Maksymalne pojemności sorpcyjne zsyntezowanych nanokompozytów w stosunku do Cr(III), Cu(II), As(V), Se(IV) i Pb(II) obliczono w oparciu model izotermy Langmuira [273, 274]. Wyznaczono również izotermy adsorpcji w oparciu o model Freundlicha [275].
Tok postępowania wyznaczania maksymalnych pojemności sorpcyjnych nanokompozytów w stosunku do Cr(III), Cu(II), As(V), Se(IV) i Pb(II) w optymalnych wartościach pH przebiegał następująco: do wody dodano 1 mg odważonego nanokompozytu i próbkę dyspergowano (15 min lub 30 min) w łaźni ultradziwiękowej. Do kolejnych zlewek zawierających zawiesinę nanokompozytu dodawano wrastające stężenia analitów (10 μg mL-1 - 1000 μg mL-1). Końcowa objętość próbek wynosiła 25 mL. Za pomocą roztworów HNO3
i NH3aq (1 mol L-1 – 0,001 mol L-1) ustalono rządaną wartość pH. Próbki mieszano 90 minut na mieszadle magnetycznym i przesączano pod zmiejszonym ciśnieniem na filtrze nitrocelulozowym o średnicy porów 0,45 μm zbierając przesącz do analizy ICP-OES.
Pomiędzy sączeniami spiek, komin szklany i probówka do zbierania przesączy były przemywane kwasem HNO3 o stęż. 1 mol L-1 w celu unikcięcia sumowania stężeń.
Maksymalne pojemności sorpcyjne zsyntezowanych nanokompozytów w stosunku do Cr(III), Cu(II), As(V), Se(IV) i Pb(II) przedstawiono na wykresie słupkowym na rys. 7.2.1.
Rys. 7.2.1. Maksymalne pojemności sorpcyjne zsyntezowanych nanokompozytów w stosunku do adsorbowanych jonów metali w oparciu o model izotermy Langmuira
(mnanokompozytu = 1 mg, Vpróbki = 25 mL, T = 25 °C, tmieszania = 90 min, pomiar ICP-OES).
61 G/CeO2 charakteryzuje się najwyższą wartością maksymalnej pojemności sorpcyjnej w stosunku do jonów Cr(III) wśród wszystkich zsyntezowanych nanokompozytów (Al2O3/nano-G, GO/CeO2, Al2O3/GO). Maksymalna pojemność sorpcyjna G/CeO2
(119,4 mg g-1) w stosunku do jonów Cr(III) jest 2-krotnie wyższa od maksymalnej pojemność sorpcyjnej Al2O3/GO (53,9 mg g-1), 3,5-krotnie wyższa od pojemności Al2O3/nano-G (32,8 mg g-1) i 5,5 krotnie wyższa od pojemności GO/CeO2 (21,0 mg g-1). Maksymalne pojemności sorpcyjne G/CeO2 i GO/CeO2 w stosunku do jonów Cu(II) wynoszą odpowiednio 50,0 mg g-1 i 25,4 mg g-1.
Wśród zsyntezowanych nanokompozytów, Al2O3/GO (43,9 mg g-1) ma najwyższą wartość maksymalnej pojemności sorpcyjnej w stosunku do jonów As(V), większą 7,5 razy od maksymalnej pojemności GO/CeO2 (5,8 mg g-1) i 5 razy większą od maksymalnej pojemności G/CeO2 (8,4 mg g-1). Maksymalne pojemności sorpcyjne GO/CeO2 (10,7 mg g-1) i G/CeO2 (14,1 mg g-1) w stosunku do Se(IV) są porównywalne. Zdecydowanie wyższe maksymalne pojemności sorpcyjne charakteryzują GO/CeO2 i G/CeO2 w stosunku do jonów Pb(II) równe odpowiednio 30,0 mg g-1 i 75,6 mg g-1.
Przeprowadzone badania wyznaczenia maksymalnych pojemności sorpcyjnych G/CeO2, Al2O3/nano-G, GO/CeO2, Al2O3/GO w stosunku do Cr(III), Cu(II), As(V), Se(IV) i Pb(II) potwierdziły, że adsorpcja analitów przez nanokompozyty ma charakter chemisorpcji z powodu lepszego dopasowania do modelu izotermy Langmuira.
Otrzymane wartości maksymalnych pojemności sorpcyjnych zsyntezowanych nanokompozytów G/CeO2, Al2O3/nano-G, GO/CeO2 i Al2O3/GO w stosunku do jonów chromu, miedzi, arsenu, selenu i ołowiu porównano z innymi nanosorbentami. Wyniki przedstawiono na rys. 7.2.2.
