Wpływ warunków syntezy nanocząstek magnetytu na ich zdolność do separacji jonów metali ciężkich

Magnetite nanoparticles have become a promising material for scientific research. Among numerous technologies of their synthesis, co-precipitation seems to be the most convenient, less time-consuming and cheap method which produces fine and pure iron oxide particles applicable to environmental issues. The aim of the work was to investigate how the co-precipitation synthesis parameters, such as temperature and base volume, influence the magnetite nanoparticles ability to separate heavy metal ions. The synthesis were conducted at nine combinations of different ammonia volumes - 8 cm3, 10 cm3, 15 cm3 and temperatures - 30°C, 60°C, 90°C for each ammonia volume. Iron oxides synthesized at each combination were examined as an adsorbent of seven heavy metals: Cr(VI), Pb(II), Cr(III), Cu(II), Zn(II), Ni(II) and Cd(II). The representative sample of magnetite was characterized using XRD, SEM and BET methods. It was observed that more effective sorbent for majority of ions was produced at 30°C using 10 cm3 of ammonia. The characterization of the sample produced at these reaction conditions indicate that pure magnetite with an average crystallite size of 23.2 nm was obtained (XRD), the nanosized crystallites in the sample were agglomerated (SEM) and the specific surface area of the aggregates was estimated to be 55.64 m2·g-1 (BET). The general conclusion of the work is the evidence that magnetite nanoparticles have the ability to adsorb heavy metal ions from the aqueous solutions. The effectiveness of the process depends on many factors such as kind of heavy metal ion or the synthesis parameters of the sorbent.Nanocząstki magnetytu stanowią obiecujący materiał badań ze względu na możliwość ich praktycznego zastosowania w różnorodnych dziedzinach. Wśród wielu metod ich syntezy, jako jedną z najwygodniejszych, najmniej pracochłonnych oraz ekonomicznych, wyróżnić można chemiczne współstrącanie. Efektem metody chemicznego współstrącania są drobne nanocząstki tlenku żelaza o dużej czystości, odpowiednie do zastosowań w zagadnieniach środowiskowych. Celem pracy było badanie w jaki sposób warunki syntezy chemicznego współstrącania, takie jak temperatura reakcji czy też ilość użytej zasady wpływają na zdolności separacyjne nanocząstek magnetytu względem jonów kilku metali ciężkich. Syntezy prowadzone były w dziewięciu kombinacjach przy różnej objętości dodawanego amoniaku – 8 cm3, 10 cm3, 15 cm3 oraz temperaturze – 30°C, 60°C, 90°C. Powstałe podczas każdej z syntez tlenki żelaza były badane jako adsorbenty jonów siedmiu metali ciężkich: Cr(VI), Pb(II), Cr(III), Cu(II), Zn(II), Ni(II) and Cd(II). Ponadto próbka magnetytu zsyntezowanego w wybranych warunkach była badana przy użyciu metod XRD, SEM oraz BET. Analizując wyniki procesu sorpcji stwierdzono, iż najbardziej efektywny materiał, dla większości metali ciężkich, powstał w temperaturze 30°C przy użyciu 10 cm3 amoniaku. Dodatkowa charakterystyka powstałego w tych warunkach sorbentu wykazała, iż stanowił on czysty magnetyt o średniej wielkości ziarna 23,2 nm (XRD). Ponadto wykazano, iż pojedyncze ziarna w badanej próbce są zaglomerowane (SEM) a powierzchnia właściwa agregatów wynosi 55,64 m2/g (BET). Ogólnym wnioskiem z pracy jest dowód, iż warunki syntezy badanego adsorbentu mają wpływ na jego zdolność separacyjne względem niektórych jonów metali ciężkich