nucВестник НЯЦ РКNNC RK Bulletin1729-75161729-7885Национальный ядерный центр Республики Казахстан10.52676/1729-7885-2023-2-74-81nuc-520Research ArticleСтатьиНИКЕЛЕВЫЙ НАНОКАТАЛИЗАТОР ДЛЯ ГИДРОДЕХЛОРИРОВАНИЯ ПОЛИХЛОРБИФЕНИЛОВNICKEL NANOCATALYST FOR HYDRODECHLORINATION OF POLYCHLORINATED BIPHENYLSШаймарданЕ.ShaimardanE.

Есбол Шаймардан

Алматы

Esbol Shaimardan

Almaty

esbol_shay@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0001-5760-2967КабдрахмановаС. К.KabdrakhmanovaS. K.

Сана Канатбековна Кабдрахманова - кандидат технических наук, ассоциированный профессор.

Алматы

Almaty

sanaly33@mail.ruБейсебековМ. М.BeisebekovM. M.

Алматы

Madiar Beisebekov

Almaty

make1987@mail.ruСеленоваБ. С.SelenovaB. S.

Алматы

Bagadat Selenova

Almaty

selen.b.s@mail.ruИмангазиноваЖ.ImangazinovaZh.

Талдыкорган

Zhemiszhan Imangazinova

Taldykorgan

gema.232@mail.ruСыдыкбаеваС.SydykbayevaS.

Талдыкорган

Sandugash Sydykbayeva

Taldykorgan

sandugash78@mail.ruСатпаев Университет; Научный центр композитных материаловКазахстанSatbayev University; Scientific Center of Composite MaterialsKazakhstanСатпаев УниверситетКазахстанSatpaev UniversityKazakhstanНаучный центр композитных материаловКазахстанScientific Center of Composite MaterialsKazakhstanЖетысу УниверситетКазахстанI. Zhansugurov Zhetysu UniversityKazakhstan202306072023027481Copyright © Шаймардан Е., Кабдрахманова С.К., Бейсебеков М.М., Селенова Б.С., Имангазинова Ж., Сыдыкбаева С., 20232023Шаймардан Е., Кабдрахманова С.К., Бейсебеков М.М., Селенова Б.С., Имангазинова Ж., Сыдыкбаева С.Shaimardan E., Kabdrakhmanova S.K., Beisebekov M.M., Selenova B.S., Imangazinova Z., Sydykbayeva S.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://journals.nnc.kz/jour/article/view/520

В настоящее время наноматериалы являются важным классом материалов в области синтеза эффективных и селективных катализаторов с заданными свойствами благодаря своим уникальным физико-химическим свойствам. Наличие наноразмерных частиц переходных металлов, несомненно, улучшает протекание гидродехлорирования полихлорбифенилов (ПХБ) и позволяет снизить содержание благородного металла в катализаторе. Для получения активных и стабильных гетерогенных катализаторов обезвреживания стойких органических загрязнителей (СОЗ) необходим правильный выбор носителя и метода синтеза катализатора. В данной работе синтез никелевого нанокатализатора осуществлялся методом влажной пропитки для гидродехлорирования ПХБ. Технический активированный уголь марки БАУ-А предварительно модифицировали соляной кислотой и использовали в качестве носителя (АУm) катализатора. С использованием современных физико-химических методов исследованы основные свойства синтезированного нанокатализатора. Методом ИКспектроскопии установлено, что карбоксильные и карбонильные группы АУm являются основными функциональными группами, фиксирующими никель в объеме носителя. Никелевый нанокатализатор имеет развитую поверхность, на которой наночастицы никеля осаждаются в микро- и мезопорах носителя. Степень превращения 2,2',3,3',4-пентахлорбифенила составляет 84,21%, что свидетельствует о каталитической активности никелевых нанокатализаторов по отношению к СОЗ.

Currently, nanomaterials are an important class of materials in the field of synthesis of efficient and selective catalysts with desired properties due to their unique physical and chemical properties. The presence of nanosized particles of transition metals undoubtedly improves the course of the hydrodechlorination of polychlorinated biphenyls (PCBs) and makes it possible to reduce the content of the noble metal in the catalyst. In order to obtain active and stable heterogeneous catalysts for the neutralization of persistent organic pollutants (POPs), the correct choice of carrier and method of catalyst synthesis is required. In this work, the synthesis of a nickel nanocatalyst was carried out using the wet impregnation method for the hydrodechlorination of PCBs. Commercial activated carbon grade BAU-A was pre-modified with hydrochloric acid and used as a carrier (ACm) of the catalyst. Using modern physical and chemical methods, the main properties of the synthesized nanocatalyst were investigated. The IR spectroscopy has established that the carboxyl and carbonyl groups of ACm are the main functional groups that fix nickel in the bulk of the carrier. The nickel nanocatalyst has a developed surface, where nickel nanoparticles are deposited in micro- and mesopores of the carrier. The degree of conversion of 2,2',3,3',4-pentachlorobiphenyl is 84.21%, which indicates the catalytic activity of nickel nanocatalysts with respect to POPs.