Wyjaśnienie akronimów: mf-GO – magnetyczny tlenek grafenu zmodyfikowany trietylenotetraaminą [126]; Fe3O4 [276]; AAPTS-MWCNTs – wielościenne nanorurki węglowe zmodyfikowane 3-(2-aminoetyloamino)propylo-trimetoksysilanem [277]; mGO-bead – magnetyczny tlenek grafenu w perłach alginianowych [132]; rGO [85]; DIL-MGO – magnetyczny tlenek grafenu zmodyfikowany podwójną cieczą jonową [131]; GONF – nanokompozyt porowatego tlenku grafenu z odwróconym spinelowo-niklowym ferrytem [109]; rGONF – nanokompozyt porowatego zredukowanego tlenku grafenu z odwróconym spinelowo-niklowym ferrytem [230].
62
TiO2 [278]; Fe2O3-Al2O3 [279]; GO@SiO2
[123]; CSG-BiPO4/FePO4 – żel chitozanu z nano-cząstkami fosanu(V) bizmutu(III) i fosforanu(V) żelaza(III) [280]; Fe3O4 [281]; DIL-MGO – magnetyczny tlenek grafenu zmodyfikowany podwójną cieczą jonową [131]; γ-Fe2O3 [282];
Fe3O4@APS@AA-co-CA – magnetyczne nanocząstki zmodyfikowane 3-aminopropylo-trietoksysilanem i kopolimerami kwasu akrylowego i kwasu krotonowego [283];
GO/Fe3O4/PEI – magnetyczny tlenek grafenu zmodyfikowany polietylenoiminą [260]; EDTA-MCS/GO – magnetyczny nanokompozyt tlenku grafenu i chitozanu zmodyfikowany kwasem etylenodiaminotetraoctowym [252];
NFCs/PDMAEMA – nanoceluloza zmodyfi-kowana polimerem poli(2-(dimetylo-amino)etylowym) [284]; GO [114].
PA-NCu – nanocząstki Cu osadzone na poliamidzie [285]; NCu [285]; β-CD-CS-Fe3O4 – nanokompozyt Fe3O4 z przyłączonym chitozanem i zmodyfikowany β-cyklodekstrynami [286];
mGO-bead – magnetyczny tlenek grafenu w perłach alginianowych [132]; Fe3O4@SiO2/GO – tlenek grafenu zmodyfikowany magnetyczną krzemionką [133]; AAPTS-MWCNTs – wielo-ścienne nanorurki węglowe zmodyfikowane 3-(2-aminoetyloamino) propylotrimetoksysilanem [277]; Fe3O4@SiO2@TiO2 [287]; Al-nZVI – nanocząstki żelaza zdyspergowane na tlenku glinu [288]; γ-Fe2O3@ZrO2[289]; nanocząstki Fe/Cu [290]; EDTA-MCS/GO – magnetyczny nanokompozyt tlenku grafenu zmodyfikowany kwasem etylenodiaminotetraoctowym [252].
magnetyczne MWCNTs [291]; GO-TiO2 [237];
AAPTS-MWCNTs – wielościenne nanorurki węglowe zmodyfikowane 3-(2-aminoetylo-amino)propylotrimetoksysilanem [277];
MNP@hematyt – magnetyczne nanocząstki zmodyfikowane hematytem [292]; nano-TiO2
[293]; zmodyfikowany nano-Al2O3 – nanocząstki Al2O3 zmodyfikowane chlorkiem trimetylometyl-amoniowym [294].
63
TiO2 [278]; CSG-BiPO4/FePO4 – żel chitozanu z nanocząstkami fosanu(V) bizmutu(III) i fosforanu(V) żelaza(III) [280]; GO@SiO2 [123];
G [86]; Fe2O3-Al2O3 [279]; GONF – nanokompozyt porowatego tlenku grafenu z odwróconym spinelowo-niklowym ferrytem [244]; Fe3O4 [281]; DIL-MGO – magnetyczny tlenek grafenu zmodyfikowany podwójną cieczą jonową [131]; γ-Fe2O3 [282]; Fe3O4 @APS@AA-co-CA – magnetyczne nanocząstki zmodyfikowane 3-aminopropylotrietoksysilanem i kopolimerami kwasu akrylowego i kwasu krotonowego [283]; NFCs/PDMAEMA – nanoceluloza zmodyfi-kowana polimerem poli(2-(dimetyloamino)etylowym) [284]; SiO2/G [90];
rGONF - nanokompozyt porowatego zredukowanego tlenku grafenu z odwróconym spinelowo-niklowym ferrytem [230]; EDTA-MCS/GO – magnetyczny nanokompozyt tlenku grafenu i chitozanu zmodyfikowany kwasem etylenodiaminotetraoctowym [252]; GO [114].
Rys. 7.2.2. Porównanie maksymalnych pojemności sorpcyjnych nanorosbentów w stosunku do jonów chromiu, miedzi, asenu, selenu i ołowiu.
