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May 24, 2024

水溶液からの Cr(VI) の除去を改善するための Fe3O4/ブドウの芽由来の活性炭ナノ複合材料の調製

Scientific Reports volume 13、記事番号: 3960 (2023) この記事を引用 775 アクセス メトリクスの詳細 この研究では、Fe3O4/活性炭ナノ複合材料の合成に成功し、

Scientific Reports volume 13、記事番号: 3960 (2023) この記事を引用

775 アクセス

メトリクスの詳細

この研究では、水溶液からクロムを除去するための Fe3O4/活性炭ナノ複合材料の合成に成功しました。 Fe3O4 ナノ粒子は、共沈法を使用してブドウの新芽由来の活性炭上に装飾されました。 原子吸光分析計を使用して、調製した吸着剤によるクロムイオンの除去を評価しました。 最適な条件を見つけるために、吸着剤の投与量、pH、接触時間、再利用性、電場、クロムの初期濃度などのさまざまなパラメーターの影響が検査されました。 結果によると、合成されたナノ複合材料は、最適化されたpH 3で高いクロム除去能力を示しました。最適条件では、90%の高い除去効率と305.30 mg/gの優れた吸着容量が得られました。 さらに、この研究では吸着等温線と吸着速度論も研究されました。 結果は、データがフロイントリヒ等温線によく適合しており、吸着プロセスが自発的であり、擬似 2 次モデルに従っていることを示しました。

ここ数年、水質汚染による修復不可能な被害のため、多くの研究者が水質汚染を軽減するためにさまざまなナノ複合材料を使って汚染物を除去し始めています1。 クロム、ヒ素、鉛、ニッケル、水銀、カドミウムなどの有機または無機不純物を含む産業排水または下水は、水質汚染の主な発生源です2。 クロムは主要な重金属であり、皮革なめし、プラスチック、冶金産業、木材防腐剤、電気メッキなどの他の工業プロセスで水域に発生するものとして広く使用されており、これらはすべて産業汚染の例です3、4、5、6。 他の例として、冷却システム、電気めっき産業、なめし産業、塗料顔料などで使用済みのクロムが環境に放出されると、有毒な廃液が増加し、食物連鎖に大きな問題を引き起こします7。 クロムは有毒な金属であり、Cr(VI) と Cr(III) はその 2 つの安定な酸化状態です。 Cr(III) と比較して、Cr(VI) は発がん性と変異原性の特性によりはるかに毒性が高く、可溶性が高く、人間、動物、植物に対する致死性が高くなります8。 Cr(VI) を除去するために、イオン交換、化学的還元、限外濾過、吸着、生物学的処理などの多くの方法が提案されています9。 以前の研究によると、水溶液からクロム (VI) を除去するには、吸着が費用対効果が高く、効率的で、利用しやすいとされています 10。 吸収剤は、バイオ炭ベースの複合材料、吸着剤、ポリマー、活性炭の 4 つのグループに分類できます11、12、13、14、15。 多孔質炭素材料は、その高い安定性と優れた性能により、エネルギー貯蔵や水の浄化に広く使用されています。 カーボンナノファイバー、カーボンナノチューブ、グラフェンなどのさまざまな種類の炭素質材料の中でも、バイオマス由来の活性炭は、その原料の豊富さの環境的および階層的構造、および低コストにより非常に有用である16。 オリーブの種 17、ヤシの殻 18、サトウキビ 19、ピーナツの殻 20、クルミの殻 21、柿の果実 22 などの多数のバイオマスに由来する炭素は、水から汚染を除去するのに優れた性能を発揮します。 バイオ炭ベースの複合材料は、コストが低く、機能性が高く、効率が高く、吸着力が高いと考えられています23。 現在、Cr(VI) 除去研究におけるバイオ炭ベースの材料は、通常、磁気分離および除去効率または再利用性に焦点を当てています。 磁気吸着剤の合成では、通常、金属イオンと有機汚染物質を分離するための磁性材料としてマグネタイト ナノ粒子が使用されます。 この研究では、磁性ナノ粒子の合成と活性炭を使用したその改質を含む 2 段階で Fe3O4/C を調製しました。 本研究では、ブドウの新芽由来の活性炭が、工業技術で生成される最も有毒な重金属の 1 つと考えられ、重大な環境上および経済上の問題を水から除去する Cr(IV) イオンの能力を調査します。 私たちは、水溶液からクロムを除去するための吸着剤として活性炭（Fe3O4/C）ナノコンポジットをグラフトしたFe3O4磁性ナノ粒子を使用し、吸着容量と効率を高めることに焦点を当てました。 さらに、バッチ実験を使用した吸着挙動と関連する物理的および化学的メカニズムについて議論しました。 吸着に影響を与えるさまざまなパラメーターの影響を調査することに加えて、Fe3O4/C 複合材料の吸着効率とリサイクル可能性に対する電場の影響も評価されました。 調製方法と相乗的相互作用は、ナノ粒子/多孔質材料システムの一般化された戦略となる可能性があります。 吸着性能の向上は、環境保護や持続可能な資源に応用できる可能性があります。