нанокатализаторстойкие органические загрязнителиполихлорбифенилнаночастицы никеляактивированный угольnanocatalystpersistent organic pollutantspolychlorinated biphenylnickel nanoparticlesactivated carbonReferencesСтокгольмская конвенция о стойких органических загрязнителях // Опубликовано временным секретариатом Стокгольмской конвенции о стойких органических загрязнителях UNEP. – 2001. – 6 мая. URL: www.un.org/ru/documents/decl_conv/conventions/pdf/pollutantsStokgol'mskaya konventsiya o stoykikh organicheskikh zagryaznitelyakh // Opublikovano vremennym sekretariatom Stokgol'mskoy konventsii o stoykikh organicheskikh zagryaznitelyakh UNEP. – 2001. – 6 maya. URL: www.un.org/ru/documents/decl_conv/conventions/pdf/pollutants (in Russian)Sun B, Li Q, Zheng M, Su G, Lin S, Wu M, Li C, Wang Q, Tao Y, Dai L, Qin Y, Meng B. Recent advances in the removal of persistent organic pollutants (POPs) using multifunctional materials // Environmental Pollution. – 2020. – Vol. 265 – Part A. https://doi.org/10.1016/j.envpol.2020.114908Sun B, Li Q, Zheng M, Su G, Lin S, Wu M, Li C, Wang Q, Tao Y, Dai L, Qin Y, Meng B. Recent advances in the removal of persistent organic pollutants (POPs) using multifunctional materials // Environmental Pollution. – 2020. – Vol. 265 – Part A. https://doi.org/10.1016/j.envpol.2020.114908Занавескин Л. Н., Аверьянов В. А. Наночастицы металлов в водных растворах // Журнал успехи химии. – 2001. – Т. 66, № 2. – С. 103–116.Zanaveskin L. N., Aver'yanov V. A. Nanochastitsy metallov v vodnykh rastvorakh // Zhurnal uspekhi khimii. – 2001. – T. 66, No, 2. – P. 103–116. (in Russian)Горбунова Т.И., Салоутин В.И., Чупахин О.Н. Химические методы превращений полихлорбифенилов // Журнал успехи химии. – 2010. – № 79: 6. – С. 565–586. https://doi.org/10.1070/RC2010v079n06ABEH004047Gorbunova T.I., Saloutin V.I., Chupakhin O.N. Khimicheskie metody prevrashcheniy polikhlorbifenilov // Zhurnal uspekhi khimii. – 2010. – No. 79: 6. – P. 565– 586. (in Russian) https://doi.org/10.1070/RC2010v079 n06ABEH004047Mingying D, Lizhi H, Mengyuan J, Yi Z, Jie W, Williamson G, Shuo W, Yun D, Xiaokai Z, Zhenyu W. Biochar for the Removal of Emerging Pollutants from Aquatic Systems // Int. J. Environ. Res. Public Health. – 2023. – Vol. 20 – P.1679. https://doi.org/10.3390/ijerph20031679Mingying D, Lizhi H, Mengyuan J, Yi Z, Jie W, Williamson G, Shuo W, Yun D, Xiaokai Z, Zhenyu W. Biochar for the Removal of Emerging Pollutants from Aquatic Systems // Int. J. Environ. Res. Public Health. – 2023. – Vol. 20. – P. 1679. https://doi.org/10.3390/ijerph20031679Urbano F., Marinas J. Hydrogenolysis of organohalogen compounds over palladium supported catalysts // J. Mol. Cat. A: Chemical. – 2001. – Vol. 173 – P. 329–345. https://doi.org/10.1016/S1381-1169(01)00157-1Urbano F., Marinas J. Hydrogenolysis of organohalogen compounds over palladium supported catalysts // J. Mol. Cat. A: Chemical. – 2001. – Vol.173. – P. 329–345. https://doi.org/10.1016/S1381-1169(01)00157-1Khopade A (2019). Kinetic Analysis for Low Temperature Catalytic Hydro De-chlorination of PCBs (Poly-Chlorinated Biphenyls). Master's thesis, University of Cincinnati, Ohio, USA.Khopade A (2019). Kinetic Analysis for Low Temperature Catalytic Hydro De-chlorination of PCBs (Poly-Chlorinated Biphenyls). Master's thesis, University of Cincinnati, Ohio, USA.Na H, Peijun L, Yuncheng Z, Wanxia R, Shuxiu F, Verkhozina V. Catalytic dechlorination of polychlorinated biphenyls in soil by palladium–iron bimetallic catalyst // Journal of Hazardous Materials. – 2009. – Vol. 164. – P. 126–132. https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2008.07.149Na H, Peijun L, Yuncheng Z, Wanxia R, Shuxiu