bas-net.byОгородниковВ. А.OgorodnikovV. A.

Огородников Валерий Анатольевич – доцент кафедры

пр-т Шмидта, 3, 212027, Могилев

Ogorodnikov Valery А. – Associate Professor of thedepartmeпt

3, Shmidt Ave., 212027, Mogilev

v.a.ogorodnikov@gmail.comИнститут физико-органической химии Национальной академии наук БеларусиInstitute of Physical Organic Chemistry of the National Academy of Sciences of BelarusБелорусский государственный университет пищевых и химических технологийBelarusian of University of Food and Сhеmiсal Technologies202403092024603192202Copyright © Пригожаева Л.М., Медяк Г.В., Шункевич А.А., Поликарпов А.П., Огородников В.А., 20242024Пригожаева Л.М., Медяк Г.В., Шункевич А.А., Поликарпов А.П., Огородников В.А.Pryhazhayeva L.M., Medyak G.V., Shunkevich A.A., Polikaгpov A.P., Ogorodnikov V.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://vestichem.belnauka.by/jour/article/view/895

Получены новые сшитые волокнистые карбоксильные катиониты ФИБАН методом прививочной сополимеризации к полипропиленовым штапельным волокнам акриловой кислоты и различных бифункциональных сомономеров (дивинилбензол – ДВБ, этиленгликольдиметакрилат – ЭГДМ, метиленбисакриламид – МБАА). Исследованы их сорбционные свойства к ионам тяжелых и цветных металлов Cо2+, Ni2+, Zn2+, Cd2+, Cu2+ и Pb2+ в динамическом режиме на модельных растворах. Все сшитые сорбенты по динамической активности к ионам Cd2+ и Pb2+ до проскока 5 % от исходной концентрации превосходят волокнистые аналоги: ФИБАН Х-1, ФИБАН Х-2, ФИБАН К-6М, ФИБАН К-5, ВИОН КН-1. Наилучшим сшитым сорбентом по свинцу является волокно с ЭГДМ. Волокно с МБАА обладает повышенным сродством к катионам Ni2+, Zn2+, Cd2+ и Cа2+, которое возрастает с ростом степени сшивки МБАА. Исследования волокон методами Фурье ИК-спектроскопии, растровой электронной микроскопии, определение эквивалентного коэффициента влагоемкости материалов и бихроматной окисляемости водных вытяжек показало, что сшивание МБАА позволяет добиться стабильной структуры сорбента. Стабильность сшитой структуры в сочетании с высокой обменной емкостью (около 7 мэкв/г) и динамической активностью к катионам Pb2+, Zn2+, Cd2+ и Cа2+делают новый волокнистый карбоксильный сорбент с МБАА безопасным и перспективным для очистки питьевой воды. 

New fibrous carboxyl cation exchangers FIBAN were synthesized by the method of graft copolymerization to polypropylene staple fibers of acrylic acid and various bifunctional comonomers (divinylbenzene – DVB, ethyleneglycoldimethacrylate – EGDM, methylene-bis-acrylamide – MBAA). Sorption properties of the fibers towards cations of heavy and non-ferrous metals (Cо2+, Ni2+, Zn2+, Cd2+, Cu2+ и Pb2+) were studied on the model solutions in the dynamic regime. The dynamic activity of the crosslinked sorbents towards Cu2+ and Pb2+ ions is higher compared to fibrous analogues FIBAN Х-1, FIBAN Х-2, FIBAN К-6М, FIBAN К-5, VION КN-1. The best sorbent for lead ions between the crosslinked fibers is the fiber with EGDM. The fiber with MBAA has a higher affinity towards the cations of Ni2+, Zn2+, Cd2+ and Cа2+, which increases with the increasing of the degree of crosslinking by MBAA. Studying the fibers by the methods of Fourier-transform IR-spectroscopy, scanning electron microscopy, analyzing of the chemical oxygen demand in water extracts and determination of the equivalent moisture capacity coefficient coefficient demonstrated that the crosslinking by MBAA provides a stable structure of the sorbent. The high stability of the crosslinked structure combined with the high ion exchange capacity near 7 mEq/g and dynamic activity towards the cations of Pb2+, Zn2+, Cd2+ и Cа2+ makes the fibrous carboxyl sorbent with MBAA safe and perspective for drinking water purification. 

