小说镧掺杂磁性画眉草秸秆生物炭纳米复合材料和优化使用RSM Defluoridation地下水的功效:一个案例研究Hawassa市的埃塞俄比亚gydF4y2Ba

文摘gydF4y2Ba

问题的严重程度大饮用水中氟离子的浓度仍然是一个中心的健康问题。在目前的研究中,镧掺杂磁性画眉草秸秆生物炭(LDMTSB)开发作为一种新型吸附剂去除地下水中氟离子在东非大裂谷地区,尤其是Hawassa城市,埃塞俄比亚。合成LDMTBC特点是通过红外光谱、XRD、SEM和选择。这分析建议multiadsorption技术如配体交换,降雨雪,静电相互作用可以表现在通过LDMTSB氟离子吸附过程。影响吸附效果的约束,即LDMTSB的剂量,接触时间、pH值的解决方案,和旋转速度,使用响应面方法进行了分析和优化方法。在最佳情况下,LDMTSB用量:3.97 g,接触时间:56.36分钟,旋转速度:591.19 rpm和pH值:3.968演示高功效的LDMTSB除氟容量的98.89%。此外,二次模型(gydF4y2BaRgydF4y2Ba^2gydF4y2Ba= 0.9841)被指定为管理的数学过程。LDMTSB成功在地下水氟离子的去除。这项研究提供了一个宝贵的经济画眉草秸秆的应用解决方案。gydF4y2Ba

1。介绍gydF4y2Ba

饮用水不是一般可用由于污染造成的自然和人力资源gydF4y2Ba1gydF4y2Ba]。水污染的主要原因是行业的快速扩张,挖掘流程,天然气开采和大量的自然存在的矿物质。gydF4y2Ba

离子钙(Ca)、钠(Na),硫酸钾(K)、(gydF4y2Ba ),gydF4y2Ba镁(毫克),氯化(Cl)、氟离子(F)、碳酸盐(有限公司gydF4y2Ba_3gydF4y2Ba)和重碳酸盐(HCOgydF4y2Ba_3gydF4y2Ba)占超过90%的溶解固体在地下水gydF4y2Ba2gydF4y2Ba]。超过70%的地下水从深井包含F水平高于可饮用的限制。F水平在所有温泉水质检测是在饮用上限,最高的价值为57.4 mg / L (gydF4y2Ba3gydF4y2Ba]。这些离子存在在大量的饮用水,因为它会影响人类的健康,动物,水生生物(gydF4y2Ba4gydF4y2Ba,gydF4y2Ba5gydF4y2Ba]。氟化物的浓度超过1.5 g / L是由世界卫生组织指定的污染物,因为他们影响生物的生命。氟化过度消费导致严重的健康问题,如牙氟中毒,它的浓度范围是1.5到4.0 mg / L,氟骨症,它的浓度范围是4.0 - -10.0 mg / L,并逐渐衰弱scourge-skeletal氟中毒,浓度大于10 mg / L。氟化有一个安全水平当其浓度小于1.5 mg / L,这是必要的,以避免蛀牙和焦虑gydF4y2Ba6gydF4y2Ba,gydF4y2Ba7gydF4y2Ba]。现在有超过2亿人患有高水平的饮水氟浓度,这是由于氟化在水(自然中毒gydF4y2Ba8gydF4y2Ba]。地下水含有氟离子丰富在东非裂谷盆地,尤其是Hawassa Zeway Shashamane,阿达玛。研究氟化可接受的治疗过程需要降低饮用水中氟化物的含量(gydF4y2Ba9gydF4y2Ba]。gydF4y2Ba

在物理方法,一些饮用水处理技术开发和实现去除这些污染物氟化物浓度高。动电的凝固,离子交换膜分离过程和吸附技术是广泛使用的方法。每一种都有它的缺点和优点gydF4y2Ba10gydF4y2Ba]。动电的凝固收益率差结果从氟化物去除,这意味着它并不适用的方法。膜无法抵抗高温等严重的情况,反应环境和受污染的饲料。因此,企业家不喜欢他们作为分离机制gydF4y2Ba10gydF4y2Ba,gydF4y2Ba11gydF4y2Ba]。相比之下,吸附被认为是污水处理的首选方法,因为它是一种方法简单,适用于操作和有效的净化废水脱臭效率高,排毒,并且很容易去除废水(有毒有害物质gydF4y2Ba11gydF4y2Ba]。Adsorption-based方法使用微孔材料,是一种非常有前途的技术,通常被认为是最具吸引力的,有效的,和可负担得起的由于其简单的控制,操作和资本投资成本低,和更高的能源效率(gydF4y2Ba12gydF4y2Ba,gydF4y2Ba13gydF4y2Ba]。吸附技术是用来降低饮用水中氟含量调查。gydF4y2Ba

