Submit an Article
Become a reviewer
Vol 267
Pages:
402-412
Download volume:

Natural carbon matrices based on brown coal, humic acids and humine extracted from it for purification of aqueous solutions from low molecular weight organic impurities

Authors:
Sultan O. Karabaev1
Aleksandr V. Kharchenko2
Irina P. Gainullina3
Valentina A. Kudryavtseva4
Tatyana D. Shigaeva5
About authors
  • 1 — Ph.D., Dr.Sci. Professor Kyrgyz National University named after Zhusup Balasagyn ▪ Orcid
  • 2 — Applicant, Engineer Kyrgyz National University named after Zhusup Balasagyn ▪ Orcid
  • 3 — Ph.D. Associate Professor Kyrgyz National University named after Zhusup Balasagyn ▪ Orcid
  • 4 — Ph.D. Head of Laboratory (Saint Petersburg Research Center for Environmental Safety of the RAS ▪ Orcid
  • 5 — Ph.D. Senior Researcher Saint Petersburg Research Center for Environmental Safety of the RAS ▪ Orcid
Date submitted:
2024-05-06
Date accepted:
2024-06-14
Date published:
2024-07-04

Abstract

Heterogeneous systems including natural carbon matrices in the solid phase and aqueous solutions of low molecular weight organic compounds with positive and negative variations from ideality in the liquid phase are considered. The technical characterization of the considered supramolecular ensembles on the basis of brown coal of the Kara-Keche deposit (Kyrgyzstan), humic acids and humine extracted from it is given. Functional analysis of the samples was carried out using FTIR spectroscopy. The morphology of the surface of the considered carbon matrices has been investigated, in different points of which the local microelement composition has been established. An X-ray phase analysis of Kara-Keche brown coal and humic acids and humine extracted from it was carried out. The isothermal adsorption of bipolar molecules of glycine and urea, neutral D-glucose from aqueous solutions on solid carbon sorbents has been studied. An assumption has been made about the adsorption of low molecular weight organic compounds from aqueous solutions on humine and Kara-Keche coal in irregularities and pores of the carbon matrix of sorbents, for humic acids – on surface reaction centers. Due to its developed pore structure and resistance to acids and alkalis, humine from Kara-Keche coal is recommended for the purification of industrial wastewater from low molecular weight organic ecotoxicants.

Keywords:
brown coal humine humic acids urea glycine D-glucose adsorption from solutions solid carbon sorbents
Go to volume 267

