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Jul 04, 2023

미세사면/MWCNT 나노복합체에 대한 타르트라진 흡착과 재생 가능성에 대한 열역학, 동역학 및 등온 연구

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 9872(2023) 이 기사 인용 333 액세스 1 Altmetric Metrics 세부 정보 저렴하고 효과적이며 친환경적인 폐수 처리 기술 탐구

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 9872(2023) 이 기사 인용

333 액세스

1 알트메트릭

측정항목 세부정보

2차 독성 부산물이 없는 저렴하고 효과적이며 친환경적인 폐수 처리 기술을 추구하려면 오염된 수원의 오염을 제거하고 재활용할 수 있는 강력한 성능을 갖춘 자연 친화적인 흡착제의 제조가 필요합니다. 이를 위해 우리는 마이크로클라인(KMC)과 다중벽 탄소나노튜브(MWCNT)로부터 새로운 나노복합체(KMCM)의 제조를 보고합니다. 흡착제(KMC 및 KMCM)는 XRD, BET, SEM, TGA 및 FTIR을 사용하여 특성화되었습니다. 새롭고 저렴한 나노 흡착제는 폐수에서 타르트라진(Tatz)을 제거하기 위해 설계되었습니다. KMC 및 KMCM에 대한 Tatz의 흡착은 흡착제 용량, 초기 Tatz 농도, 접촉 시간 및 용액 pH에 의해 영향을 받았습니다. 평형 연구에서 얻은 실험 데이터는 Langmuir 등온선 모델에 의해 잘 다루어졌습니다. KMC와 KMCM의 최대 흡수 용량은 37.96 mg g−1 및 67.17 mg g−1로 추정되었습니다. KMC 및 KMCM에 대한 Tatz의 흡착 동역학은 유사 2차 및 Elovich 모델에 의해 가장 잘 표현되었습니다. 열역학적 매개변수는 Tatz의 KMC 및 KMCM 흡수가 흡열(ΔH: KMC = 35.0 kJ mol−1 및 KMCM = 42.91 kJ mol−1), 엔트로피 구동(ΔS: KMC = 177.6 JK−1 mol−)인 것으로 나타났습니다. 1 및 KMCM = 214.2 JK−1 mol−1) 및 자발적 과정. 한편, KMCM은 다른 흡착제에 비해 우수한 재사용 가능성과 우수한 흡착 효율을 보여주었습니다.

증가하는 세계 인구, 현대 제조업의 기하급수적인 성장, 산업 기술의 발전은 수질 오염을 일으키는 주요 요인입니다1. 많은 무기 및 유기 독성 물질이 염료를 비롯한 수생 생태계의 물리화학적 특성에 부정적인 영향을 미치는 것으로 보고되었습니다2. 무기 오염물질 중에는 염료가 있습니다. 염료는 색상에 영향을 주기 위해 여러 산업에서 사용되는 유기 화합물이며 음이온성, 양이온성 및 비이온성으로 분류됩니다. 한편, 제약, 제지, 페인트, 섬유, 식품 등의 산업은 염료의 주요 소비자로 알려져 있습니다3. 타르트라진은 술폰산, 아조(N=N) 및 카르복실산 작용기로 구성된 음이온성 황색 염료이며 달콤한 아이스크림, 음료, 젤라틴, 칩, 츄잉껌, 빵, 요구르트 및 의약품과 같은 소비재의 첨가제로 자주 사용됩니다4 .

보고서에 따르면 타르트라진의 유용한 이점 외에도 타르트라진은 과민증, 알레르기, 피부 습진, 천식, 돌연변이, 암 및 면역억제 효과를 유발할 가능성이 있는 것으로 나타났습니다5. 수생태계에서 수질 오염물질을 격리하기 위해 다양한 유형의 물리화학적/생물학적 방법이 사용되었습니다. 이러한 처리 기술 중 일부에는 전기화학적 기술6, 생물학적 처리7, 추출8, 이온 교환9, 여과10, 광분해11,12,13,14, 화학적 침전15, 막 생물반응기16 및 역삼투17가 포함됩니다. 반면, 오염물질 제거를 위한 이러한 방법의 적용은 제한적이며 이는 독성 2차 오염물질의 생성 가능성, 낮은 오염물질 농도에서의 운영 비용 상승 및 비효율성 때문입니다18,19. 따라서 앞서 언급한 과제의 부정적인 영향을 고려하여 환경 친화적이고 비용 효과적인 정수 기술을 설계하는 것이 필요합니다.

흡착은 낮은 운영 비용, 우수한 선택성 및 작업 용이성으로 낮은 농도에서도 염료 제거에 효율적인 것으로 보고되었습니다. 염료 격리를 위해 무기 및 유기 기원의 흡착제를 사용하여 광범위한 연구가 수행되었습니다. 이러한 흡착제 중에는 다음이 포함됩니다. 셀룰로오스21, 바이오가스 폐기물22,23, 몬모릴로나이트24, 폐기물 껍질25, 에어로겔26,27, 나노복합체28,29, Zn/Al-LDH30, 바나나 속31, 코코넛 중과피32, 이탄33 산화 그래핀34, 키틴35, 산화철 나노입자36, 키토산37, 실리카38, 황마 스틱 분말39, 땅콩 껍질40, 폴리피롤/SrFe12O19/그래핀41, 황마 가공 폐기물42, 활성탄43,44,45, 대두박 껍질46, 석영 폐기물47, 왕겨48, 옥수수 줄기49 Fe/비석50, 헤이즐넛 껍질51, 씨앗52, 껍질53, 스코틀랜드 소나무54, 카올리나이트 점토55 및 잎56 . 그러나 앞서 언급한 흡착제 중 일부는 필터링이 불량하고, 고온에서 비효율적이며, 재생 비용이 많이 들고, 선택성이 제한되는 등 어느 정도 단점이 있는 것으로 밝혀졌습니다. 따라서 폐수에서 Tatz를 제거하기 위해서는 탁월한 품질의 흡착제를 설계하는 것이 중요합니다. 미세사정(KAlSi3O8)은 칼륨, 알루미늄 및 규산염으로 구성되어 있으며 일반적으로 칼륨 장석으로 알려져 있으며 삼사정계에서 결정화됩니다57. 이 광물은 화성암, 퇴적암 또는 변성암으로 얻을 수 있습니다. 광물로서 미세사면은 어디에나 존재하며 수질 정화 작업을 위한 흡착제로 변형될 수 있습니다. 반면에, 탄소나노튜브는 뛰어난 물리적, 화학적 특성을 보여 주었고, 이러한 특성으로 인해 다양한 분야에서 CNT가 성공적으로 적용되었습니다58,59. 한편, CNT는 수성상60,61에서 유기 및 무기 오염물질을 모두 격리하는 탁월한 능력을 입증했습니다.