生物炭是准备通过在中等温度的热降解生物质热解过程在氧气存在的情况下gydF4y2Ba14gydF4y2Ba]。生物炭著称的便宜,安全,它有一个丰富的原材料供应商资源用于生产它如市政污泥、牲畜粪便,和农业残留物(gydF4y2Ba15gydF4y2Ba]。它还具有独特的物理化学特性,如大量的孔隙结构、大的比表面积,稳定性和有效性。因此,生物炭是适合用作吸附剂(gydF4y2Ba16gydF4y2Ba]。生物炭可以从不同的木质纤维原料,准备和画眉草秸秆可用于磁生物炭的制备。gydF4y2Ba

画眉草秸秆是一种丰富和土著木质纤维素材料在埃塞俄比亚,这是一个残余废物画眉草的种子被移除后获得。根据Mottaleb Rahut [gydF4y2Ba17gydF4y2Ba),埃塞俄比亚画眉草在全球的重要生产商,目前每年生产大量的画眉草在不同地点,和画眉草占大约24%的所有grain-cultivated土地于2017年在埃塞俄比亚。画眉草秸秆在所有地区免费埃塞俄比亚画眉草的种子被移除后,和画眉草秸秆被认为是一种浪费gydF4y2Ba18gydF4y2Ba]。gydF4y2Ba

根据黄等。gydF4y2Ba19gydF4y2Ba),提高吸附效率,画眉草秸秆生物炭可以掺杂水合金属氧化物,如锆(IV)、洛杉矶(III)、铁(II)、铁(III)、Ce (IV),治疗被广泛调查的目的,因为它可以提供大量的协调网站和有一个特定的氟离子的亲和力。从这些,镧已经很多感兴趣的,因为它是无毒,低成本、良好的化学稳定性、甚至有极高的亲和力氟化物在低浓度(gydF4y2Ba20.gydF4y2Ba]。gydF4y2Ba

到目前为止,没有一项研究对氟化物离子的去除地下水使用画眉草秸秆生物炭磁复合掺杂镧。此外,工艺参数,即吸附剂量、pH值、旋转速度、和吸附时间,影响复合氟化物的去除效率优化使用中央组合响应面方法(RSM-CCD)作为静工具。RSM-based CCD被证明是可靠的静工具来估计和优化各种变量在去除效率gydF4y2Ba21gydF4y2Ba,gydF4y2Ba22gydF4y2Ba]。补充描述了画眉草秸秆生物炭的磁性复合掺杂镧通过x射线衍射(XRD),扫描电子显微镜(SEM),傅里叶变换红外(FTIR)和近似分析被执行。gydF4y2Ba

2。材料和方法gydF4y2Ba

2.1。材料和化学物质gydF4y2Ba

原料Eragrostis微软从Yebu(画眉草秸秆)收集,从Jimma镇10公里,埃塞俄比亚、氟化和高含水量被从Hawassa Jimma城市理工学院材料科学与工程系的治疗并描述应用程序,以及确定最优玷污吸附剂的能力。在目前的研究中,氯化亚铁(FeClgydF4y2Ba_2gydF4y2Ba.4HgydF4y2Ba_2gydF4y2BaO)、六水合氯化铁(FeClgydF4y2Ba_3gydF4y2Bah·6gydF4y2Ba_2gydF4y2BaO),氯化镧(LaClgydF4y2Ba_3gydF4y2Ba)、硝酸钾(先gydF4y2Ba_3gydF4y2Ba)、盐酸(HCl)、氢氧化钠(氢氧化钠),食盐(氯化钠),乙二胺四乙酸(EDTA)和氟化钠(氟化钠)是分析级化学品购买Hi-Media Rankem PLC,埃塞俄比亚的亚的斯亚贝巴。在这项研究中使用蒸馏水。以下工具被用来合成和表征吸附剂:马弗炉,超声发生器,红外光谱(毛皮商传输红外线分光镜)、XRD (x射线衍射)、TGA(热重量分析),押注(Brunauer-Emmett-Teller)和SEM(扫描电子显微镜),以及UV-spectrophotometer AAS(原子吸收分光光度计)测试氟离子的吸附。gydF4y2Ba

