Сорбция ионов на поверхности оксигидроксидов металлов

В 2022 году издательство Южно-Уральского государственного университета выпустило книгу «Сорбция ионов на поверхности оксигидроксидов металлов». Ее авторами стали главный научный сотрудник Института химии и технологии редких элементов и минерального сырья им. И.В. Тананаева, доктор химических наук София Печенюк и старший научный сотрудник, кандидат химических наук Юлия Семушина. В 2021 году проект этого издания победил в конкурсе проектов Российского фонда фундаментальных исследований на грантовую поддержку лучших научных трудов.

В чем заключается важность монографии? Систематическое изучение оксигидроксидов переходных металлов (а к ним относятся практически все химические элементы, исключая щелочные и щелочноземельные металлы, галогены, благородные газы, сера, селен и фосфор), начатое в середине XX века, связано с практическими вопросами. Эти соединения переходных металлов часто образуют сложные трехмерные структуры, состоящие из множества слоев, палочек, нанотрубок или сфер. Многие из них применяются для очистки технологических вод атомных электростанций и производств, связанных с тяжелыми металлами, поскольку являются не только хорошими сорбентами, но и выдерживают высокие температуры и радиационный фон. Другие могут быть использованы как минеральные пигменты. Еще два незаменимых свойства оксигидроксидов – каталитическая и фотокаталитическая активность и способность к фотолюминесценции. Максимально полно потенциал этих соединений можно раскрыть, зная закономерности образования соединений и формирования их структуры. Появление нового исследовательского оборудования позволило в первые десятилетия XXI века получить ранее недоступные данные об оксигидроксидах.

София Ивановна Печенюк много лет работала над изучением оксигидроксидов металлов, руководила научной группой, занимающейся этими исследованиями. В книге обобщен полученный коллективом научный материал, а также данные российских и зарубежных исследователей, касающиеся сорбции различных ионов на поверхностях оксигидроксидов железа, титана, циркония, алюминия, церия и марганца из водных растворов электролитов. В обстоятельном введении авторы объясняют, почему тема неорганических сорбентов не теряет актуальности уже более ста лет, уточняют терминологию и перечисляют предшествующие публикации, на которые в той или иной степени опирались в своей работе.

Первая глава дает читателю теоретическую базу, рассказывая о механизмах сорбции и методах ее изучения. Вторая дает обзор самых цельных и жизнеспособных моделей сорбции ионов на поверхности кристаллических оксигидроксидов и посвященных им публикаций с 1990 по 2018 год. Обобщение материала позволяет сделать вывод, что несмотря на обилие и разнообразие исследований, все они несколько однобоки и однотипны. В третьей главе на примере собственных публикаций авторы объясняют принципы образования структуры гелей оксигидроксидов металлов при осаждении из растворов, а также явление старения гелей. Четвертая глава также основана на собственных работах авторов о сорбции ионов на гидрогелях оксигидроксидов металлов. В пятой рассмотрены исследования сорбции на поверхности природных, синтетических и смешанных оксигидроксидов, например, минералов группы иванюкита, вермикулита, доменных шлаков, зольной пыли или продуктов переработки бетонита. Многие эти материалы являются побочными продуктами технологических процессов, а также техногенными отходами, что значительно снижает их стоимость и делает их более доступными.

Заключение подытоживает материал и позволяет сверить свою точку зрения на упомянутые в книге исследования с авторской. Ученые резюмируют достоинства и недостатки сорбентов на основе разных типов оксигидроксидов, дают выводы по методам изучения механизмов сорбции и высказывают свои пожелания к коллегам по методам ведения экспериментов и анализа литературы.

К сожалению, София Ивановна не смогла подержать эту монографию в руках. 20 февраля 2022 года она ушла из жизни, успев только увидеть и утвердить ее электронный макет. Но нам осталась в наследство книга, простым и ясным языком объясняющая сложные, важные для развития современной химии процессы, интересная не только специалистам по сорбции в химии и экологии, но и ученым из смежных областей знания и студентам естественнонаучных направлений.