Печать

Том 9 стр. 741-761

С.Б. Ярусова, П.С. Гордиенко, А.Е. Панасенко, У.В. Харченко, И.А. Беленева, П.В. Гриценко, С.Н. Данилова

 

ОТХОДЫ БОРНОГО ПРОИЗВОДСТВА КАК СЫРЬЕ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ СОРБЕНТОВ[1]

Аннотация. Статья посвящена исследованию возможности получения сорбционных материалов на основе силикатов кальция из отходов производства борной кислоты (борогипса). В зависимости от условий синтеза силикатно-кальциевых сорбентов (различная температура и продолжительность) получены данные по их фазовому составу, плотности и удельной поверхности. Установлено, что основным механизмом сорбции ионов тяжелых металлов является катионный обмен, что подтверждено методами рентгенофазового анализа, атомно-абсорбционной спектрометрии и элементного анализа. Показано, что сорбция метиленового синего протекает по монослойному механизму и удовлетворительно описывается моделью Ленгмюра, а кинетика процесса – моделью псевдо-второго порядка. Исследована эффективность адсорбции патогенных и условно-патогенных микроорганизмов (Escherichia coli, Bacillus subtilis) синтетическими силикатами кальция: наибольшая сорбционная способность (>90 %) достигнута по отношению к Escherichia coli, при этом образцы из борогипса превосходят известный энтеросорбент «Белый уголь». Полученные результаты свидетельствуют о перспективности использования отходов борного производства для создания сорбентов для очистки водных сред от тяжелых металлов, красителей и микроорганизмов.

Ключевые слова: борогипс, силикаты кальция, сорбция, механизм, кинетика, тяжелые металлы, метиленовый синий, микроорганизмы.

 

Для цитирования: Отходы борного производства как сырье для получения сорбентов / С.Б. Ярусова, П.С. Гордиенко, А.Е. Панасенко, У.В. Харченко, И.А. Беленева, П.В. Гриценко, С.Н. Данилова// Управление техносферой: электрон. журнал, 2026. Т. 9. Вып. 3. С. 741–761. DOI: 10.35634/UdSU.2026.94.80.011

 

[1]Работа выполнена в рамках гос. задания Института химии ДВО РАН № FWFN (0205)-2025-0002

 

