Sinteza, karakterizacija i primena makroporoznih nanokompozita glicidil-metakrilata i magnetita

Abstract

Makroporozni umreženi kopolimeri i nanokompoziti glicidil-metakrilata (GMA) sa etilen glikol dimetakrilatom (EGDMA) ili trimetilolpropan trimetakrilatom (TMPTMA) sintetisani su metodom suspenzione kopolimerizacije. Makroporozni nanokompoziti dobijeni su in-situ suspenzionom kopolimerizacijom tako što su nanočestice magnetita dodate u početnu reakcionu smešu za sintezu nemagnetičnih uzoraka makroporoznih kopolimera. Modifikacija uzoraka nanokompozita izvršena je u reakciji nanokompozita sa dietilentriaminom pri čemu su dobijeni amino-funkcionalizovani nanokompoziti. Dobijeni uzorci kopolimera i nanokompozita detaljno su analizirani infracrvenom spektroskopijom sa Furijevom transformacijom (FTIR), rendgenskom difrakcionom analizom (XRD), živinom porozimetrijom, skenirajućom elektronskom mikroskopijom sa energetski disperzivnom spektroskopijom X-zraka (SEM-EDX), transmisionom elektronskom mikroskopijom (TEM), mikroskopijom atomskih sila (AFM), termogravimetrijskom analizom (TGA) i elementarnom analizom (CHN). Magnetna svojstva nefunkcionalizovanih i amino-funkcionalizovanih makroporoznih nanokompozita analizirana su pomoću SQUID magnetometra. Na uzorcima amino-funkcionalizovanih makroporoznih nanokompozita vršena je sorpcija i razdvajanje oksianjona Mo(VI) i Re(VII) iz vodenih rastvora. Ispitan je uticaj pH vrednosti rastvora, vremena kontakta, temperature i početne koncentracije jona metala na efikasnost i kapacitet sorpcije, kao i uticaj jonske jačine rastvora i koncentracije koegzistirajućih anjona i katjona na kapacitet sorpcije oksianjona Mo(VI) i Re(VII). Eksperimentalni rezultati korišćeni su za izučavanje mehanizma sorpcije primenom četiri kinetička modela: modeli pseudo-prvog reda i pseudo-drugog reda, model unutar-čestične difuzije i Bojdov model. Ravnotežni podaci su analizirani primenom Lengmirovog i Frojndlihovog adsorpcionog modela izoterme.Na osnovu eksperimentalnih rezultata može se zaključiti da su amino-funkcionalizovani makroporoyni nanokompoziti pogodni kao sorbenti za selektivnorazdvajanje oksianjona Mo(VI) i Re(VII) iz vodenih rastvora. Pokazalo se da Lengmirov model adsorpcione izoterme najbolje opisuje sorpciju jona metala na amino-funkcionalizovanim nanokompozitima i da na ukupnu brzinu sorpcije utiče unutar-čestična difuzija uz izvestan uticaj difuzije kroz film.

Macroporous crosslinked copolymers and nanocomposites of glycidyl methacrylate (GMA) and ethylene glycol dimethacrylate (EGDMA) or trimethylolpropane trimethacrylate (TMPTMA) were prepared by suspension copolymerization. The nanocomposites were synthesized with addition of magnetite nanoparticles in the reaction mixture used for synthesis of non-magnetic copolymer samples. The samples of amino-functionalized nanocomposites were prepared by modification of nanocomposite samples in reaction with diethylenetriamine. The obtained samples were characterized in detail by elemental analysis, Fourier transform infrared spectroscopy analysis (ATR-FTIR), X-ray diffractometry (XRD), mercury porosimetry, scanning electron microscopy with energy-dispersive X-ray spectroscopy (SEM-EDS), transmission electron microscopy (TEM), atomic force microscopy (AFM), thermogravimetric analysis (TGA) and SQUID magnetometry. The chosen amino-functionalized nanocomposite samples were tested as a potential sorbents for sorption and separation of Mo(VI) and Re(VII) oxyanions from aqueos solutions. The effects of pH, contact time, temperature and initial concentration of the metal ions on the sorption capacity and the sorption efficiency were investigated. Also, the influence of ionic strength and possible interfering of cations and anions on the sorption capacity was investigated. The sorption behavior and rate controlling mechanisms were analysed using four kinetic models: pseudo-first order, pseudo-second order, intraparticle diffusion and Boyd models. Equilibrium data were analysed with Langmuir and Freundlich adorption isotherm models.All results indicate that the amino-functionalized nanocomposites could be used as promising sorbents for sorption and separation of Mo(VI) and Re(VII) oxyanions from aqueos solutions. The isotherm data were best fitted Langmuir model for both amino-functionalized nanocomposites. The sorption kinetics was determined to begoverned by both the intraparticle diffusion and the external film diffusion to a lesser extent.