волокнистые карбоксильные катионитыбифункциональные сомономерыцветные и тяжелые металлысорбцияfibrous carboxyl cation exchangersbifunctional comonomersnon-ferrous heavy metalssorptionReferencesНовые иминодиацетатные хелатные сорбенты ФИБАН для очистки воды / А. А. Шункевич [и др.] // Водные ресурсы и климат: материалы V Междунар. водного форума, Минск, 5–6 окт. 2017 г.: в 2 ч. – Минск: БГТУ, 2017. – Ч. 2. – С. 115–119.Shunkevich A. A., Grachek V. I., Polikarpov A. P., Medyak G. V., Pansevich V. V. New iminodiacetate chelate sorbents FIBAN for water purification. Vodnye resursy i klimat: materialy V Mezhdunar. vodnogo foruma, Minsk, 5–6 okt. 2017 g. Ch. 2 [Water resources and climate: materials of the V International. Water Forum, Minsk, October 5–6, 2017. Part 2]. Minsk, Belarusian State Technological University, 2017, pp. 115–119 (in Russian).Волокнистый сорбент ФИБАН К-6 и перспективы его использования для очистки воды [Электронный ресурс] / Г. В. Медяк [и др.] // Материалы XI Международного водно-химического форума, Минск, 22 – 25 мая 2018 г. – Режим доступа: https://docs.google.com/presentation/d/1nJOB4DCyHDt8wO1763EpuneInW4pDTRP/edit#slide=id.p1Medyak G. V., Shunkevich A. A., Vorsa V. Zh., Isakovich O. I., Polikarpov A. P. Fibrous aminocarboxylic ion exchangers FIBAN K-6 and K-6M for purification of water from heavy metal ions. Sorbtsionnye i khromatograficheskie protsessy = Sorption and chromatographic processes, 2023, vol. 23, no. 4, pp. 471–478 (in Russian). https//doi.org /10.17308/sorpchrom.2023.23/11540Особенности получения и свойства волокнистых ионитов ФИБАН К-4 / Г. В. Медяк [и др.] // Журнал прикладной химии. – 2001. – Т. 74, № 10. – С. 1608–1613.Medyak G. V., Shunkevich A. A., Polikarpov A. P., Soldatov V. S. Features of Preparation and Properties of FIBAN K-4 Fibrous Sorbents. Russian Journal of Applied Chemistry, 2001, vol. 74, no. 10, pp. 1658–1663. https://doi.org/10.1023/a:1014849001051Сравнительная оценка волокнистых карбоксильных ионитов как средств очистки воды от ионов тяжелых металлов / А. А. Шункевич [и др.] // Журнал прикладной химии. – 2004. – Т. 77, № 2. – С. 253–258.Shunkevich A. A., Martsinkevich R. V., Medyak G. V., Sokol V. P., Filanchuk L. P., Soldatov V. S. Comparison of Fibrous Carboxylic Ion Exchangers in Water Treatment to Remove Heavy Metal Ions. Russian Journal of Applied Chemistry, 2004, vol. 77, no. 2, pp 249–253. https://doi.org/10.1023/b:rjac.0000030360.94615.a7Chemically active textile materials as efficient means for water purification / V. S. Soldatov [at al.] // Desalination. – 1999. – Vol. 124. – P. 181–192. https://doi.org/10.1016/S0011-9164(99)00103-4Soldatov V. S., Shunkevich A. A., Elinson I. S., Johann J., Iraushek H. Chemically active textile materials as efficient means for water purification. Desalination, 1999, vol. 124, no. 1–3, pp. 181–192. https://doi.org/10.1016/S0011-9164(99)00103-4Synthesis and long-term stability of acrylic acid and N, N-methylene-bis-acrylamide radiation grafted polypropylene fibers / L. Pryhazhayeva [at al.] // J. Appl. Polym. Sci. – 2021. – Vol. 138, № 32. – P. 50805–50821. https://doi.org/10.1002/app.50805Pryhazhayeva L., Shunkevich A., Polikarpov A., Krul L. Synthesis and long-term stability of acrylic acid and N,Nmethylene-bis-acrylamide radiation grafted polypropylene fibers. Journal of Applied Polymer Science, 2021, vol. 138, no. 32, pp. 50805–50821. https://doi.org/10.1002/app.50805Пригожаева, Л. М. Влияние добавок бифункциональных сомономеров на