新しい酸化グラフェン修飾 UiO を使用した水性環境からのヒ素の吸着と除去の系統的研究

Aug 03, 2023

Scientific Reports volume 12、記事番号: 15802 (2022) この記事を引用

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メトリクスの詳細

この研究では、ソルボサーマル手順によって調製された水安定性 UiO-66-NDC/GO を使用して、水性媒体から As(V) を除去する方法を調査します。 合成された材料は、ラマン分光法、紫外可視、粉末 X 線回折 (XRD)、透過型電子顕微鏡 (TEM)、フーリエ変換赤外分光法 (ATR-FTIR)、走査型電子顕微鏡 (SEM)、およびブルナウアー・エメットによって分析されました。 –Teller (BET) は、水溶液からの As(V) イオンの吸着のための超吸着剤としての応用性を支持しています。 最適な吸着条件を認識するために、As(V) の吸着に対する初期イオン濃度、温度、吸着剤の用量、pH などのさまざまなパラメーターの影響が研究されました。 ラングミュア等温線を使用してこの研究で得られた qmax は、室温で 147.06 mg/g でした。 熱力学パラメータΔH°、ΔG°、ΔS°も計算され、ΔG°の負の値はAs(V)吸着プロセスが発熱的かつ自発的に起こったことを表します。 一方、理論的な密度関数シミュレーションの結果は、これらの実験結果を裏付けるために組み込まれています。 酸化グラフェンと UiO-66 NDC ナノ複合システムの動的性質は、非局在化した表面状態により吸着研究に優れていることが観察されています。 UiO-66-NDC/GO は、再生剤として 0.01 M HCl を使用した最大 4 回の再生パフォーマンスで高い再利用性も示しました。

地下水汚染は現在、世界中で大きな環境問題となっており、多くの場合、さまざまな廃水汚染物質の存在によって引き起こされます1、2。 ヒ素 (As) は、世界の危険化学物質トップ 20 の 1 つであり、さまざまな無機および有機の形態で存在します。 化石燃料の燃焼、鉱業、殺虫剤はすべて、人為的および自然による As 汚染源の例です 3。 世界保健機関 (WHO) と米国環境保護庁 (EPA) はどちらも、飲料水の閾値を 10 ppb とすることを推奨しています4。 無機形態のヒ素（ヒ酸塩および亜ヒ酸塩）は、有機形態のヒ素よりも毒性が高く、地下水および土壌中に天然に存在します5。 無機形態のヒ素は世界中で 2 億人以上の人口に影響を与えており、その長期曝露は重篤な病気、神経系の機能不全、皮膚がん、肺がん、腎不全、肝疾患、膀胱がん、心血管疾患や末梢疾患を引き起こします6。 1990 年代にバングラデシュで発生した As による大規模な地下水中毒は、世界最大の中毒事件でした7。 1億人近いインド人の健康がAs8による地下水汚染によって脅かされている。 その結果、ヒ素汚染は深刻な問題となっており、効果的な浄化技術の開発が必要となっています。

水からのヒ素除去については、吸着、バイオレメディエーション、凝固凝集、イオン交換、電気化学、沈降、沈殿、膜濾過、逆浸透、通常の濾過、石灰軟化などのさまざまな処理技術が記録されています9。 上記の方法のうち、吸着プロセスは、プロセス設計の柔軟性、費用対効果、および操作の簡単さのため、ヒ素の除去に関して最も多く報告されています。 現在までに、活性炭、酸化チタン、活性アルミナ、酸化ジルコニウム、酸化鉄、Fe(III)添加樹脂、酸化鉄、金属酸化物、農業用バイオマス、針鉄鉱、ゼロ価鉄、メソポーラスアルミナなど、さまざまな吸着剤が研究者によって開発されてきました。 、汚染された水域から As を除去するためのさまざまな金属ベースのナノ複合材料 10、11、12。 これらの材料はすべて効率的ですが、運用コストが高く、吸着能力が低く、消費時間が長いため、大規模な応用は制限されています。 したがって、水からのヒ素汚染除去のための、吸着能力が向上した新規で効率的な吸着剤を合成することが継続的に求められている。