Doklady ChemistryDoklady ChemistryДоклады Российской академии наук. Химия, науки о материалах2686-95353034-5111The Russian Academy of Sciences65191810.31857/S2686953524010033CHEMISTRYХИМИЯResearch ArticleSynthesis of novel composite sorbents based on titanium, calcium and magnesium phosphatesСинтез новых композиционных сорбентов на основе фосфатов титана, кальция и магнияMudrukN. V.МудрукН. В.
Russian Federation
n.mudruk@ksc.ruMaslovaM. V.МасловаМ. В.
Russian Federation
n.mudruk@ksc.ruNikolaevA. I.НиколаевА. И.
Russian Federation

Corresponding Member of the RAS

член-корреспондент РАН

n.mudruk@ksc.ruTananaev Institute of Chemistry – Subdivision of the Federal Research Centre “Kola Science Centre of the Russian Academy of Sciences” Science Centre of the Russian Academy of Sciences (ICT KSC RAS)Обособленное подразделение Федерального исследовательского центра “Кольский научный центр Российской академии наук” Институт химии и технологии редких элементов и минерального сырья им. И.В. Тананаева050420245141324002022025Copyright ©; 2024, Russian Academy of SciencesCopyright ©; 2024, Российская академия наук2024Russian Academy of SciencesРоссийская академия наукhttps://journals.eco-vector.com/2686-9535/article/view/651918

Heterogonous and mechanochemical synthesis of new materials based on titanium, calcium and magnesium phosphates have been developed for the first time. Final products demonstrate high sorption efficiency towards heavy metal cations and radionuclides. The combined action of the components ensures high sorption capacity towards different cations within a wide pH range. The optimal conditions of the processes providing the obtaining of composite products with given phase composition have been established. Using solid precursors and phosphorus-containing agents taken in a stoichiometric ratio, and mild hydrothermal conditions make it possible to reduce liquid waste to a minimum level. During the first step of synthesis both precipitation of titanium phosphate and formation of ammonium phosphate which is the precursor for the second step occur. The latter is the formation of calcium and magnesium phosphates. Thus, the synthesis proceeds in accordance with the principles of green chemistry.

Впервые разработаны гетерогенный и механохимический способы синтеза новых композиционных материалов на основе фосфатов титана, кальция и магния, демонстрирующих высокую эффективность в качестве сорбентов при очистке растворов от катионов тяжелых металлов и радионуклидов. Совместное действие отдельных компонентов сорбента обеспечивает его высокую сорбционную емкость по отношению к различным катионам в широком диапазоне pH. Установлены оптимальные условия, обеспечивающие получение продуктов с заданным фазовым составом. Использование раствора фосфорсодержащего агента и твердых прекурсоров, взятых в стехиометрическом соотношении, и мягкие гидротермальные условия позволяют свести объемы жидких отходов к минимальному значению. На первой стадии синтеза, помимо осаждения фосфата титана, происходит образование прекурсора, необходимого для второй стадии – формирования кислых фосфатов кальция и магния. Таким образом, процедура синтеза соответствует принципам “зеленой химии”.