References

  1. Жеребцов С.И., Малышенко Н.В., Вотолин К.С. и др. Структурно-групповой состав и биологическая активность гуминовых кислот, полученных из бурых углей России и Монголии // Химия твердого топлива. 2019. № 3. С. 19-25. DOI: 10.1134/S0023117719030137
  2. Вотолин К.С., Жеребцов С.И., Шпакодраев К.М. и др. Физико-химические исследования гуминовых, гимато-мелановых и фульвокислот бурых углей // Химия в интересах устойчивого развития. 2023. Т. 31. № 5. С. 492-501. DOI: 10.15372/KhUR2023493
  3. Панкратовa Д.А., Анучина М.М., Константинов А.И., Перминова И.В. Анализ динамики взаимодействия гуминовых веществ угля с металлическим железом // Журнал физической химии. 2019. Т. 93. № 7. С. 992-1001. DOI: 10.1134/S0044453719070203
  4. Зеньков И.В. Внешнеэкономическое взаимодействие стран с угольной генерацией на рынке электрической энергии в Восточной Европе // Уголь. 2020. № 11 (1136). С. 71-73. DOI: 10.18796/0041-5790-2020-11-71-73
  5. Olk D.C., Bloom P.R., Perdue E.M. et al. Environmental and Agricultural Relevance of Humic Fractions Extracted by Alkali from Soils and Natural Waters // Journal of Environmental Quality. 2019. Vol. 48. Iss. 2. P. 217-232. DOI: 10.2134/jeq2019.02.0041
  6. Заварзина А.Г., Данченко Н.Н., Демин В.В. и др. Гуминовые вещества – гипотезы и реальность (обзор) // Почвоведение. 2021. № 12. С. 1449-1480. DOI: 10.31857/S0032180X21120169
  7. Zhong-Ting Hu, Weizhong Huo, Yue Chen et al. Humic Substances Derived From Biomass Waste During Aerobic Composting and Hydrothermal Treatment: A Review // Frontiers in Bioengineering and Biotechnology. 2022. Vol. 10. № 878686. DOI: 10.3389/fbioe.2022.878686
  8. Лихачева Н.А., Митрофанова В.В. Сорбция ионов тяжелых металлов гуминовыми веществами // Башкирский химический журнал. 2022. Т. 29. № 4. С. 41-48. DOI: 10.17122/bcj-2022-4-41-48
  9. Чукаева М.А., Пухальский Я.В., Лоскутов С.И. и др. Оценка изменения фитоэкстракции тяжелых металлов бархатцами прямостоячими (Tagetes erecta) из загрязненных почв Норильска при использовании гуминовых добавок // Арктика: экология и экономика. 2024. Т. 14. № 1. С. 90-102. DOI: 10.25283/2223-4594-2024-1-90-102
  10. Jianguo Cheng, Shanfei Zhang, Chen Fang et al. Removal of Heavy Metal Ions from Aqueous Solution Using Biotransformed Lignite // Molecules. 2023. Vol. 28. Iss. 13. № 5031. DOI: 10.3390/molecules28135031
  11. Liwen Zheng, Yongchao Gao, Jianhua Du et al. Single and Binary Adsorption Behaviour and Mechanisms of Cd2+, Cu2+ and Ni2+ onto Modified Biochar in Aqueous Solutions // Processes. 2021. Vol. 9. Iss. 10. № 1829. DOI: 10.3390/pr9101829
  12. Карабаев С.О., Субанкулова Д.А., Гайнуллина И.П., Джунушалиева А.К. Процессы связывания ионов меди, никеля, кадмия на гумине и гуминовой кислоте угля Кара-Кече // Вестник Кыргызского национального университета имени Жусупа Баласагына. 2018. № 4 (96). С. 125-130.
  13. Джунушалиева А.К. Избирательная сольватация и адсорбция ионов тяжелых металлов из водных растворов на гуминовой кислоте, гумине бурого угля: Автореф. дис … канд. хим. наук. Бишкек: Кыргызский национальный университет имени Жусупа Баласагына, 2022. 23 с.
  14. Лисичкин Г.В., Кулакова И.И. Ликвидация аварийных разливов нефти: состояние и проблемы (обзор) // Журнал прикладной химии. 2022. Т. 95. № 9. С. 1082-1110. DOI: 10.31857/S0044461822090018
  15. Hongxiang Xu, Shan Li, Jingzheng Wang et al. Removal of Pyridine from Aqueous Solutions Using Lignite, Coking Coal, and Anthracite: Adsorption Kinetics // Processes. 2023. Vol. 11. Iss. 11. № 3118. DOI: 10.3390/pr11113118
  16. Chukaeva M.A., Zaytseva T.A., Matveeva V.A., Sverchkov I.P. Purification of Oil-Contaminated Wastewater with a Modified Natural Adsorbent // Ecological Engineering & Environmental Technology. 2021. Vol. 22. № 2. P. 46-51. DOI: 10.12912/27197050/133331
  17. Cheremisina O., Litvinova T., Sergeev V. et al. Application of the Organic Waste-Based Sorbent for the Purification of Aqueous Solutions // Water. 2021. Vol. 13. Iss. 21. № 3101. DOI: 10.3390/w13213101
  18. Черемисина О.В., Пономарева М.А., Молотилова А.Ю. и др. Сорбционная очистка вод кислотонакопителя от железа и титана на органических полимерных материалах // Записки Горного института. 2023. Т. 264. С. 971-980. DOI: 10.31897/PMI.2023.28
  19. Григорьева Е. О гуминовых препаратах // International Agricultural Journal. 2020. Т. 63. № 5. С. 40-54. DOI: 10.24411/2588-0209-2020-10210
  20. Фиша Ф.С., Будина Е.В., Жеребцов С.И. и др. Сравнительная оценка перспектив использования гуминовых веществ, полученных из бурого угля, в целях рекультивации техногенных ландшафтов // Почвы и окружающая среда. 2021. Т. 4. № 1. 10 с. DOI: 10.31251/pos.v4i1.135
  21. Кошелев А.В., Головков В.Ф., Деревягина И.Д. и др. Исследование гуминовых препаратов, полученных из бурого угля // Химия и технология органических веществ. 2019. № 3 (11). С. 28-40. DOI: 10.54468/25876724_2019_3_28
  22. Лесникова Е.Б., Артемова Н.И. Технология получения и использования гуминовых препаратов в экологических целях // Химия твердого топлива. 2019. № 6. С. 11-18. DOI: 10.1134/S0023117719060069