2.2。方法gydF4y2Ba

2.2.1。从画眉草秸秆生物炭合成(Eragrostis微软gydF4y2Ba

手选被用来消除污染物如non-Teff稻草、草、沙子、树叶和泥土。画眉草秸秆当时沉浸在一夜之间自来水。第二天,储备画眉草秸秆与蒸馏水清洗三次,是通过反渗透过程产生的。晒干苔麸吸管的大小减少使用一把刀和其他破碎工具,并分析了网格大小分析,以及1毫米和2毫米之间的大小,其次是浸渍和稀释1% (v / v)氢氧化钠去除矿物质和其他杂质的样品。然后,在缺乏氧气的情况下,这是放置在一个马弗炉在500°C 2小时。碳化过程完成后,冷冻一夜之间在一个L31M马弗炉。最后,画眉草秸秆生物炭渗实现粒子的了,不到63人的规模gydF4y2BaμgydF4y2Ba米,这是双关语,保存在一个玻璃容器,供以后使用。gydF4y2Ba

2.2.2。镧掺杂磁性生物炭制备纳米复合吸附剂gydF4y2Ba

画眉草秸秆生物炭是掺杂镧盐创建纳米复合材料用于吸附。化学共沉淀技术是利用创建镧掺杂磁性画眉草秸秆生物炭(gydF4y2Ba23gydF4y2Ba]。纳米复合材料掺杂镧金属盐如铁盐和镧盐被用来制造生物炭。画眉草秸秆生物炭(8 g)添加到包含80毫升FeCl水溶液中gydF4y2Ba_2gydF4y2Ba.4HgydF4y2Ba_2gydF4y2BaFeCl O (2.54 g)gydF4y2Ba_3gydF4y2Bah·6gydF4y2Ba_2gydF4y2BaO(6.5克),LaClgydF4y2Ba_3gydF4y2Ba(1.96克),然后搅拌,直到一个齐次解成立,紧随其后的是声波降解法进一步20分钟。声波降解法后,1 M氢氧化钠溶液pH值添加到解决方案,直到达到11在室温下。完成反应,整个混合物被传得沸沸扬扬的转速400转90°C的温度1天,然后在室温下冷却。冷却后,分离过程进行了使用绘画纸滤纸的孔隙大小42gydF4y2BaμgydF4y2Ba米,吸附剂在蒸馏水反复冲洗,直到pH值达到7 (gydF4y2Ba24gydF4y2Ba]。然后,通过一个42的黑色沉淀分离gydF4y2BaμgydF4y2Bam绘画纸过滤器的帮助下外部磁铁与去离子水清洗多次,直到pH值下降到7。然后,最后沉淀在烤箱干一夜之间,其次是在马弗炉灼烧在300°C大约两小时。最后,研磨镧掺杂磁性生物炭复合吸附剂通过1毫米筛获得恒定的粒度。测试单个画眉草秸秆生物炭的吸附效果和画眉草秸秆生物炭与镧掺杂,制作两个样品,一个没有镧盐的存在,另一为0.15,0.2,0.25和0.3gydF4y2Ba LaCl的比率gydF4y2Ba_3gydF4y2Ba生物炭。基于五个试验的结果的实验中,磁生物炭含有氟化镧具有更好的去除效率,从而为未来选择吸附剂制备考虑以前的工作在微小的变化。gydF4y2Ba

2.3。画眉草秸秆特性(Eragrostis微软gydF4y2Ba

ASTM(美国材料测试和学会)标准建立近似分析的水分,灰分;波动性内容检查估计在画眉草秸秆生物质固定碳含量。生苔麸稻草保持低于2毫米厚度重5克。准备画眉草秸秆是干在1050摄氏度的烤箱,直到形成一个统一的质量。实验重复三次。生苔麸稻草灰的灰成分测定与型号L31M使用马弗炉。画眉草秸秆样本的3 g是放置在一个坩埚,烧在1000摄氏度直到画眉草秸秆灰是完全转化为灰烬。使用方程(灰分不得计算gydF4y2Ba2gydF4y2Ba)。挥发分是衡量ASTM (e - 872)。然后,2 g的画眉草秸秆样本马弗炉中烧的型号L31M用坩埚在650°C 6分钟;因此,它允许冷却干燥机。挥发分含量是由使用方程(gydF4y2Ba3gydF4y2Ba)。固定碳是由减去整个样本内容的总和的百分比水分,灰分和挥发分。因此,固定碳是由方程(gydF4y2Ba4gydF4y2Ba)gydF4y2Ba 在TSgydF4y2Ba_MCgydF4y2Ba是生苔麸稻草的含水率,gydF4y2BaWgydF4y2Ba_BgydF4y2Ba代表的重量画眉草秸秆在其自然状态,和gydF4y2BaWgydF4y2Ba_{一个gydF4y2Ba}代表烘干的样本的重量。gydF4y2Ba 在TSgydF4y2Ba_{交流gydF4y2Ba}的灰分是画眉草秸秆样本,gydF4y2BaWgydF4y2Ba_CgydF4y2Ba坩埚的重量,gydF4y2BaWgydF4y2Ba_{CgydF4y2Ba+ BAgydF4y2Ba}坩埚的重量+样品重量灰过程之前,然后呢gydF4y2BaWgydF4y2Ba_{CgydF4y2Ba+ AAgydF4y2Ba}坩埚的重量+灰后样品的过程。gydF4y2Ba 在TSgydF4y2Ba_{风投gydF4y2Ba}代表的波动性内容画眉草秸秆样本,TSgydF4y2Ba_{信息战gydF4y2Ba}代表的初始重量画眉草秸秆样本,和TSgydF4y2Ba_{弗兰克-威廉姆斯gydF4y2Ba}代表的最终重量画眉草秸秆样本。gydF4y2Ba 在FCC代表固定碳含量、TS吗gydF4y2Ba_MCgydF4y2Ba代表原始画眉草秸秆含水率,TSgydF4y2Ba_{交流gydF4y2Ba}画眉草秸秆样本的灰分,TS吗gydF4y2Ba_{风投gydF4y2Ba}代表波动画眉草秸秆样本内容。gydF4y2Ba