Maksymalne pojemności sorpcyjne G/CeO2, Al2O3/nano-G, GO/CeO2, Al2O3/GO w stosunku do jonów Cr(III), Cu(II), As(V), Se(IV) i Pb(II) są wysokie i porównywalne do wartości innych nanosorbentów. G/CeO2 (119,4 mg g-1) i rGONF (126,6 mg g-1) mają porównywalne maksymalne pojemności sorpcyjne w stosunku do jonów chromu i wyższe od maksymalnych pojemności sorpcyjnych pozostałych nanosorbentów na rys. 7.2.2.
Masymalna pojemność sorpcyjna Al2O3/GO (53,9 mg g-1) w stosunku do jonów Cr(III) jest niższa od maksymalnej pojemności sorpcyjnej GO (92,6 mg g-1), lecz nadal wyższa od innych nanosorbentów zamieszczonych na rys. 7.2.2. Maksymalne pojemności sorpcyjne Al2O3/nano-G (32,8 mg g-1) i GO/CeO2 (21,0 mg g-1) są wyższe od maksymalnych pojemności sorpcyjnych mf-GO (6,0 – 16,4 mg g-1), Fe3O4 (6,6 mg g-1), AAPTS-MWCNTs (9,8 mg g-1), mGO-bead (14,9 mg g-1).
Maksymalne pojemności sorpcyjne G/CeO2 (50,0 mg g-1) i GO/CeO2 (25,4 mg g-1) w stosunku do jonów Cu(II) są wyższe od m. in. nanotlenków (3,2 – 10,2 mg g-1), GO@SiO2 (6,0 mg g-1) i CSG-BiPO4/FePO4 (8,6 mg g-1). W oparciu o przegląd literaturowy, możliwe jest znalezienie nanosorbentów o wyższych maksymalnych pojemnościach sorpcyjnych m. in.
Fe3O4@APS@AA-co-CA (62,1 mg g-1), GO/Fe3O4/PEI (157,0 mg g-1), EDTA-MCS/GO (207,3 mg g-1), NFCs/PDMAEMA (217,4 mg g-1) i GO (294,0 mg g-1) od zsyntezowanych nanokompozytów.
Maksymalne pojemności sorpcyjne nanosorbentów w stosunku do jonów arsenowych są w zakresie od 0,03 mg g-1 (dla PA-NCu) do 62,2 mg g-1 (dla γ-Fe2O3@ZrO2). Na tle przeglądu literaturowego, maksymalna pojemność sorpcyjna Al2O3/GO (43,9 mg g-1) w stosunku do jonów As(V) jest wysoka i porównywalna do maksymalnej pojemności sorpcyjnej EDTA-MCS/GO (42,7 mg g-1) w stosunku do jonów As(III). Maksymalne pojemności sorpcyjne G/CeO2 (8,4 mg g-1) i GO/CeO2 (5,8 mg g-1) w stosunku do jonów As(V) można uznać za zadowalające.
64 Zgodnie z rys. 7.2.2, właściwości adsorpcyjne w stosunku do jonów selenowych wykazuje niewiele nanorbentów. Maksymalne pojemności sorpcyjne GO/CeO2 (10,7 mg g-1) i G/CeO2 (14,1 mg g-1) są wyższe od maksymalnych pojemności sorpcyjnych magnetycznych MWCNTs (2,5 mg g-1), GO-TiO2 (3,8 mg g-1) i AAPTS-MWCNTs (7,0 mg g-1), ale niższe od maksymalnych pojemności sorpcyjnych MNP@hematyt (25,0 mg g-1), nano-TiO2
(27,1 mg g-1) i zmodyfikowany nano-Al2O3 (35,3 mg g-1).
Maksymalne pojemności sorpcyjne w stosunku do jonów Pb(II) są w zakresie od 4,0 mg g-1 (dla TiO2) do 1119,0 mg g-1 (dla GO). Maksymalne pojemności sorpcyjne G/CeO2
(75,6 mg g-1) i GO/CeO2 (30,0 mg g-1) są znacznie niższe od pojemności sorpcyjnej SiO2/G (113,6 mg g-1), rGONF (121,6 mg g-1), EDTA-MCS/GO (206,5 mg g-1) i GO (1119,0 mg g-1), ale wyższe od maksymalnej pojemności sorpcyjnej TiO2 (4,0 mg g-1), CSG-BiPO4/FePO4
(8,5 mg g-1), GO@SiO2 (13,6 mg g-1), G (16,6 mg g-1), Fe2O3-Al2O3 (23,7 mg g-1) i GONF (25,0 mg g-1).
Maksymalne pojemności sorpcyjne zsyntezowanych nanokompozytów pozwalają na zastosowanie niewielkich mas tych materiałów do zatężania i oznaczania pierwiastków śladowych.
7.3. Wpływ objętości próbki i czasu kontaktu analitu z nanokompozytami