химическую стойкость и окисляемость водных вытяжек волокнистого карбоксильного катионита ФИБАН К-4 / Л. М. Пригожаева, А. П. Поликарпов, А. А. Шункевич // Вес. Нац. акад. навук Беларусі. Сер. хім. навук. – 2009. – № 1 – С. 87–90.Prigozhaeva L. M., Polikarpov A. P., Shunkevich A. A. The influence of additives of bifunctional comonomers on the chemical resistance and oxidation of aqueous extracts of fibrous carboxyl cation exchanger FIBAN K-4. Vestsі Natsyyanal’naiakademіі navuk Belarusі. Seryya khіmіchnykh navuk = Proceedings of the National Academy of Sciences of Belarus. Chemical series, 2009, no. 1, pp. 87–90 (in Russian).Пригожаева, Л. М. Влияние небольших добавок бифункциональных сомономеров на реакцию прививки акриловой кислоты к полипропиленовым волокнам / Л. М. Пригожаева, А. П. Поликарпов, А. А. Шункевич // Вес. Нац. акад. навук Беларусі. Сер. хім. навук. – 2005. – № 3. – С. 46–49.Prigozhaeva L. M., Polikarpov A. P., Shunkevich A. A. Влияние небольших добавок бифункциональных сомономеров на реакцию прививки акриловой кислоты к полипропиленовым волокнам. Vestsі Natsyyanal’naiakademіі navuk Belarusі. Seryya khіmіchnykh navuk = Proceedings of the National Academy of Sciences of Belarus. Chemical series, 2005, no. 3, pp. 46–49 (in Russian).Методические указания по гигиенической оценке искусственных и синтетических волокон: МУ 11-10-12-97: утв. М-вом здравоохранения Респ. Беларусь, 13.08.97. – Минск: Белорусский научно-исследовательский санитарно-гигиенический институт, 1999. – 23 с.МU 11-10-12-97. Guidelines for the hygienic assessment of artificial and synthetic fibers. Minsk, Belarusian Scientific Research Sanitary and Hygienic Institute, 1999. – 23 p. (in Russian).Критерии гигиенической безопасности искусственных и синтетических волокон: СанПиН 10-54-97: [ введ. в действ. 20.08.97] / Министерство здравоохранения Республики Беларусь. – Минск: [б. и.], 1998. – 12 с.SanPiN 10-54-97. Criteria for hygienic safety of artificial and synthetic fibers. Мinsk, 1998. 12 p. (in Russian).Полянский, Н. Г. Методы исследования ионитов / Н. Г. Полянский, Г. В. Горбунов, Н. П. Полянская. – М.: Химия, 1976. – 208 с.Polyanskii N. G., Gorbunov G. V., Polyanskaya N. P. Methods for studying ionites. Мoscow, Khimiya Publ., 1976. 208 p. (in Russian).Огородников, В. А. Сорбция цинка из водных растворов волокнистыми карбоксильными ионитами ФИБАН / В. А. Огородников, В. С. Солдатов, А. А. Шункевич // Химия и технология воды. – 2006. – Т. 28, № 6. – С. 543–557.Ogorodnikov V. A., Soldatov V. S., Shunkevich A. A. Regeneration of fibrous carboxylic ion exchangers FIBAN in water treatment processes. Journal of Water Chemistry and Technology, 2006, vol. 29, pp. 43–49. https://doi.org/10.3103/s1063455x07010079Kinetics of polyelectrolyte network formation in free-radical copolymerization of acrylic acid and bisacrylamide / X. Zhao [et al.] // Macromol. Symp. – 1995. – Vol. 92, N 1. – P. 253–300. https://doi.org/10.1002/masy.19950920122Zhao X., Zhu S., Hamielec A. E., Pelton R. H. Kinetics of polyelectrolyte network formation in free-radical copolymerization of acrylic acid and bisacrylamide. Macromolecular Symposia, 1995, vol. 92, no. 1, pp. 253–300. https://doi.org/10.1002/masy.19950920122Оудиан, Дж. Основы химии полимеров / Дж. Оудиан ; пер. с англ. Я. С. Выгодского, Т. М. Фрунзе ; под ред. В. В. Коршака. – М.: Мир, 1974. – 616 с.Odian G. Principles of polymerization. Hoboken, N.J., Wiley-Interscience, 1981. 616 p.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.