Controlled synthesis of iron oxide nanoparticles used as an efficient heavy metal ions adsorbent

In this paper a few attempts of iron oxide nanoparticles synthesis via chemical co-precipitation are presented. Iron(II) and (III) salts were used as a precursors and aqueous ammonia as a precipitation medium. In the literature it was proved that there are some factors, like reaction temperature, base amount (pH of the reaction mixture) or the concentration of iron salts, which affects characteristics of formed nanoparticles such as their size distribution. The aim of presented research was to select such reaction parameters which would lead to the production of the most effective sorbent for few heavy metal ions, such as: Cr(VI), Pb(II), Cr(III), Cu(II), Zn(II), Ni(II) and Cd(II). The synthesis of nanoparticles were carried out for three temperatures (30, 60, 90ºC) and three ammonia volumes (8, 10, 15 cm3) for each temperature. Furthermore the influence of iron salts molar ratio Fe(II) : Fe(III) in the reaction mixture on resulting sorbent was examined. Because the syntheses were lead in the oxidizing environment, in order to compensate partial oxidation of Fe(II) to Fe(III), a few molar ratios Fe(II) : Fe(III) beyond the stoichiometric value (which is 1 : 2 for magnetite Fe3O4) were investigated. Additionally for the magnetite synthesized in the selected conditions the effect of pH on the sorption of heavy metal ions were examined. The pH conditions were estimated to not exceed 7 in order to avoid metal precipitation.

W pracy przedstawiono próby syntezy nanocząstek tlenków żelaza poprzez ich chemiczne współstrącanie. Jako medium strącające zastosowano wodę amoniakalną. W literaturze udowodniono wpływ takich czynników, jak temperatura reakcji, ilość zasady czy też stężenie soli żelaza Fe(II) i Fe(III) w mieszaninie reakcyjnej na charakterystykę, między innymi wielkość, powstających nanocząstek. Celem niniejszej pracy było dobranie takich parametrów reakcji, aby w efekcie uzyskać najbardziej efektywny sorbent względem jonów kilku metali ciężkich: Cr(VI), Pb(II), Cr(III), Cu(II), Zn(II), Ni(II) i Cd(II). Przeprowadzono syntezę nanocząstek w kombinacji trzech temperatur: (30, 60, 90ºC) oraz trzech objętości amoniaku: (8, 10, 15 cm3). Ponadto sprawdzono, jaki wpływ na powstający sorbent ma stosunek molowy jonów żelaza Fe(II) : Fe(III) w mieszaninie reakcyjnej. Biorąc pod uwagę fakt, iż synteza przeprowadzana była przy dostępie tlenu, w celu kompensacji częściowego utlenienia jonów żelaza Fe(II) do Fe(III), wyjściowy stechiometryczny stosunek tych jonów, który dla magnetytu (Fe3O4) wynosi 1:2, obniżono do kilku wartości poniżej 1 : 2. Dodatkowo dla magnetytu zsyntezowanego w wybranych, optymalnych, warunkach przeprowadzono próbę wpływu pH na sorpcję jonów metali. W celu uniknięcia możliwości wytrącania się osadów maksymalne pH ustalono na nieprzekraczające wartości 7.