헥사데실을 이용한 수용액에서 산성 레드 18 염료의 흡착 제거

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 13833(2023) 이 기사 인용

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처리되지 않은 염료 함유 폐수를 배출하면 환경 오염이 발생합니다. 본 연구에서는 AR18 제거를 위한 신규 흡착제인 HDTMA.Cl 변형 나노부석(HMNP)을 활용하여 AR18(Acid Red 18)의 제거 효율 및 흡착 메커니즘을 조사하였다. HDTMA.Cl은 XRD, XRF, FESEM, TEM, BET 및 FTIR 분석을 특징으로 합니다. pH, 접촉 시간, 염료의 초기 농도 및 흡착제 용량은 흡착 과정에 미치는 영향을 조사하기 위한 네 가지 매개변수였습니다. 반응 표면 방법론 중심 복합 설계를 사용하여 연구를 모델링하고 개선하여 비용과 실험 횟수를 줄였습니다. 연구 결과에 따르면 이상적인 조건(pH = 4.5, 흡착제 투여량 = 2.375g/l, AR18 농도 = 25mg/l, 접촉 시간 = 70분)에서 최대 제거 효과는 99%였습니다. Langmuir(R2 = 0.996) 및 유사 2차(R2 = 0.999) 모델은 각각 흡착 등온선과 동역학을 따릅니다. HMNP의 성질은 자발적인 것으로 밝혀졌으며, 열역학적 조사를 통해 AR18 흡착 과정은 흡열성임을 밝혀냈습니다. 이상적인 조건에서 5회 사이클 동안 흡착제의 흡착 용량을 추적함으로써 HMNP의 재사용성을 조사한 결과, 5회 연속 재활용 후 HMNP의 흡착 효율이 99%에서 85%로 감소한 것으로 나타났습니다.

오늘날의 멈출 수 없는 산업 성장은 그들이 사용하는 화합물로 인해 필연적으로 다양한 환경 문제로 이어질 것입니다1,2,3,4,5,6. 합성 염료는 가장 중요한 산업 물질 중 하나인 이러한 화합물 중 하나입니다6,7. 아조 염료는 합성 염료의 1차 분류(60~70%)로 간주되며 섬유, 식품, 고무, 플라스틱, 종이 및 화장품을 포함한 다양한 산업에서 광범위하게 사용됩니다. 아조 염료는 합성 염료의 1차 분류로 간주됩니다. 염료(60~70%)이며 섬유, 식품, 고무, 플라스틱, 종이 및 화장품을 포함한 다양한 산업에서 광범위하게 사용됩니다7,8,9. 이 염료는 아조기(-N=N-)8로 구성되어 있으며 가격이 저렴하고 안정성이 높으며 가용성이 뛰어납니다9. 염료를 함유한 폐수를 처리하지 않고 방류하면 환경오염이 발생하고, 햇빛 침투를 막아 광합성을 방해하게 됩니다10. 물에 염료가 있으면 여러 가지 생물학적 과정이 쉽게 중단될 수 있습니다11. 이러한 염료를 섭취하면 심혈관 쇼크, 암, 돌연변이 유발, 기형 발생, 구토, 위장 불편, 설사 등이 발생한다는 점을 강조하는 것이 중요합니다12.

이러한 사실로부터 염료 함유 폐수 처리가 주요 과제임이 분명해졌습니다. 많은 연구자들이 막 여과, 고급 산화 기술, 이온 교환, 화학적 침전, 응고 및 부유선광과 같은 유색 폐수를 처리하기 위한 여러 가지 물리적, 화학적, 생물학적 방법을 조사했습니다13,14. 그러나 이러한 절차 중 상당수는 색상을 충분히 제거하지 못하기 때문에 신뢰할 수 없습니다. 높은 투자 비용, 선택성 부족, 재생의 어려움으로 인해 염료 제거에 효과적이지 않습니다14,15.

흡착은 사용의 단순성, 고효율 및 낮은 에너지 요구 기술로 인해 다른 방법에 비해 효과적인 기술임이 입증되었습니다. 연구자들은 최근 경석을 물과 폐수 정화 절차에서 비용 효율적인 흡착제로 평가했습니다17,18. 부석은 화산의 가볍고 다공성이며 독성이 없는 돌입니다. 구조 내부의 열린 채널은 이온과 물이 결정 격자에 들어오고 나가는 것을 허용합니다. 이는 분말 형태 및 부석 형태의 귀중한 수련, 문지르기 및 연마 재료입니다21. 흡착 용량을 향상시키기 위해 흡착제를 변형하기 위해 다양한 제제가 사용되었습니다. 다양한 경석 변형이 이전 연구에서 테스트되었습니다. 경석 변형은 물에서 인산염 이온을 효과적으로 제거합니다. 철 코팅 부석은 물에서 NOM을 제거하는 유망한 흡착제였습니다. 불소를 제거하기 위해 흡착제의 비표면적을 증가시키기 위해 천연 부석의 표면을 개질하기 위해 염화마그네슘과 과산화수소를 사용했습니다24. 산에 의한 경석 변형은 물에서 부식산 제거에 있어 흡착제 효율을 증가시켰습니다25.

4.2. The existence of more surface positive charges on the adsorbent at lower pHs and negative charges on the dye molecules, and the resultant electrostatic sorption between them, can be used to explain why AR18 removal is higher at acidic pHs37. The calculated pHZPC value for HMNP was 5.6. It implies that the sorbent's surface is positively charged when the pH of the solution is lower than pHZPC, and adsorbent surfaces become negatively charged at pH levels above pHZPC value, which causes dye ions to repel one another and reduce AR18 adsorption. Whereas at pH = 5.6, surface charges are zero38. As seen from Fig. 9a,c, increasing the adsorbent dosage increased the effectiveness of dye removal. On the other hand, adding more HMNP (0.5–3 g/l) increased the adsorption efficiency. It is most likely because more sites for dye adsorption can be provided with higher dosages. This outcome is consistent with earlier research39./p> N 0.05) were dismissed for the Development of the regression model equation:/p> 1 demonstrates cooperative adsorption, while 1/nF < 1 implies a normal Langmuir adsorption47. The result of experimental data from the Freundlich model showed 1/nF > 1 (0.159), which reveals that the adsorption process of AR18 removal follows a normal L-type Langmuir adsorption. Besides, the coefficient 1/n (generally 0–1) indicates the favourable adsorption of the adsorbate to adsorbent42. Temkin isotherm model considers the effects of indirect adsorbent–adsorbate interaction on adsorption isotherms and heat of adsorption42. BT = (RT)/bT, T is the absolute temperature (Kelvin), R is the universal gas constant (8.314 J/mol K), b is the heat of adsorption constant, and AT (L/g) is the binding constant46./p> 1 unfavorable, RL = 1 linear, RL = 0 irreversible./p>