Блог

Jul 04, 2023

Термодинамика, кинетика и изотермические исследования адсорбции тартразина на нанокомпозите микроклин/МУНТ и возможности регенерации

Scientific Reports, том 13, номер статьи: 9872 (2023) Цитировать эту статью 333 Доступ 1 Подробности Altmetric Metrics Поиск дешевого, эффективного и экологически чистого метода очистки сточных вод

Научные отчеты, том 13, Номер статьи: 9872 (2023) Цитировать эту статью

333 доступа

1 Альтметрика

Подробности о метриках

Поиск дешевого, эффективного и экологически чистого метода очистки сточных вод, свободного от вторичных токсичных побочных продуктов, требует создания экологически чистого адсорбента с надежной способностью обеззараживать загрязненные источники воды и перерабатывать его. С этой целью мы сообщаем о создании нового нанокомпозита (КМКМ) из микроклина (КМК) и многостенных углеродных нанотрубок (МУНТ). Адсорбенты (KMC и KMCM) были охарактеризованы с помощью XRD, BET, SEM, TGA и FTIR. Новый недорогой наносорбент был разработан для очистки сточных вод от тартразина (Татц). На адсорбцию Tatz на KMC и KMCM влияли доза адсорбента, начальная концентрация Tatz, время контакта и pH раствора. Экспериментальные данные, полученные в результате исследований равновесия, хорошо учитывались моделью изотермы Ленгмюра. Максимальная поглощающая способность 37,96 мг/г и 67,17 мг/г была оценена для КМК и КМКМ. Кинетика адсорбции Tatz на КМК и КМКМ лучше всего выражается моделями псевдовторого порядка и Эловича. Термодинамические параметры показали, что поглощение Tatz KMC и KMCM было эндотермическим (ΔH: KMC = 35,0 кДж моль-1 и KMCM = 42,91 кДж моль-1), обусловленным энтропией (ΔS: KMC = 177,6 ДжК-1 моль-1). 1 и КМКМ = 214,2 ДжК-1 моль-1) и самопроизвольный процесс. Между тем, KMCM продемонстрировал хороший потенциал повторного использования и превосходную эффективность адсорбции по сравнению с другими адсорбентами.

Рост населения мира, экспоненциальный рост современной обрабатывающей промышленности и достижения промышленных технологий являются кардинальными факторами, способствующими загрязнению воды1. Сообщается, что многие неорганические и органические токсичные материалы отрицательно влияют на физико-химические свойства водных экосистем, в том числе красители2. К неорганическим загрязнителям относятся красители. Красители — это органические соединения, используемые в нескольких отраслях промышленности для воздействия на цвет, и они подразделяются на анионные, катионные и неионные. Между тем, такие отрасли, как фармацевтическая, бумажная, лакокрасочная, текстильная и пищевая, известны как основные потребители красителей3. Тартразин представляет собой анионный желтый краситель, состоящий из сульфоновых, азо(N=N) и карбоксильных функциональных групп, который часто используется в качестве добавки в таких расходных материалах, как сладкое мороженое, напитки, желатин, чипсы, жевательная резинка, хлеб, йогурт и фармацевтические препараты4. .

Помимо полезных преимуществ тартразина, отчеты показали, что тартразин потенциально может вызывать гиперчувствительность, аллергию, экзему кожи, астму, мутации, рак и иммунодепрессивные эффекты5. В целях удаления загрязнителей воды из водной экосистемы использовались различные типы физико-химических/биологических методов. Некоторые из этих методов очистки включают электрохимические методы6, биологическую обработку7, экстракцию8, ионный обмен9, фильтрацию10, фотодеградацию11,12,13,14, химическое осаждение15, мембранный биореактор16 и обратный осмос17. С другой стороны, применение этих методов удаления загрязняющих веществ ограничено, что связано с возможным образованием токсичных вторичных загрязняющих веществ, повышенными эксплуатационными расходами и неэффективностью при низкой концентрации загрязняющих веществ18,19. Поэтому, учитывая неблагоприятные последствия вышеупомянутых проблем, необходимо разработать экологически чистый и экономически эффективный метод очистки воды.

Сообщается, что адсорбция эффективна для удаления красителей даже при низких концентрациях, имеет низкие эксплуатационные расходы, превосходную селективность и простоту эксплуатации20. Проведены обширные исследования использования адсорбентов как неорганического, так и органического происхождения для связывания красителей. К числу таких адсорбентов относятся; целлюлоза21, отходы биогаза22,23, монтмориллонит24, шелуха25, аэрогели26,27, нанокомпозит28,29, Zn/Al-LDH30, банановая сердцевина31, мезокарпий кокоса32, торф33 оксид графена34, хитин35, наночастицы оксида железа36, хитозан37, кремнезем38, порошок джутовой палочки39, шелуха арахиса40, полипиррол/SrFe12O19/графен41, отходы переработки джута42, активированный уголь43,44,45, шелуха соевого шрота46, кварцевые отходы47, рисовая шелуха48, стебли кукурузы49 Fe/цеолит50, скорлупа фундука51, семена52, шелуха53, сосна обыкновенная54, каолинитовая глина55 и листья56 . Однако было обнаружено, что некоторые из ранее упомянутых адсорбентов обладают некоторыми недостатками, такими как плохая фильтрация, неэффективность при высоких температурах, высокая стоимость регенерации и ограниченная селективность. Следовательно, важно разработать адсорбент исключительного качества для удаления таца из сточных вод. Микроклин (KAlSi3O8) состоит из калия, алюминия и силиката, он широко известен как калиевый полевой шпат и кристаллизуется в триклинной системе57. Этот минерал можно получить в виде магматической, осадочной или метаморфической породы. Как минерал микроклин распространен повсеместно и может быть модифицирован в качестве адсорбента для очистки воды. С другой стороны, углеродные нанотрубки продемонстрировали исключительные физические и химические свойства, и эти характеристики привели к успешному применению УНТ в различных областях58,59. Между тем, УНТ продемонстрировали превосходную способность изолировать как органические, так и неорганические загрязнители из водной фазы60,61.