  23. Alghamdi A.A., Al-Odayni A.-B., Saeed W.S. et al. Efficient Adsorption of Lead (II) from Aqueous Phase Solutions Using Polypyrrole-Based Activated Carbon // Materials. 2019. Vol. 12. Iss. 12. № 2020. DOI: 10.3390/ma12122020
  24. Скугорева C.Г., Кантор Г.Я., Жукова А.В. Использование математических моделей для оценки сорбционных способностей высших грибов и активированного угля по отношению к ионам меди (II) // Теоретическая и прикладная экология. 2020. № 2. С. 44-50. DOI: 10.25750/1995-4301-2020-2-044-050
  25. Jianlong Wang, Xuan Guo. Adsorption kinetic models: Physical meanings, applications, and solving methods // Journal of Hazardous Materials. 2020. Vol. 390. № 122156. DOI: 10.1016/j.jhazmat.2020.122156
  26. Wells M.J.M., Stretz H.A. Supramolecular architectures of natural organic matter // Science of The Total Environment. 2019. Vol. 671. P. 1125-1133. DOI: 10.1016/j.scitotenv.2019.03.406
  27. Klučáková M., Věžníková K. Micro-organization of humic acids in aqueous solutions // Journal of Molecular Structure. 2017. Vol. 1144. P. 33-40. DOI: 10.1016/j.molstruc.2017.05.012
  28. Tsareva A.A., Litvinova T.E., Gapanyuk D.I. et al. Kinetic Calculation of Sorption of Ethyl Alcohol on Carbon Materials // Russian Journal of Physical Chemistry A. 2024. 10 p. DOI: 10.1134/S0036024424030312
  29. Жакина А.Х., Василец Е.П., Арнт О.В. и др. Темплатный амино-гуминовый сорбент на основе отходов угледобычи // Universum: химия и биология. 2021. № 11 (89). Ч. 2. С. 41-45. DOI: 10.32743/UniChem.2021.89.11.12512
  30. Зыков И.Ю., Иванов Н.Н., Федорова Н.И., Исмагилов З.Р. Исследование сорбции формальдегида композитными сорбентами на основе бурого угля и оксида марганца // Вестник Кузбасского государственного технического университета. 2021. № 5 (147). С. 57-63. DOI: 10.26730/1999-4125-2021-5-57-63
  31. Vrantsi E., Lakka A., Bozinou E. et al. Humic and Fulvic Acids as Specific Sorbents of Herbicides in Water // Clean – Soil, Air, Water. 2021. Vol. 49. Iss. 11. № 2000467. DOI: 10.1002/clen.202000467
  32. Джелдыбаева И.М., Каирбеков Ж.К., Малолетнев А.С. и др. Физико-химические и антиоксидантные свойства гуминовых веществ из углей месторождений Ой-Карагай и Киякты Республики Казахстан // Химия твердого топлива. 2022. № 6. С. 65-72. DOI: 10.31857/S0023117721060037
  33. Sverchkov I.P., Matveeva V.A., Chukaeva M.A. Determination of carbon, oxygen, hydrogen and nitrogen content in coals using WDXRF scattering spectra // Spectrochimica Acta Part B: Atomic Spectroscopy. 2023. Vol. 207. № 106738. DOI: 10.1016/j.sab.2023.106738
  34. Karayiğit A.İ., Oskay R.G., Bircan C. Mineralogical, Petrographical and Geochemical Properties of the Late Oligocene Coal Seam (Seam-VI): Insights into Elemental Enrichments and Palaeodepositional Environment (İbrice field, Thrace Basin) // Yerbilimleri. 2024. Vol. 45. Iss. 1. P. 1-51. DOI: 10.17824/yerbilimleri.1393877
  35. Копп Д.Д., Портнова А.В., Фарберова Е.А. Разработка методов переработки бурого угля // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Химическая технология и биотехнология. 2019. № 4. С. 133-146. DOI: 10.15593/2224-9400/2019.4.12
  36. Авгушевич И.В., Сидорук Е.И., Броновец Т.М. Стандартные методы испытания углей. Классификации углей. М.: Реклама Мастер, 2019. 576 с.
  37. Wei Wang, Long Liang, Yaoli Peng, Maria Holuszko. Surface Chemical Heterogeneity of Low Rank Coal Characterized by Micro-FTIR and Its Correlation with Hydrophobicity // Minerals. 2021. Vol. 11. Iss. 3. № 239. DOI: 10.3390/min11030239
  38. Jingyu Jiang, Weihua Yang, Yuanping Cheng et al. Molecular structure characterization of middle-high rank coal via XRD, Raman and FTIR spectroscopy: Implications for coalification // Fuel. 2019. Vol. 239. P. 559-572. DOI: 10.1016/j.fuel.2018.11.057
  39. Sverchkov I.P., Gembitskaya I.M., Povarov V.G., Chukaeva M.A. Method of reference samples preparation for X-ray fluorescence analysis // Talanta. 2023. Vol. 252. № 123820. DOI: 10.1016/j.talanta.2022.123820

Similar articles

Environmental safety and sustainable development: new approaches to wastewater treatmen
2024 Mariya A. Pashkevich, Aleksandr S. Danilov, Vera A. Matveeva
Acid mine water treatment using neutralizer with adsorbent material
2024 Pablo Espinoza Tumialán, Nelida Tantavilca Martinez, Clara Barreto Hinostroza, Del Piero R. Arana Ruedas
Assessing the effectiveness of sewage sludge in the reclamation of disturbed areas in the Kola subarctic zone (a case study of a sand quarry)
2024 Lyubov A. Ivanova, Marina V. Slukovskaya, Evgeniya A. Krasavtseva
Lithification of leachate from municipal solid waste landfills with blast furnace slag
2024 Mariya A. Pashkevich, Yuliya A. Kulikova
The possibility of recultivation of sludge accumulators of small volumes using precipitation of water treatment
2024 Olga M. Guman, Irina A. Antonova
Assessment of the efficiency of acid mine drainage purification (using the example of copper-pyrite mines in the Middle Urals)
2024 Lyudmila S. Rybnikova, Petr A. Rybnikov, Vera Yu. Navolokina