Elektrohemijsko ponašanje 4-nitrofenola na modifikovanoj elektrodi od staklastog ugljenika

Abstract

U sklopu ove doktorske disertacije proučavana je elektrohemijska oksidacija 4- nitrofenola na modifikovanoj elektrodi od staklastog ugljenika (Glassy Carbon Electrode – GCE). Za modifikaciju GCE korišćene su natrijumski izmenjene i organogline. U tu svrhu, urađena je natrijumskа izmena smektitne faze u glinama bentonitnog tipa iz dva nalazišta u Srbiji „Bogovina“ i „Mečji Do“. Na-izmenjene gline su zatim modifikovane kvaternernim alkilamonijum katjonom i dobijeni su nanomaterijali sa hibridnom organsko-neorganskom površinom – organogline. Modifikacija je urađena interkalacijom različitih količina benziltrimetilamonijum (BTMA) katjona u međulamelarni prostor smektita. Polazni i modifikovani uzorci su karakterisani hemijskom analizom, rendgensko difrakcionom metodom, dok su pored ovih metoda za karakterizaciju modifikovanih materijala korišćene i metode infracrvene spektroskopije i niskotemperaturne fizisorpcije azota. Kod svih modifikovanih uzoraka je potvrđeno da je modifikacija polaznih uzoraka bila uspešna. Rezultati elementalnе analize su pokazali da je za veće primenjene količine BTMA katjona prilikom modifikacije ugrađena količina ovih katjona bila manja od teorijski izračunatih vrednosti. Rendgenskom difrakcionom analizom potvrđeno je da je primenjena modifikacija dovela do interkalacije BTMA katjona u međulamelarni prostor smektita u obliku monosloja. Infracrvena analiza je potvrdila ugradnju BTMA katjona u strukturu smektita. Eksperimenti koji su uključivali adsorpciju 4-nitrofenola na ispitivanim uzorcima su pokazali da organomodifikacija menja adsorpcioni afinitet glina prema 4- nitrofenolu. Povećanje količine interkaliranih BTMA katjona u međulamelarnom prostoru smektita ima za posledicu povećanje adsorpcije 4-nitrofenola. Ovaj trend se nastavlja sve dok količina katjona dostigne vrednost kada dodatno interkalisani BTMA katjoni nisu dostupni za interakciju sa 4-nitrofenolom. Ispitivanja elektrooksidacije 4-nitrofenola metodom ciklične voltametrije na čistoj GCE i GCE koja je modifikovana sa svakom od Na-izmenjenih i organoglina, pojedinačno, pokazala su da modifikacija GCE dobijenim materijalima znatno utiče na gustinu struje i stabilnost modifikovanih elektroda. Gustine struje koje su dobijene za čistu CGE su 15-47 puta manje od struja dobijenih za modifikovane GCE, pri čemu je čista GCE pokazala nagli gubitak aktivnosti odmah nakon prvog ciklusa. Veće vrednosti gustine struje kod BTMA modifikovanih GCE u odnosu na one modifikovane sa Naizmenjenim glinama ukazuju da ugradnja BTMA katjona u strukturu smektita dovodi do povećanja vrednosti gustine struje. Nakon deset ciklusa aktivnost modifikovanih elektroda najviše opada za GCE modifikovane Na-izmenjenim uzorcima. Odsustvo pikova koji se odnose na oksidaciju hidrohinona i katehola i drastična deaktivacija ovih elektroda ukazuju da je dominantan put oksidacije 4-nitrofenola kod GCE modifikovanih Na-izmenjenim glinama onaj kod kog dolazi do stvaranja polimera. Vrednosti gustine struje oksidacije 4-nitrofenola na potencijalu  1,2 V opadaju sa porastom ugradnje BTMA katjona dok stabilnost elektroda raste u suprotnom smeru. Stabilnost se može objasniti time da reakcioni put oksidacije 4-nitrofenola koji vodi do stvaranja polimernih proizvoda postaje manje značajan sa povećanjem količine ugrađenih BTMA katjona kod BTMA-bentonit modifikovanih GCE. Nešto veće struje za elekrode modifikovane organoglinama na bazi gline iz nalazišta „Bogovina“ u odnosu na one na bazi gline iz nalazišta „Mečji Do“ mogu se pripisati većem sadržaju gvožđa u strukturi smektita iz nalazišta „Bogovina“. Gvožđe prisutno u strukturi smektita najverovatnije ima ulogu posrednika u prenosu elektrona i utiče na porast struje oksidacije 4-nitrofenola. Metodom diferencijalne pulsne voltametrije određen je detekcioni limit za najstabilnije modifikovane GCE na bazi glina iz oba ispitivana nalazištа, pri čemu su dobijene vrednosti detekcionog limita slične vrednostima koji su drugi autori dobili pri elektrohemijskom određivanju 4-nitrofenola. Rezultati prikazani u ovoj doktorskoj disertaciju ukazuju da modifikovanje elektrode od staklastog ugljenika nanošenjem tankog sloja glina modifikovanih benziltrimetilamonijum katjonima mogu poslužiti za razvijanje elektrode koja bi se koristila u detekciji 4-nitrofenola prisutnog u otpadnim vodama.