heterogonous synthesismechanochemical synthesissorbentstitanium phosphatescalcium phosphatesmagnesium phosphatessorptionradionuclidestoxic metal ionsгетерогенный синтезмеханохимический синтезсорбентыфосфаты титанафосфаты кальцияфосфаты магниясорбциярадионуклидыионы тяжелых металловРоссийский научный фондRussian Science Foundation23-23-00187The research was carried out with the financial support of the Russian Science Foundation within the framework of scientific project No. 23-23-00187.Исследования выполнены при финансовой поддержке Российского научного фонда в рамках научного проекта №23-23-00187.Robinson J.L., Brudnicki P., Lu H.H. // Comprehensive Biomaterials II. 2017. V. 1. P. 460–477. https://doi .org/10.1016/B978-0-12-803581-8.09345-0Yang J., Li Q., Li J., Yang J., Zhang R., Niinomi M., Nakano T. // J. Mater. Eng. Perform. 2023. V. 32. P. 6151–6159. https://doi .org/10.1007/s11665-022-07541-6Kumar K., Das A., Prasad S.B. // Proc. Inst. Mech. Eng. Part H: J. Eng. Med. 2023. V. 237 № 4. P. 502–516. https://doi .org/10.1177/09544119231158837Barinov S.M. // Russ. Chem. Rev. 2010. V. 79. № 1. P. 13–29. https://doi .org/10.1070/RC2010v079n01ABEH004098Li P., Hu Y., Lu D., Wu J., Lv Y. // Micromachines. 2023. V. 14. № 3. P. 639. https://doi .org/10.3390/mi14030639Yadav A.A., Hunge Y.M., Dhodamani A.G., Kang S.-W. // Catalysts. 2023. V. 13. № 4. P. 716. https://doi .org/10.3390/catal13040716Barpanda P., Chotard J.-N., Delacourt Ch., Reynard M., Filinchuk Ya., Armand M., Deschamps M., Tarascon J.-M. // Angew. Chemie Int. Ed. 2011. V. 50. № 11. P. 2526–2531. https://doi .org/10.1002/anie.201006331Kadoshnikov V.M., Melnychenko T.I., Arkhipenko O.M., Tutskyi D.H., Komarov V.O., Bulavin L.A., Zabulonov Y.L. // C-J. Carbon Res. 2023. V. 9. № 2. P. 39. https://doi.org/10.3390/c9020039Ryfa A., Żmuda R., Mandrela S., Białecki R., Adamczyk W., Nowak M., Lelek Ł., Bandoła D., Pichura M., Płonka J., Wdowin M. // Fuel. 2023. V. 333. 126470. https://doi.org/10.1016/j.fuel.2022.126470Tokarčíková M., Seidlerová J., Motyka O., Šafaříková M. // Ecol. Chem. Eng. S. 2019. V. 26. № 4. P. 743–757. https://doi .org/10.1515/eces-2019-0052Alhendal A., Almoaeen R.A., Rashad M., Husain A., Mouffouk F., Ahmad Z. // RSC Adv. 2022. V. 12. № 28. P. 18077–18083. https://doi .org/10.1039/D2RA02659GMa M., Wang L., Lu X., Wang Sh., Guo Y., Liang X. // J. Chromatogr. A. 2023. V. 1691. 463814. https://doi .org/10.1016/j.chroma.2023.463814Maslova M., Mudruk N., Ivanets A., Shashkova I., Kitikova N. // Environ. Sci. Pollut. Res. 2020. V. 27 № 4. P. 3933–3949. https://doi .org/10.1007/s11356-019-06949-3McMaster S.A., Ram R., Faris N., Pownceby M.I. // J. Hazard. Mater. 2018. V. 360. P. 257–269. https://doi .org/10.1016/j.jhazmat.2018.08.037Vinokurov S.E., Kulikova S.A., Myasoedov B.F. // Materials. 2018. V. 11. № 6. P. 976. https://doi .org/10.3390/ma11060976Maslova M.V., Rusanova-Naydenova D., Naydenov V., Antzutkin O.N., Gerasimova L.G. // J. Non. Cryst. Solids. 2012. V. 358. P. 2943–2950. https://doi .org/10.1016/j.jnoncrysol.2012.06.033Mahaulpatha W.M.B.H., Jayaweera P.M., Palliyaguru L. // Proc. Int. For. Environ. Symp. 2022. V. 26. 139. https://doi .org/10.31357/fesympo.v26.5757Bortun A., Jaimez E., Llavona R., Garcia J.R., Rodriguez J. // Mater. Res. Bull. 1995. V. 30 № 4. P. 413–420. https://doi .org/10.1016/0025-5408(95)00019-4Barbé C.J., Mitchell D.R.G., Drabarek E., Bartlett J.R., Woolfrey J.L., Luca V. // MRS Proc. 2000. V. 628. P. 73. https://doi .org/10.1557/PROC-628-CC7.3Trublet M., Maslova M.V., Rusanova D., Antzutkin O.N. // RSC Adv. 2017. V. 7. № 4. P. 1989–2001. https://doi.org/10.1039/C6RA25410AMaslova M.V., Ivanenko V.I., Yanicheva N.Y., Mudruk N.V. // Int. J. Mol. Sci. 2020. V. 21. № 2. P. 447. https://doi .org/10.3390/ijms21020447Maslova M.V., Ivanenko V.I., Gerasimova L.G., Ryzhuk N.L. // Russ. J. Inorg. Chem. 2018. V. 63. № 9. P.1141–1148. https://doi .org/10.1134/S0036023618090115Maslova M., Ivanenko V., Yanicheva N., Gerasimova L. // J. Water Process Eng. 2020. V. 35. 101233. https://doi .org/10.1016/j.jwpe.2020.101233Maslova M.V., Ivanenko V.I., Gerasimova L.G., Nikolaev A.I. // Dokl. Chem. 2021. V. 499. № 2. P. 163–167. https://doi .org/10.1134/S0012500821080024Ivanets A.I., Kitikova N.V., Shashkova I.L., Oleksiienko O.V., Levchuk I., Sillanpää M. // J. Water Process Eng. 2016. V. 9. P. 246–253. https://doi .org/10.1016/j.jwpe.2016.01.005Chen Y.N., Liu C., Guo L., Nie J.X., Li C. // Clean Technol. Environ. Policy. 2018. V. 20. № 10. P. 2375–2380. https://doi .org/10.1007/s10098-018-1607-2Ayers R., Hannigan N., Vollmer N., Unuvar C. // Int. J. Self-Propag. High-Temp. Synth. 2011. V. 20. P. 6–14. https://doi .org/10.3103/S1061386211010031Gerasimova L.G., Maslova M.V., Shchukina E.S. // Theor. Found. Chem. Eng. 2009. V. 43. № 4. P. 464–467. https://doi .org/10.1134/s0040579509040186Maslova M., Ivanenko V., Gerasimova L., Larsson A.-C., Antzutkin O.N. // J. Mater. Sci. 2021. V. 56. № 16. P. 9929–9950. https://doi .org/10.1007/s10853-021-05876-4Маслова М.В., Мудрук Н.В., Герасимова Л.Г., Иванец А.И. Способ получения сорбента на основе доломита. Патент РФ 2711635. 2020.Mudruk N., Maslova M. // Int. J. Mol. Sci. 2023. V. 24. № 9. P. 7903. https://doi .org/10.3390/ijms24097903Маслова М.В., Мудрук Н.В., Герасимова Л.Г., Кузьмич Ю.В. Способ получения сорбента на основе доломита. Патент РФ 2743359. 2021.Maslova M., Mudruk N., Ivanets A., Shashkova I., Kitikova N. // J. Water Process Eng. 2020. V. 40. P. 101830.