F, Verkhozina V. Catalytic dechlorination of polychlorinated biphenyls in soil by palladium–iron bimetallic catalyst // Journal of Hazardous Materials. – 2009. – Vol. 164. – P. 126–132. https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2008.07.149Maghami A, Gholipour-Zanjani N, Khorasheh F. A catalyzed method to remove polychlorinated biphenyls from contaminated transformer oil // Environment Science Pollution. – 2022. – Res. 29. – P. 13253–13267. https://doi.org/10.1007/s11356-021-16613-4Maghami A, Gholipour-Zanjani N, Khorasheh F. A catalyzed method to remove polychlorinated biphenyls from contaminated transformer oil // Environment Science Pollution. – 2022. – Res. 29. – P. 13253–13267. https://doi.org/10.1007/s11356-021-16613-4Jeon J, Yuri P, Yuhoon H. Catalytic Hydrodechlorination of 4-Chlorophenol by Palladium-Based Catalyst Supported on Alumina and Graphene Materials // Nanomaterials. – 2023. – Vol. 13. – P. 1564. https://doi.org/10.3390/nano13091564Jeon J, Yuri P, Yuhoon H. Catalytic Hydrodechlorination of 4-Chlorophenol by Palladium-Based Catalyst Supported on Alumina and Graphene Materials // Nanomaterials. – 2023. – Vol. 13. – P. 1564. https://doi.org/10.3390/nano13091564Irshad B, Sayyed A, Mohamad A, Hanis Y. Decontamination of contaminated water by palladium catalyst: a short review // Natural Science Nanoscience Nanotechnology. – 2020. – Vol. 11. https://doi.org/10.1088/2043-6254/ab9c97Irshad B, Sayyed A, Mohamad A, Hanis Y. Decontamination of contaminated water by palladium catalyst: a short review // Natural Science Nanoscience Nanotechnology. – 2020. – Vol. 11. https://doi.org/10.1088/2043-6254/ab9c97Кабдрахманова С., Селенова Б. Полихлорированные бифенилы: эколого-аналитические аспекты и методы обезвреживания. – Усть-Каменогорск: изд-во «Берель», 2021. – 196 с.Kabdrakhmanova S, Selenova B (2021) Polychlorinated biphenyls: Environmental analytical aspects and decontamination methods [Polykhloririovannie biphenili: ekologo-analiticheskie aspekti i metodi obezvrezhivania] Berel publishing house, Ust-Kamenogorsk, Republic of Kazakhstan. ISBN 978-9965-871-76-4 (in Russian)Мехаев А.В., Первова М.Г., Таран О.П., Симакова И.Л., Пармон В.Н., Саморукова М.А., Боярский В.П., Жеско Т.Е., Салоутин В.И., Ятлук Ю.Г. Жидкофазное дехлорирование токсичных техногенных продуктов с использованием нанодисперсных палладиевых катализаторов на основе сибунита // Химия в интересах устойчивого развития. – 2011. – № 19. – С. 179–186.Mekhaev A.V., Pervova M.G., Taran O.P., Simakova I.L., Parmon V.N., Samorukova M.A., Boyarskiy V.P., Zhesko T.E., Saloutin V.I., Yatluk Yu.G. Zhidkofaznoe dekhlorirovanie toksichnykh tekhnogennykh produktov s ispol'zovaniem nanodispersnykh palladievykh katalizatorov na osnove sibunita // Khimiya v interesakh ustoychivogo razvitiya. – 2011. – No. 19. – P. 179–186. (in Russian)Calvo L, Gilarranz M, Casas J, Mohedano A, Rodrı´guez J. Hydrodechlorination of alachlor in water using Pd, Ni and Cu catalysts supported on activated carbon // Applied Catalysis B: Environmental. – 2008. – Vol. 78. – P. 259– 266. https://doi.org/10.1016/j.apcatb.2007.09.028Calvo L, Gilarranz M, Casas J, Mohedano A, Rodrı´guez J. Hydrodechlorination of alachlor in water using Pd, Ni and Cu catalysts supported on activated carbon // Applied Catalysis B: Environmental. – 2008. – Vol. 78. – P. 259– 266. https://doi.org/10.1016/j.apcatb.2007.09.028Kabdrakhmanova S, Shaimardan E, Akatan K, Selenova B, Zhilkashinova A, Erbolatuly D, Skakov M. Preparation and Characterization of the Catalyst Based on the Copper Nanoparticles // International Journal of Nanoscience and Nanotechnology. – 2022. – Vol. 18. – P. 1–10.Kabdrakhmanova S, Shaimardan E, Akatan K, Selenova B, Zhilkashinova A, Erbolatuly D, Skakov M. Preparation and Characterization of the Catalyst Based on the Copper Nanoparticles // International Journal of Nanoscience and Nanotechnology. – 2022. – Vol. 18. – P. 1–10.Dharitri R, Parida K. Copper and Nickel Modified MCM41 An Efficient Catalyst for Hydrodehalogenation of 17. Chlorobenzene at Room Temperature // Ind. Eng. Chem. Res. – 2011. –Vol. 50. – P. 2839–2849. https://doi.