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

  1. ГладунВ.Д. Синтетические силикаты кальция / В.Д.Гладун, Л.В.Акатьева, А.И.Холькин. М.: ИРИСБУК, 2011. 232 с.
  2. Экологические исследования на Дальнем Востоке России: история и современность: монография / под ред. В.Ю. Цыганкова, С.Б. Ярусовой. Владивосток: Изд-во ВВГУ, 2023. 370 с. DOI: 10.24866/0685-5-2022-380.
  3. PapynovK., TrukhinI.S., Mayorov V.Yu. et al. Sorption of Phosphates on Macroporous Synthetic Calcium Silicates, Doklady Physical Chemistry, 2017, vol. 473, Part 2, рр. 61–65. DOI: 10.1134/S0012501617040030.
  4. Ma J., Qin G., Zhang Y. et al. Heavy metal removal from aqueous solutions by calcium silicate powder from waste coal fly-ash, Journal of Cleaner Production, 2018, vol. 182, рр. 776–782. DOI: 1016/j.jclepro.2018.02.115.
  5. Shao N., Li S., Yan F. et al. An all-in-one strategy for the adsorption of heavy metal ions and photodegradation of organic pollutants using steel slag-derived calcium silicate hydrate, Journal of Hazardous Materials, 2020, vol. 382, р. 121120, DOI: 1016/j.jhazmat.2019.121120.
  6. Qi F., Zhu G., Zhang Y. et al. Eco-utilization of silicon-rich lye: Synthesis of amorphous calcium silicate hydrate and its application for recovering heavy metals, Separation and Purification Technology, 2022, vol. 282, р. 120092, DOI: 10.1016/j.seppur.2021.120092.
  7. Liu X., Feng P., Chen J. et al. A critical review on the interaction between calcium silicate hydrate (C-S-H) and different ions, Construction and Building Materials, 2024, vol. 413, 134931, DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2024.134931.
  8. Svedaite E., Baltakys, Levisauskas D. et al. Effect of temperature and P5+ ions concentration on the phosphorus adsorption mechanism by synthetic calcium silicate hydrates, Journal of Hazardous Materials Advances, 2026, vol. 22, p. 101159. DOI: 10.1016/j.hazadv.2026.101159.
  9. Hashem A.A., Mahmoud S.A., Geioushy R.A. et al. Adsorption of malachite green dye over synthesized calcium silicate nanopowders from waste materials, Materials Science and Engineering: B, 2023, vol. 295, 116605. DOI: 10.1016/j.mseb.2023.116605.
  10. Chen, HillsC.D., Yuan M. et al. Characterization of carbonated tricalcium silicate and its sorption capacity for heavy metals: A micron-scale composite adsorbent of active silicate gel and calcite, Journal of Hazardous Materials, 2008, vol. 153, no. 1–2, рр. 775–783. DOI: 10.1016/j.jhazmat.2007.09.023.
  11. Zhang Z., Wang X., Wang H. et al. Removal of Pb(II) from aqueous solution using hydroxyapatite/calcium silicate hydrate (HAP/C-S-H) composite adsorbent prepared by a phosphate recovery process, Chemical Engineering Journal, 2018, vol. 344, рр. 53–61. DOI: 10.1016/j.cej.2018.03.066.
  12. Briso A., Quintana G., Ide V. et al. Integrated use of magnetic nanostructured calcium silicate hydrate and magnetic manganese dioxide adsorbents for remediation of an acidic mine water // Journal of Water Process Engineering, 2018. vol. 25, рр. 247–257. DOI: 1016/j.jwpe.2018.08.010.
  13. Valenzuela F., Quintana G., Briso A. et al. Cu(II), Cd(II), Pb(II) and As(V) adsorption from aqueous solutions using magnetic iron-modified calcium silicate hydrate: Adsorption kinetic analysis, Journal of Water Process Engineering, 2021, vol.40, р. 101951. DOI: 1016/j.jwpe.2021.101951.
  14. You W., Hong M., Zhang H. et al. Functionalized calcium silicate nanofibers with hierarchical structure derived from oyster shells and their application in heavy metal ions removal, Chem. Chem. Phys, 2016, vol. 18, рр. 15564–15573. DOI: 10.1039/c6cp01199c.
  15. Lihua L., Li T., Yang G. et al. Synthesis of thiol-functionalized mesoporous calcium silicate and its adsorption characteristics for heavy metal ions, Journal of Environmental Chemical Engineering, 2017, vol. 5, рр. 6201–6215. DOI: 1016/j.jece.2017.11.046.
  16. El-khalafawy A., Hashem F.S., Hassan H.S. Tracking the Adsorptive properties of modified nano calcium silicate/CuO composite for Cs(I) and Co(II) uptake from waste stream, Microporous and Mesoporous Materials, 2024, vol. 371, 113074. DOI: 1016/j.micromeso.2024. 113074.
  17. Agourrame H., El Amri A., Ez-zaki H. et al. Synthesis and characterization of a new inorganic material of fluor/hydroxyapatite- C-S-H mixtures from blast furnace slag and their application in the removal of a cationic dye (methyleneblue) in aqueous solution, Inorganic Chemistry Communications, 2025, v 175, 114163. DOI: 10.1016/j.inoche.2025.114163.
  18. Комплексная переработка борсодержащего минерального сырья и техногенных отходов: монография / коллектив авторов; под научной редакцией доктора технических наук, профессора П.С. Гордиенко; ответственный редактор С.Б. Ярусова, И.Ю. Буравлев. Владивосток: Издательство ВВГУ, 2024. 198 с. DOI: 10.24866/9736-0725-8.
