ヘキサデシルを使用した水溶液からのアシッドレッド 18 色素の吸着除去

Scientific Reports volume 13、記事番号: 13833 (2023) この記事を引用

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メトリクスの詳細

染料を含む廃水を未処理で排出すると環境汚染を引き起こします。 本研究では、AR18除去用の新規吸着剤であるヘキサデシルトリメチルアンモニウムクロリド(HDTMA.Cl)修飾ナノ軽石(HMNP)を利用して、アシッドレッド18(AR18)の除去効率と吸着機構を調査した。 HDTMA.Cl は、XRD、XRF、FESEM、TEM、BET、および FTIR 分析によって特性評価されます。 pH、接触時間、染料の初期濃度、および吸着剤の用量は、吸着プロセスへの影響を調査するための 4 つの異なるパラメーターでした。 応答曲面法 - 中心複合設計を使用して研究をモデル化および改善し、費用と実験数を削減しました。 調査結果によると、理想的な条件 (pH = 4.5、吸着剤投与量 = 2.375 g/l、AR18 濃度 = 25 mg/l、接触時間 = 70 分) では、最大除去効果は 99% でした。 ラングミュア (R2 = 0.996) モデルと擬似 2 次 (R2 = 0.999) モデルは、それぞれ吸着等温線と速度論に従いました。 HMNP の性質は自発的であることが発見され、熱力学的研究により AR18 の吸着プロセスが吸熱的であることが明らかになりました。 理想的な条件下で 5 サイクルの吸着剤の吸着能力を追跡することにより、HMNP の再利用可能性が検査されました。その結果、5 回連続のリサイクル後に HMNP の吸着効率が 99% から 85% に低下することがわかりました。

今日の止まらない産業の成長は、使用する化合物に起因してさまざまな環境問題を必然的に引き起こす1、2、3、4、5、6。 合成染料はこれらの化合物の 1 つであり、最も重要な工業物質の 1 つです6,7。 アゾ染料は合成染料の主要な部類 (60 ～ 70%) とみなされており、繊維、食品、ゴム、プラスチック、紙、化粧品などのさまざまな業界で広く使用されています。 アゾ染料は合成染料の主要な部類とみなされています。染料（60 ～ 70%）であり、繊維、食品、ゴム、プラスチック、紙、化粧品などのさまざまな業界で広く使用されています7、8、9。 これらの染料はアゾ基 (–N=N–) によって形成され 8、低コストで、安定性が高く、可溶性が高い 9。 染料を含む廃水を未処理で排出すると環境汚染が生じ、太陽光の透過が妨げられて光合成障害が引き起こされます10。 いくつかの生物学的プロセスは、水中に染料が存在することで簡単に停止できます11。 これらの色素を摂取すると、心血管ショック、癌、突然変異誘発、催奇形性、嘔吐、胃腸の不快感、下痢などを引き起こすことを強調することが重要です12。

この事実から、染料を含む廃水処理が大きな課題であることがわかります。 多くの研究者は、膜濾過、高度な酸化技術、イオン交換、化学沈殿、凝集、浮選など、着色廃水を処理するためのいくつかの物理的、化学的、生物学的方法を研究してきました13,14。 しかし、これらの手順の多くは色を十分に除去できないため、信頼性が低くなります。 これらは、投資コストが高く、選択性が欠如し、再生が難しいため、色素の除去には効果的ではありません 14,15。

吸着は、使用が簡単で、効率が高く、必要なエネルギーが少ない技術であるため、他の方法と比較して効果的な技術であることが証明されています16、17。 研究者らは最近、軽石を水および廃水の浄化手順における費用対効果の高い吸着剤として評価しました17,18。 軽石は火山性の、軽く、多孔質で、毒性のない石です19。 その構造内の開いたチャネルにより、イオンと水が結晶格子に出入りできます20。 粉末状および軽石としては、貴重な精練、こすり洗い、および研磨材として使用されます21。 吸着剤を改質して吸着能力を向上させるために、さまざまな薬剤が使用されてきました。 以前の研究では、さまざまな軽石の改良がテストされました。 軽石の改質により、水からリン酸イオンが効果的に除去されます22。 鉄でコーティングされた軽石は、水から NOM を除去する際に有望な吸着剤でした 23。 塩化マグネシウムと過酸化水素を使用して天然軽石の表面を改質し、吸着剤の比表面積を増やしてフッ化物を除去しました24。 酸による軽石の修飾は、水からフミン酸を除去する際の吸着効率を高めました25。