оrg/10.1021/ie101314fDharitri R, Parida K. Copper and Nickel Modified MCM41 An Efficient Catalyst for Hydrodehalogenation of Chlorobenzene at Room Temperature // Ind. Eng. Chem. Res. – 2011. –Vol. 50. – P. 2839–2849. https://doi.оrg/10.1021/ie101314fAkatan K, Kabdrakhmanova S, Shaimardan E, Ospanova Zh, Selenova S, Toktarbay Zh. Application of X-Ray Diffraction Method for Research of Copper Nanoparticles Obtained by Using Chemical Method // Oxidation Communications. – 2019. – Vol. 42(4). – P. 462–467. EID:2-s2.0-85081621868Akatan K, Kabdrakhmanova S, Shaimardan E, Ospanova Zh, Selenova S, Toktarbay Zh. Application of X¬Ray Diffraction Method for Research of Copper Nanoparticles Obtained by Using Chemical Method // Oxidation Communications. – 2019. – Vol. 42(4). – P. 462–467. EID:2-s2.0-85081621868Hyeok C, Souhail R, Shirish A, Dionysios D. Synthesis of Reactive Nano-Fe/Pd Bimetallic System-Impregnated Activated Carbon for the Simultaneous Adsorption and Dechlorination of PCBs // Chemistry of Materials. – 2008. –Vol. 20 (11). – P. 3649–3655. https://doi.org/10.1021/cm8003613Hyeok C, Souhail R, Shirish A, Dionysios D. Synthesis of Reactive Nano-Fe/Pd Bimetallic System-Impregnated Activated Carbon for the Simultaneous Adsorption and Dechlorination of PCBs // Chemistry of Materials. – 2008. –Vol. 20 (11). – P. 3649–3655. https://doi.org/10.1021/cm8003613Kume A, Monguchi Y, Hattori K, Nagase H, Sajiki H. Pd/C-catalyzed practical degradation of PCBs at room temperature // Applied Catalysis B: Environmental. – 2008. – Vol. 81. – P. 274–282. https://doi.org/10.1016/j.apcatb.2007.12.019Kume A, Monguchi Y, Hattori K, Nagase H, Sajiki H. Pd/C-catalyzed practical degradation of PCBs at room temperature // Applied Catalysis B: Environmental. – 2008. – Vol. 81. – P. 274–282. https://doi.org/10.1016/j.apcatb.2007.12.019Локтева Е. С., Голубина Е. В., Антонова М. В., Клоков С. В., Маслаков К. И., Егоров А. В., Лихолобов В. А. Катализатор гидродехлорирования хлорбензола, полученный пиролизом пропитанных нитратом палладия древесных опилок // Кинетика и катализ. – 2015. – T. 56, № 6. – C. 753–762. https://doi.org/10.7868/S0453881115060106Lokteva E. S., Golubina E. V., Antonova M. V., Klokov S. V., Maslakov K. I., Egorov A. V., Likholobov V. A. Katalizator gidrodekhlorirovaniya khlorbenzola, poluchennyy pirolizom propitannykh nitratom palladiya drevesnykh opilok // Kinetika i kataliz. – 2015. – T. 56, No. 6. – P. 753–762. (in Russian) https://doi.org/10.7868/S0453881115060106Thommes M, Kaneko K, Neimark A, Olivier J, Rodriguez-Reinoso F, Rouquerol J, Sing W. Physisorption of gases, with special reference to the evaluation of surface area and pore size distribution (IUPAC Technical Report) // Pure and Applied Chemistry. – 2015. – Vol. 87 – P. 1051–1069. https://doi.org/10.1515/pac-2014-1117Thommes M, Kaneko K, Neimark A, Olivier J, Rodriguez-Reinoso F, Rouquerol J, Sing W. Physisorption of gases, with special reference to the evaluation of surface area and pore size distribution (IUPAC Technical Report) // Pure and Applied Chemistry. – 2015. – Vol. 87 – P. 1051–1069. https://doi.org/10.1515/pac-2014-1117

The authors declare that there are no conflicts of interest present.