  19. Shaw S., Clark S.M., Henderson C.M.B. Hydrothermal formation of the calcium silicate hydrates, tobermorite (Ca5Si6O16(OH)24H2O) and xonotlite (Ca6Si6O17(OH)2): an in situ synchrotron study, Chemical Geology, 2000, vol. 167, issue 1–2, рр. 129–140. DOI: 10.1016/S0009-2541(99)00205-3.
  20. АндрющенкоЭ.Н., ДостоваловД.В., Замараева А.В.и др. Получение тоберморита из отходов борного производства // Материалы 3(74-й) региональной итоговой научно-практической конференции преподавателей и студентов БГПУ (г. Благовещенск, 24 апреля 2025 г.). В 2-х частях. Часть 1. Благовещенск: Благовещенский государственный педагогический университет, 2025. С. 254–256.
  21. Zhang Y.-Q., Radha A.V., Navrotsky A. Thermochemistry of two calcium silicate carbonate minerals: scawtite, Ca7(Si6O18)(CO3)·2H2O, and spurrite, Ca5(SiO4)2(CO3), Geochimica et Cosmochimica Acta, 2013, vol. 115, рр. 92–99. DOI: 10.1016/j.gca.2013.03.031.
  22. Yarusova S.B., Gordienko P.S., Buravlev I.Yu. et al. The use of ultrasonic treatment in technological processes of complex processing of industrial waste: Energetic insights, Energy Aspects of Acoustic Cavitation and Sonochemistry. Editor(s): Oualid Hamdaoui, Kaouther Kerboua. Elsevier, 2022, chapter 18, pp. 299–313. DOI: 10.1016/B978-0-323-91937-1.00008 6.
  23. Shichalin O.O., Yarusova S.B., Ivanov N.P. et al. Calcium silicate solid-state matrices from boric acid production waste for 60Co removal and immobilization by spark plasma sintering, Journal of Water Process Engineering, 2024, vol. 59, 105042. DOI: 10.1016/j.jwpe.2024.105042.
  24. ЯрусоваС.Б., ГордиенкоП.С., Азарова Ю.А. Исследование сорбции тяжелых металлов сорбентами на основе силикатов кальция, полученными из техногенных отходов переработки борсодержащего минерального сырья // Интеллектуальный потенциал ВУЗов – на развитие Дальневосточного региона России и стран АТР: cб. матер. XVI Международной научно-практической конференции-конкурса научных докладов студентов, аспирантов и молодых исследователей «», г. Владивосток, 17–18 апреля 2014 г. Владивосток: Изд-во ВГУЭС, 2014. С. 147–156.
  25. ЯрусоваС.Б., ГордиенкоП.С., Юдаков А.А. Кинетика сорбции ионов тяжелых металлов сорбентом, полученным из отходов производства борной кислоты // Химическая технология. Т.16. № 10. С. 620–624.
  26. Li M., Ren Z., Gao H. et al. Preparation of tobermorite onto flux-calcinated diatomite surface and the adsorption properties and mechanism of methylene blue, Desalination and Water Treatment, 2020, vol.188, pp. 247–256. DOI: 10.5004/dwt.2020.25430.
  27. Zhang Y., Jing Z., Li Y. et al. Hydrothermal synthesis of tobermorite from diatomite and its adsorption performance for methylene blue, Materials Research Innovations, 2015, vol.19: S2-63-S2-69. DOI: 10.1179/1432891715Z. 0000000001312.
  28. Moreno-Santos A., Rios-Hurtado J.C., Flores-Villaseñor S.E. et al. Hydroxyapatite Growth on Activated Carbon Surface for Methylene Blue Adsorption: Effect of Oxidation Time and CaSiO3 Addition on Hydrothermal Incubation, Applied Sciences, 2023, vol. 13, 77. DOI: 3390/app13010077.
  29. ВезенцевА.И., ТрубицынМ.А., Кормош Е.В. Монтмориллонитовые глины как потенциальный сорбент патогенных веществ и микроорганизмов // Сорбционные и хроматографические процессы, 2012. Т. 12. Вып. 6. С.998.
  30. Kubota M., Nakabayashi T., Matsumoto Y. et al. Selective adsorption of bacterial cells onto zeolites, Colloids and Surfaces B: Biointerfaces, 2008, vol.64 (1), p. 88. DOI:10.1016/j.colsurfb.2008.01.012.
  31. Li G.L., Zhou C.H., Fiore S. et al. Interactions between microorganisms and clay minerals: New insights and broader applications, Appl. Clay Sci, 2019, vol.177, p. 91. DOI: 10.1016/j.clay.2019.04.025.
  32. Zhao W., Liu X., Huang Q. et al. Interactions of pathogens Escherichia coli and Streptococcus suis with clay minerals, Applied Clay Science, 2012, vol. 69, р. 37. DOI: 10.1016/j.clay.2012.07.003
  33. ХарченкоУ.В., АрефьеваО.Д., Панасенко А.Е.и др. Сорбционные свойства кремнийсодержащих образцов по отношению к бактериям // Известия вузов. Прикладная химия и биотехнология, 2020. Т. 10. № 4. С. 603–612. DOI: 10.21285/2227-2925-2020-10-4-603-612.
  34. Zemnukhova L.A., Kharchenko U.V., Beleneva I.A. Biomass derived silica containing products for removal of microorganisms from water, International Journal of Environmental Science and Technology, 2015, vol. 12, рр. 1495–1502. DOI 10.1007/s13762-014-0529-8.
  35. НиколаевВ.Г., МихаловскийС.В., Гурина Н.М. Современные энтеросорбенты и механизмы их действия // Эфферентная терапия, 2005. Т.11. № 4. C. 3–17.
  36. ЯрусоваС.Б., СомоваС.Н., Харченко У.В. и др. Влияние условий синтеза силикатов кальция на кинетику процесса микробиологической очистки водных сред // Журнал неорганической химии, 2021. Т.  № 8. С. 1025–1031. DOI: 10.31857/S0044457X21080316.

