Protection of Thiol Groups on the Surface of Magnetic Adsorbents and Their Application for Wastewater Treatment

Abstract

The magnetite nanoparticles were functionalized with silica shells bearing mercaptopropyl (monofunctional) and mercaptopropyl-and-alkyl groups (bifunctional) by single-step sol-gel technique. The influence of synthetic conditions leading to increased amounts of active functional groups on the surface and improved capacity in the uptake of Ag(I), Cd(II), Hg(II), and Pb(II) cations was revealed. The physicochemical properties of obtained magnetic nanocomposites were investigated by FTIR, Raman, XRD, TEM, SEM, low-temperature nitrogen ad-/desorption measurements, TGA, and chemical microanalysis highlighting the efficiency of functionalization and mechanisms of the preparation procedures. The removal of the main group of heavy metal cations was studied in dependence from the pH, contact time and equilibrium concentration to analyze the complexes composition for the large scale production of improved adsorbents. It was demonstrated that introduction of the alkyl groups into the surface layer prevents the formation of the disulfide bonds between adjacent thiol groups. The obtained adsorbents were employed to treat real wastewater from Ruskov, Slovakia with concentration of Fe 319 ng/cm3, Cu 23.7 ng/cm3, Zn 36 ng/cm3, Mn 503 ng/cm3, Al 21 ng/cm3, As 34 ng/cm3, Pb 5.8 ng/cm3, Ni 35 ng/cm3, Co 4.2 ng/cm3, Cr 9.4 ng/cm3, Sb 6 ng/cm3, Cd 5 ng/cm3. These materials proved to be highly effective in the removal of 50% of all metal ions, espeсially Zn, Cd, and Pb ions from it and turned recyclable, opening for their sustainable use in water purification.

Creation of Hollow Calcite Single Crystals with CQDs: Synthesis, Characterization, and Fast and Efficient Decontamination of Cd(II)

“…cadmium (CdII), possesses harmful effects on all living organisms 2 , 3 . Therefore, it is very important to find a green and effective way to remove cadmium to an acceptable level 4 , 5 . At present, the methods of removing heavy metal ions 6 – 10 are: chemical precipitation 11 , 12 , coagulation-flocculation-sedimentation 13 , solvent extraction 14 , 15 , ion exchange 16 , membrane filtration 17 , 18 and adsorption 19 , 20 .…”

Anisotropic Nanocellulose Aerogel Loaded with Modified UiO-66 as Efficient Adsorbent for Heavy Metal Ions Removal

“…Sewage disposal is a global concern subject due to its destructive effect on ecologic sustainability. Wastewater, produced during industrial manufacturing for such goods as textiles, cosmetics, and chemical plants, contains many types of toxic dyes, oils, and heavy metal ions [ 1 , 2 , 3 , 4 ]. To address this issue, various technologies have been researched and developed to dispose of heavy metal ions within an aqueous solution; these include membrane filtration [ 5 ], chemical coagulation [ 2 ], ion exchange [ 6 ], and electrochemistry deposition and adsorption [ 7 , 8 ].…”

Nanopartículas magnéticas biocompatíveis e funcionalizadas com ácido fólico como potencial agente teranóstico no tratamento de câncer via magnetohipertermia

“…O MPTMS é muito sensível à umidade, dificultando a modificação da superfície por apresentar problemas de homogeneidade e reprodutibilidade 128 , uma vez que a presença de água é essencial para a catálise de hidrólise e condensação de silanos 55,57,122 . Outro problema é a fácil oxidação dos tióis na presença da atmosfera de oxigênio, formando ligações dissulfeto 129,130 , ou ao ficar exposto em ar por período prolongado, podem ser oxidados a sulfonatos 128 , diminuindo a densidade de grupos mercapto disponíveis para etapas posteriores. Os tióis-silano, como o MPTMS, apresentam comportamento ácido devido seu caráter eletrofílico, e por dispor de grupo funcional (-SH) altamente aniônico 131 , proporciona uma melhor estabilidade coloidal quando comparado com os amino-silanos (APTS), que possuem comportamento básico (nucleofílico) e com o ponto isoelétrico (região de menor estabilidade), próximo da faixa de pH para aplicação biológica.…”

“…Na amostra SPION@MPTMS, nota-se o aparecimento do deslocamento Raman na região de 303 cm -1 , referente a estrutura da magnetita, sugerindo que a presença da camada de silano em torno das partículas impossibilitou a total conversão de fase do óxido de ferro, na qual pode-se afirmar que a presença do recobrimento pode melhorar a estabilidade dos SPIONs e prevenir a oxidação da superfície das partículas 101 . A banda de deslocamento de baixa intensidade que caracteriza a presença do tiol na superfície das partículas está presente na região de 675 cm -1 , e é atribuída ao alongamento da ligação C-S 130,135 .…”

“…Outras bandas de alta intensidade que indicam a presença do organossilano recobrindo as nanopartículas encontra-se na região de 938 e 1288 cm -1 , e são atribuídas ao modo de vibração de flexão assimétrica no plano 136 e ao modo de curvatura 130,137 das ligações C-H. As medidas de variação dos valores de potencial zeta e da mobilidade eletroforética em função do pH, para estudo da modificação de superfície variando a concentração de tiol-silano (SPION@MPTMS 1-3) estão presentes na Figura 58.…”