Систематическое исследование адсорбции и удаления мышьяка из водных сред с использованием нового UiO, функционализированного оксидом графена.

Aug 03, 2023

Том 12 научных докладов, Номер статьи: 15802 (2022) Цитировать эту статью

2411 Доступов

7 цитат

1 Альтметрика

Подробности о метриках

В данной работе исследуется удаление As(V) из водных сред с использованием водостойкого UiO-66-NDC/GO, полученного сольвотермическим методом. Синтезированный материал анализировали методами рамановской спектроскопии, УФ-видимой области спектра, порошковой рентгеновской дифракции (XRD), просвечивающей электронной микроскопии (TEM), инфракрасной спектроскопии с преобразованием Фурье (ATR-FTIR), сканирующей электронной микроскопии (SEM) и метода Брунауэра-Эммета. –Teller (BET) подтверждают его применимость в качестве суперадсорбента для адсорбции ионов As(V) из водных растворов. С целью определения оптимальных условий адсорбции изучено влияние различных параметров, включая начальную концентрацию ионов, температуру, дозу адсорбента и pH, на адсорбцию As(V). Qmax, полученный для этого исследования с использованием изотерм Ленгмюра, оказался равным 147,06 мг/г при комнатной температуре. Также были рассчитаны термодинамические параметры ΔH°, ΔG° и ΔS°, отрицательные значения ΔG° свидетельствуют о том, что процесс адсорбции As(V) протекает экзотермически и самопроизвольно. Между тем, результаты теоретического моделирования функционала плотности используются для подтверждения этих экспериментальных результатов. Замечено, что динамическая природа оксида графена и нанокомпозитной системы UiO-66 NDC становится превосходной для исследований адсорбции из-за делокализованных поверхностных состояний. UiO-66-NDC/GO также показал высокую возможность повторного использования для четырехкратной регенерации с использованием 0,01 М HCl в качестве регенеранта.

Загрязнение подземных вод в настоящее время является серьезной экологической проблемой во всем мире и часто вызвано наличием различных загрязнителей сточных вод1,2. Мышьяк (As) входит в число 20 наиболее опасных химических веществ в мире и встречается в различных неорганических и органических формах. Сжигание ископаемого топлива, горнодобывающая промышленность и использование инсектицидов — все это примеры антропогенных и природных источников загрязнения мышьяком3. Всемирная организация здравоохранения (ВОЗ) и Агентство по охране окружающей среды США (EPA) рекомендовали пороговое значение для питьевой воды в 10 частей на миллиард4. Мышьяк в неорганических формах (арсенат и арсенит) более токсичен, чем мышьяк в органических формах, и в природе встречается в грунтовых водах и почве5. Мышьяк в неорганических формах поражает более 200 миллионов человек во всем мире, а его длительное воздействие вызывает серьезные заболевания, дисфункцию нервной системы, рак кожи, рак легких, почечную недостаточность, заболевания печени, рак мочевого пузыря, сердечно-сосудистые и периферические заболевания6. Масштабное отравление подземных вод As в Бангладеш в 1990-х годах стало крупнейшим в мире случаем отравления7. Здоровью почти 100 миллионов индийцев угрожает загрязнение подземных вод As8. В результате загрязнение мышьяком представляет собой серьезную проблему, требующую разработки эффективных технологий очистки.

Были документированы различные методы очистки воды от мышьяка, включая адсорбцию, биоремедиацию, коагуляцию-флокуляцию, ионный обмен, электрохимию, седиментацию, осаждение, мембранную фильтрацию, обратный осмос, нормальную фильтрацию и известковое умягчение9. Из вышеупомянутых методов процесс адсорбции наиболее известен в отношении уничтожения мышьяка из-за его гибкости в разработке процесса, экономической эффективности и простоты эксплуатации. На сегодняшний день исследователями разработаны различные адсорбенты, в том числе активированный уголь, оксид титана, активированный оксид алюминия, оксид циркония, оксид железа, смолы, насыщенные Fe (III), оксид железа, оксиды металлов, сельскохозяйственная биомасса, гетит, нульвалентное железо, мезопористый оксид алюминия. , различные нанокомпозиты на основе металлов для удаления As из загрязненных водных объектов10,11,12. Все эти материалы эффективны, а их применение в больших масштабах ограничено из-за высоких эксплуатационных затрат, низкого адсорбционного потенциала и длительного времени потребления. Поэтому существует постоянная потребность в синтезе новых и эффективных адсорбентов с улучшенной адсорбционной способностью для очистки воды от мышьяка.