 

Сведения об авторах

Ярусова Софья Борисовна

к.х.н., доцент, старший научный сотрудник; зав. базовой каф. ЭЭПХТ ВВГУ. Федеральное государственное бюджетное учреждение науки «Институт химии Дальневосточного отделения Российской академии наук», 690022, г.Владивосток, проспект 100-летия Владивостока, 159, Россия;  Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Владивостокский государственный университет», 690014, г.Владивосток, ул. Гоголя, 41, Россия.

Е-mail: Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.

Гордиенко Павел Сергеевич

д.т.н., профессор, зав. лаб. Федеральное государственное бюджетное учреждение науки «Институт химии Дальневосточного отделения Российской академии наук», 690022, г.Владивосток, проспект 100-летия Владивостока, 159, Россия.

Е-mail: Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.

Панасенко Александр Евгеньевич

к.х.н., старший научный сотрудник, заведующий лабораторией химии редких металлов Института химии ДВО РАН. Федеральное государственное бюджетное учреждение науки «Институт химии Дальневосточного отделения Российской академии наук», 690022, г.Владивосток, проспект 100-летия Владивостока, 159, Россия

Е-mail: Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.

 

Харченко Ульяна Валерьевна

к.х.н., научный сотрудник лаборатории электрохимических процессов. Федеральное государственное бюджетное учреждение науки «Институт химии Дальневосточного отделения Российской академии наук», 690022, г.Владивосток, проспект 100-летия Владивостока, 159, Россия.

Е-mail: Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.

 

Беленева Ирина Алексеевна

к.б.н., старший научный сотрудник лаборатории морской микробиоты. Федеральное государственное бюджетное учреждение науки «Национальный научный центр морской биологии им. А.В. Жирмунского ДВО РАН», 690041, г.Владивосток, ул. Пальчевского, д.17, Россия.

Е-mail: Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.

 

Гриценко Полина Владимировна

инженер лаборатории химии редких металлов. Федеральное государственное бюджетное учреждение науки «Институт химии Дальневосточного отделения Российской академии наук», 690022, г.Владивосток, проспект 100-летия Владивостока, 159, Россия

Е-mail: Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.

 

Данилова Сахаяна Николаевна

к.т.н., старший научный сотрудник, постдок; Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Северо-Восточный федеральный университет им. М.К.Аммосова», 677000, г.Якутск, ул. Кулаковского, 46, Россия. Харбинский политехнический университет, район Наньган, ул. Хуанхэ, 73, Харбин, провинция Хэйлунцзян, Китай.

Е-mail: Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.


 Полнотекстовая версия - pdf(1001kb)