Multiwalled Carbon Nanotubes Modified with Biocompatible Compounds

Oxidized with solution of hydrogen peroxide multiwalled carbon nanotubes (MWCNTs) were modified with 2-hydroxyethylmethacrylate (HEMA) or chitosan (CTS). Morphology and surface properties of the pristine and modified MWCNTs have been investigated. The zeta-potential behaviour of MWCNTs was studied as a function of pH and suspension concentration. After oxidation, the divided nanotubes are found to have uncapped ports decorated with hydroxyl groups mostly. Surface oxygencontaining groups specify the negative zeta-potential in all pH range studied (pH=3-11). The values of zeta-potential display an inverse dependence on the dispersion concentration in acidic and basic solutions. After modification of oxidized MWCNTs with HEMA their isoelectric point is shifted from pH=2 to pH=10. Repeated surface treatment with HEMA (MWCNTs-HEMA-HEMA), along with change of the nature of terminal groups, provides stable surface charge increasing with nanotubes concentration in the pH range of 3-9. The isoelectric point of MWCNTs modified with CTS occurs at pH=4.5. At relatively small zeta-potential values, which become more negative with a decrease in the nanotubes concentration, such suspensions are the most stable.Досліджено фізико-хімічні властивості, морфологію та характер поверхні вихідних і модифікованих 2-гідроксіетилметакрилатом (HEMA) і хітозаном багатошарових вуглецевих нанотрубок (БШВНТ). Вимірювання дзета-потенціалу БШВНТ проводили при різних рН розчину електроліту і концентраціях суспензії. Показано, що при окисненні БШВНТ відбувається їхнє дроблення з утворенням портів, що обрамлені переважно гідроксильними групами. Кисеньвмісні групи визначають негативний дзета-потенціал окиснених нанотрубок в досліджуваному діапазоні рН (3-11), але залежність дзета-потенціалу від концентрації дисперсії у кислому і основному середовищах обернена. Після модифікування БШВНТ НЕМА ізоелектрична точка зміщується з рН=2 до рН=10. Подовження ланцюжка прикріпленого до нанотрубок модифікатора (БШВНТ-HЕМА-HЕМА) разом із зміною кінцевих функціональних груп забезпечує позитивний і стабільний заряд поверхні, що збільшується симбатно концентрації нанотрубок в діапазоні рН 3-9. Ізоелектрична точка БШВНТ-хітозан близька до рН=4,5. За відносно невеликих значень дзета-потенціалу, який стає більш негативним зі зменшенням концентрації нанотрубок, такі суспензії є найбільш стійкими.Исследованы физико-химические свойства, морфология и характер поверхности исходных и модифицированных 2-гидроксиэтилметакрилатом (НЕМА) и хитозаном многослойных углеродных нанотрубок (МУНТ). Измерение дзета-потенциала МУНТ проводили при разных рН раствора электролита и концентрациях суспензии. Показано, что при окислении МУНТ происходит их дробление, а образующиеся порты обрамлены преимущественно гидроксильными группами. Кислородсодержащие группы определяют отрицательный дзета-потенциал окисленных нанотрубок в исследуемом диапазоне рН (3-11), но зависимость дзета-потенциала от концентрации дисперсии в кислой и основной средах обратная. После модифицирования МУНТ НЕМА изоэлектрическая точка смещается от рН=2 к рН=10. Удлинение цепочки прикрепленного к нанотрубкам модификатора (МУНТ-НЕМА-НЕМА) вместе с изменением концевых функциональных групп обеспечивает положительный и стабильный заряд поверхности, который увеличивается симбатно концентрации нанотрубок в диапазоне рН 3-9. Изоэлектрическая точка МУНТ-хитозан близка к рН=4,5. При относительно небольшом значении дзета-потенциала, который становится более отрицательным с уменьшением концентрации нанотрубок, такие суспензии являются наиболее устойчивыми

Natural Minerals Coated by Biopolymer Chitosan: Synthesis, Physicochemical, and Adsorption Properties

Natural minerals are widely used in treatment technologies as mineral fertilizer, food additive in animal husbandry, and cosmetics because they combine valuable ion-exchanging and adsorption properties together with unique physicochemical and medical properties. Saponite (saponite clay) of the Ukrainian Podillya refers to the class of bentonites, a subclass of layered magnesium silicate montmorillonite. Clinoptilolits are aluminosilicates with carcase structure. In our work, we have coated biopolymer chitosan on the surfaces of natural minerals of Ukrainian origin — Podilsky saponite and Sokyrnitsky clinoptilolite. Chitosan mineral composites have been obtained by crosslinking of adsorbed biopolymer on saponite and clinoptilolite surface with glutaraldehyde. The obtained composites have been characterized by the physicochemical methods such as thermogravimetric/differential thermal analyses (DTA, DTG, TG), differential scanning calorimetry, mass analysis, nitrogen adsorption/desorption isotherms, scanning electron microscopy (SEM), and Fourier transform infrared (FTIR) spectroscopy to determine possible interactions between the silica and chitosan molecule. The adsorption of microquantities of cations Cu(II), Zn(II), Fe(III), Cd(II), and Pb(II) by the obtained composites and the initial natural minerals has been studied from aqueous solutions. The sorption capacities and kinetic adsorption characteristics of the adsorbents were estimated. It was found that the obtained results have shown that the ability of chitosan to coordinate heavy metal ions Zn(II), Cu(II), Cd(II), and Fe(III) is less or equal to the ability to retain ions of these metals in the pores of minerals without forming chemical bonds

Adsorption Properties of Bentonite with In Situ Immobilized Polyaniline Towards Anionic Forms of Cr(VI), Mo(VI), W(VI), V(V)

A new composite material bentonite-PANI was synthesized by in situ immobilization of polyaniline (PANI) on the surface of natural mineral bentonite. It was established as a result of the modification of bentonite a surface area and an interlayer distance of mineral decrease and particles of bentonite transformed of irregular shape with different porosity on irregularly shaped particles of smaller size. It has been found that the total Cr(VI) ions extraction took place under the acid conditions (pH=1 – 2) and W(VI) ions have been well adsorbed in the pH range from 1 to 8 by the composite bentonite-PANI unlike the initial mineral. Whereas adsorption of oxo anions of V(V) and Mo(VI) made up some 50%. It is proved that the in situ immobilization of bentonite by polyaniline leads to increasing the value of adsorption capacity towards the investigated ions compared with the initial mineral. It was established that the adsorption properties of the synthesized composite with respect to the studied oxo ions were worse than the adsorption properties of composite vermiculite-PANI, similar to the composite Sokyryntsyy clinoptilolite-PANI and better than composites of polyaniline with Podilskyy saponite and Karelian shungite.DOI: http://dx.doi.org/10.5755/j01.ms.22.2.6976</p