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Jul 04, 2023

微斜層/MWCNT ナノ複合材料へのタートラジン吸着と再生可能性の熱力学、反応速度論、等温研究

Scientific Reports volume 13、記事番号: 9872 (2023) この記事を引用 333 アクセス 1 Altmetric Metrics の詳細 安価で効果的で環境に優しい廃水処理技術の探求

Scientific Reports volume 13、記事番号: 9872 (2023) この記事を引用

333 アクセス

1 オルトメトリック

メトリクスの詳細

二次的な有毒副産物を含まない、安価で効果的で環境に優しい廃水処理技術の探求には、汚染された水源を除染してリサイクルする強力な能力を備えた自然に優しい吸着剤の製造が必要です。 この目的を達成するために、我々は微斜層 (KMC) と多層カーボン ナノチューブ (MWCNT) からの新しいナノ複合材料 (KMCM) の作製を報告します。 吸着剤 (KMC および KMCM) は、XRD、BET、SEM、TGA、および FTIR を使用して特性評価されました。 この新規で低コストのナノ吸着剤は、廃水からタートラジン (Tatz) を除去するために設計されました。 KMC および KMCM への Tatz の吸着は、吸着剤の用量、Tatz の初期濃度、接触時間、および溶液の pH によって影響されました。 平衡研究から得られた実験データは、ラングミュア等温線モデルによって適切に対処されました。 KMC および KMCM の最大取り込み容量は 37.96 mg g-1 および 67.17 mg g-1 と推定されました。 KMC および KMCM への Tatz の吸着速度論は、擬似 2 次モデルと Elovich モデルによって最もよく表現されました。 熱力学的パラメーターにより、KMC および KMCM への Tatz の取り込みは吸熱性 (ΔH: KMC = 35.0 kJ mol−1 および KMCM = 42.91 kJ mol−1)、エントロピー駆動 (ΔS: KMC = 177.6 JK−1 mol−) であることが明らかになりました。 1 および KMCM = 214.2 JK−1 mol−1) および自発的プロセス。 一方、KMCM は他の吸着剤と比較して、優れた再利用可能性と優れた吸着効率を実証しました。

世界人口の増加、現代の製造業の急激な成長、産業技術の進歩は、水質汚染の主要な要因となっています1。 多くの無機および有機有毒物質が水生生態系の物理化学的特性に悪影響を与えることが報告されており、その中には染料も含まれます2。 無機汚染物質には染料があります。 染料は、色に影響を与えるためにいくつかの業界で使用される有機化合物であり、アニオン性、カチオン性、および非イオン性として分類されます。 一方、特に医薬品、紙、塗料、繊維、食品などの業界は、染料の主要消費者として知られています3。 タートラジンは、スルホン酸、アゾ (N=N)、およびカルボキシル官能基からなるアニオン性黄色染料であり、甘いアイスクリーム、飲料、ゼラチン、チップス、チューインガム、パン、ヨーグルト、医薬品などの消耗品の添加物としてよく使用されます4 。

タートラジンの有用な利点に加えて、報告では、タートラジンが過敏症、アレルギー、皮膚湿疹、喘息、突然変異、癌、および免疫抑制作用を引き起こす可能性があることが明らかになりました5。 水質汚染物質を水生生態系から隔離するために、さまざまなタイプの物理化学的/生物学的方法が採用されてきました。 これらの処理技術には、電気化学技術 6、生物学的処理 7、抽出 8、イオン交換 9、濾過 10、光分解 11、12、13、14、化学沈殿 15、膜バイオリアクター 16、逆浸透 17 などがあります。 一方で、これらの方法の汚染物質除去への適用は限られており、これは有毒な二次汚染物質が生成される可能性、操業コストの上昇、および低汚染物質濃度での非効率性によるものである18,19。 したがって、前述の課題の悪影響を考慮すると、環境に優しく、コスト効率の高い浄水技術を設計する必要があります。

吸着は、低濃度であっても色素の除去に効率的であり、操作のランニングコストが低く、優れた選択性と操作の容易性を備えていることが報告されています20。 染料を隔離するために、無機および有機起源の両方の吸着剤を使用して広範な研究が行われてきました。 これらの吸着剤には次のものがあります。 セルロース21、バイオガス廃棄物22,23、モンモリロナイト24、廃棄物の皮25、エアロゲル26,27、ナノコンポジット28,29、Zn/Al-LDH30、バナナの髄31、ココナッツ中果皮32、泥炭33酸化グラフェン34、キチン35、酸化鉄ナノ粒子36、キトサン37、シリカ38、ジュートスティックパウダー39、ピーナッツの殻40、ポリピロール/SrFe12O19/グラフェン41、ジュート加工廃棄物42、活性炭43、44、45、大豆粕の殻46、石英廃棄物47、もみ殻48、トウモロコシの茎49 Fe/ゼオライト50、ヘーゼルナッツの殻51、種子52、殻53、スコットランドマツ54、カオリナイト粘土55および葉56 。 しかし、前述の吸着剤の中には、ろ過が不十分、高温では効果がない、再生に費用がかかる、選択性が限られているなど、ある程度の欠点があることが判明しました。 したがって、廃水から Tatz を除去するには、優れた品質の吸着剤を設計することが重要です。 微斜長石 (KAlSi3O8) はカリウム、アルミニウム、ケイ酸塩で構成されており、一般にカリウム長石として知られており、三斜晶系で結晶化します57。 この鉱物は火成岩、堆積岩、または変成岩として入手できます。 鉱物として、微斜層は遍在しており、水浄化実践のための吸着剤として修飾することができます。 一方、カーボンナノチューブは優れた物理的および化学的特性を実証しており、これらの特性によりさまざまな分野での CNT の応用が成功しています 58,59。 一方、CNT は有機汚染物質と無機汚染物質の両方を水相から隔離する優れた能力を実証しています 60,61。