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
- 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
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.
References
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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.
- 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.
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- Григорьева Е. О гуминовых препаратах // International Agricultural Journal. 2020. Т. 63. № 5. С. 40-54. DOI: 10.24411/2588-0209-2020-10210
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- Авгушевич И.В., Сидорук Е.И., Броновец Т.М. Стандартные методы испытания углей. Классификации углей. М.: Реклама Мастер, 2019. 576 с.
- 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
- 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
- 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