Новости

May 24, 2024

Получение нанокомпозита Fe3O4/виноградных побегов, полученного из активированного угля, для улучшенного удаления Cr(VI) из водных растворов.

Scientific Reports Volume 13, Номер статьи: 3960 (2023) Цитировать эту статью 775 Доступы Показатели Подробности В этом исследовании нанокомпозит Fe3O4/активированный уголь был успешно синтезирован для удаления

Научные отчеты, том 13, Номер статьи: 3960 (2023) Цитировать эту статью

775 Доступов

Подробности о метриках

В данном исследовании был успешно синтезирован нанокомпозит Fe3O4/активированный уголь для удаления хрома из водных растворов. Наночастицы Fe3O4 были декорированы на активированном угле, полученном из побегов виноградной лозы, методом соосаждения. С помощью атомно-абсорбционного спектрометра оценивали удаление ионов хрома приготовленным адсорбентом. Чтобы найти оптимальные условия, было исследовано влияние различных параметров, таких как доза адсорбента, pH, время контакта, возможность повторного использования, электрическое поле и начальная концентрация хрома. По результатам синтезированный нанокомпозит показал высокую способность к удалению хрома при оптимизированном pH 3. В оптимальных условиях была получена высокая эффективность удаления 90% и отличная адсорбционная способность 305,30 мг/г. Кроме того, в работе были изучены изотермы и кинетика адсорбции. Результаты показали, что данные хорошо согласуются с изотермой Фрейндлиха, а процесс адсорбции является спонтанным и соответствует модели псевдовторого порядка.

За последние несколько лет из-за непоправимого ущерба, причиненного загрязнением воды, многие исследователи для снижения загрязнения воды начали удалять загрязнения с помощью различных нанокомпозитов1. Основными источниками загрязнения воды2 являются промышленные сточные воды или сточные воды, которые содержат органические или неорганические примеси, такие как хром, мышьяк, свинец, никель, ртуть, кадмий и т. д.2. Хром является первичным тяжелым металлом, широко используемым в водоемах в результате других промышленных процессов, таких как дубление кожи, производство пластмасс, металлургия, консервирование древесины и гальваника, которые являются примерами промышленного загрязнения3,4,5,6. В качестве других примеров можно привести выбросы использованного хрома в системах охлаждения, гальванической промышленности, кожевенной промышленности и красочных пигментах в окружающую среду, что приводит к увеличению токсичных стоков, которые создают серьезную проблему в пищевой цепочке7. Хром — токсичный металл, а Cr(VI) и Cr(III) — две его устойчивые степени окисления. По сравнению с Cr(III), Cr(VI) гораздо более токсичен из-за своих канцерогенных и мутагенных свойств, более растворим и более смертелен для человека, животных и растений8. Для удаления Cr(VI) предложено множество способов, таких как ионный обмен, химическое восстановление, ультрафильтрация, адсорбция и биологическая очистка9. Согласно предыдущим исследованиям, адсорбция является экономически выгодной, эффективной и доступной для удаления хрома (VI) из водного раствора10. Абсорбенты можно разделить на четыре группы: композиционные материалы на основе биоугля, адсорбенты, полимеры и активированный уголь11,12,13,14,15. Благодаря своей высокой стабильности и выдающимся характеристикам пористые углеродные материалы широко используются для хранения энергии и очистки воды. Среди различных типов углеродсодержащих материалов, таких как углеродные нановолокна, углеродные нанотрубки и графен, активированный уголь, полученный из биомассы, невероятно полезен благодаря своей экологической и иерархической структуре содержания сырья, а также низкой стоимости16. Углерод, полученный из многочисленных биомасс, таких как косточки оливок17, скорлупа пальм18, сахарный тростник19, скорлупа арахиса20, скорлупа грецких орехов21 и плоды хурмы22, превосходно удаляют загрязнения из воды. Композиционные материалы на основе биоугля считаются более дешевыми, более функциональными, более эффективными и обладают большей потенциальной адсорбцией23. В настоящее время исследования по удалению Cr(VI) из материалов на основе биоугля обычно сосредоточены на магнитной сепарации и эффективности удаления или возможности повторного использования. При синтезе магнитных адсорбентов наночастицы магнетита обычно используются в качестве магнитного материала для разделения ионов металлов и органических загрязнителей. В данной работе Fe3O4/C получали в два этапа, включая синтез магнитных наночастиц и их модификацию активированным углем. В настоящей работе исследована способность активированного угля, полученного из побегов виноградной лозы, удалять из воды ионы Cr(IV), считающиеся одним из наиболее токсичных тяжелых металлов, образующихся в промышленных технологиях и вызывающих значительные экологические и экономические проблемы. Мы сосредоточились на повышении адсорбционной способности и эффективности использования магнитных наночастиц Fe3O4, привитых нанокомпозиту с активированным углем (Fe3O4/C), в качестве адсорбента для удаления хрома из водного раствора. Более того, мы обсудили поведение адсорбции с использованием периодических экспериментов и связанных с ними физических и химических механизмов. Помимо исследования влияния различных параметров на адсорбцию, также оценивалось влияние электрического поля на эффективность адсорбции и перерабатываемость композита Fe3O4/C. Метод получения и синергетические взаимодействия могут стать обобщенной стратегией для системы наночастицы/пористые материалы. Улучшенные характеристики адсорбции могут применяться для защиты окружающей среды и устойчивых ресурсов.