Elektrohemijsko ponašanje 4-nitrofenola na modifikovanoj elektrodi od staklastog ugljenika

Abstract

U sklopu ove doktorske disertacije proučavana je elektrohemijska oksidacija 4-nitrofenola na modifikovanoj elektrodi od staklastog ugljenika (Glassy CarbonElectrode – GCE). Za modifikaciju GCE korišćene su natrijumski izmenjene iorganogline.U tu svrhu, urađena je natrijumskа izmena smektitne faze u glinama bentonitnogtipa iz dva nalazišta u Srbiji „Bogovina“ i „Mečji Do“. Na-izmenjene gline su zatimmodifikovane kvaternernim alkilamonijum katjonom i dobijeni su nanomaterijali sahibridnom organsko-neorganskom površinom – organogline. Modifikacija je urađenainterkalacijom različitih količina benziltrimetilamonijum (BTMA) katjona umeđulamelarni prostor smektita.Polazni i modifikovani uzorci su karakterisani hemijskom analizom, rendgenskodifrakcionom metodom, dok su pored ovih metoda za karakterizaciju modifikovanihmaterijala korišćene i metode infracrvene spektroskopije i niskotemperaturnefizisorpcije azota.Kod svih modifikovanih uzoraka je potvrđeno da je modifikacija polaznihuzoraka bila uspešna. Rezultati elementalnе analize su pokazali da je za većeprimenjene količine BTMA katjona prilikom modifikacije ugrađena količina ovihkatjona bila manja od teorijski izračunatih vrednosti. Rendgenskom difrakcionomanalizom potvrđeno je da je primenjena modifikacija dovela do interkalacije BTMAkatjona u međulamelarni prostor smektita u obliku monosloja. Infracrvena analiza jepotvrdila ugradnju BTMA katjona u strukturu smektita.Eksperimenti koji su uključivali adsorpciju 4-nitrofenola na ispitivanimuzorcima su pokazali da organomodifikacija menja adsorpcioni afinitet glina prema 4-nitrofenolu. Povećanje količine interkaliranih BTMA katjona u međulamelarnomprostoru smektita ima za posledicu povećanje adsorpcije 4-nitrofenola. Ovaj trend senastavlja sve dok količina katjona dostigne vrednost kada dodatno interkalisani BTMAkatjoni nisu dostupni za interakciju sa 4-nitrofenolom. Ispitivanja elektrooksidacije 4-nitrofenola metodom ciklične voltametrije načistoj GCE i GCE koja je modifikovana sa svakom od Na-izmenjenih i organoglina,pojedinačno, pokazala su da modifikacija GCE dobijenim materijalima znatno utiče nagustinu struje i stabilnost modifikovanih elektroda. Gustine struje koje su dobijene začistu CGE su 15-47 puta manje od struja dobijenih za modifikovane GCE, pri čemu ječista GCE pokazala nagli gubitak aktivnosti odmah nakon prvog ciklusa. Veće vrednostigustine struje kod BTMA modifikovanih GCE u odnosu na one modifikovane sa Naizmenjenimglinama ukazuju da ugradnja BTMA katjona u strukturu smektita dovodi dopovećanja vrednosti gustine struje. Nakon deset ciklusa aktivnost modifikovanihelektroda najviše opada za GCE modifikovane Na-izmenjenim uzorcima. Odsustvopikova koji se odnose na oksidaciju hidrohinona i katehola i drastična deaktivacija ovihelektroda ukazuju da je dominantan put oksidacije 4-nitrofenola kod GCEmodifikovanih Na-izmenjenim glinama onaj kod kog dolazi do stvaranja polimera.Vrednosti gustine struje oksidacije 4-nitrofenola na potencijalu  1,2 V opadajusa porastom ugradnje BTMA katjona dok stabilnost elektroda raste u suprotnom smeru.Stabilnost se može objasniti time da reakcioni put oksidacije 4-nitrofenola koji vodi dostvaranja polimernih proizvoda postaje manje značajan sa povećanjem količineugrađenih BTMA katjona kod BTMA-bentonit modifikovanih GCE. Nešto veće strujeza elekrode modifikovane organoglinama na bazi gline iz nalazišta „Bogovina“ uodnosu na one na bazi gline iz nalazišta „Mečji Do“ mogu se pripisati većem sadržajugvožđa u strukturi smektita iz nalazišta „Bogovina“. Gvožđe prisutno u strukturismektita najverovatnije ima ulogu posrednika u prenosu elektrona i utiče na poraststruje oksidacije 4-nitrofenola.Metodom diferencijalne pulsne voltametrije određen je detekcioni limit zanajstabilnije modifikovane GCE na bazi glina iz oba ispitivana nalazištа, pri čemu sudobijene vrednosti detekcionog limita slične vrednostima koji su drugi autori dobili prielektrohemijskom određivanju 4-nitrofenola.Rezultati prikazani u ovoj doktorskoj disertaciju ukazuju da modifikovanjeelektrode od staklastog ugljenika nanošenjem tankog sloja glina modifikovanihbenziltrimetilamonijum katjonima mogu poslužiti za razvijanje elektrode koja bi sekoristila u detekciji 4-nitrofenola prisutnog u otpadnim vodama.