2.4。表征生物炭的生产gydF4y2Ba

固定碳含量是地面从画眉草秸秆原料生产生物炭gydF4y2Ba25gydF4y2Ba]。生物炭生产的特点是使用不同类型的设备如红外光谱、XRD、TGA、SEM、生物炭的产量从画眉草稻草,获得点零费用确定。gydF4y2Ba

2.4.1。红外光谱分析gydF4y2Ba

红外光谱被用来确定功能组中发现的生苔麸稻草,样本,画眉草秸秆生物炭,镧改性画眉草秸秆生物炭相对。债券伸展和官能团的振动进行了研究使用一个红外光谱分析仪在室温下与400 -红外光谱(珀金埃尔默)范围4500 - 400厘米gydF4y2Ba^{−1gydF4y2Ba}和KBr丸作为参考。化学官能团被确定通过观察红外光谱的波数与信号相关谱和比较他们的标准吸光度官能团(gydF4y2Ba26gydF4y2Ba]。gydF4y2Ba

2.4.2。x射线衍射(XRD)分析gydF4y2Ba

根据姚明et al。gydF4y2Ba27gydF4y2Ba),x射线衍射是用来确定结晶度指数分析目的利用结晶度峰面积和无定形峰面积画眉草秸秆生物炭以及与镧改性生物炭。所使用的设备进行xrd - 7000 x射线衍射仪研究生产材料粉末。研究进行了衍射角(2gydF4y2BaθgydF4y2Ba)保持10到80度。使用结晶度指数方程,确定材料是水晶,半晶质或非晶态。gydF4y2Ba 在CI站结晶度指数,gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba_CgydF4y2Ba结晶度峰面积gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba_TgydF4y2Ba获得的总面积从结晶度峰面积+非晶峰面积。gydF4y2Ba

2.4.3。扫描电镜分析gydF4y2Ba

扫描电镜分析研究生物炭的表面形态的变化与铁和氧化镧改性前后纳米颗粒(gydF4y2Ba28gydF4y2Ba]。gydF4y2Ba

2.4.4。热稳定性分析gydF4y2Ba

样品的减肥用tga - 4000测量珀金埃尔默仪器(gydF4y2Ba29日gydF4y2Ba]。这是完成了所有样品的氮气。氮气的影响下,样本加热从25°C到500°C。氮气流量是20毫升/分钟的加热速度10°C /分钟。微分热重(DTGA)的数据也。这帮助确定画眉草秸秆生物炭的热稳定性以及修改后的生物炭。gydF4y2Ba

2.4.5。选择分析gydF4y2Ba

选择仪器被用来确定画眉草秸秆生物炭的比表面积,磁性生物炭,镧掺杂磁性生物炭。Brunauer-Emmett-Teller(打赌)技术用于计算的体积吸附氮气吸附和解吸的基础上各种气体浓度在大气压力和环境温度。这三个样本第一次治疗1小时230°C,消除空气和水分子从孔隙。最后,样本测试。gydF4y2Ba

2.4.6。零电荷点分析gydF4y2Ba

点零收费一定的物质都有一个特定的pH值的概念,它是中性的。零收费的目的是表面的pH值是中性的。固体添加技术被用来研究零费用的生物炭和镧掺杂画眉草秸秆生物炭。在八个独立的烧瓶,500毫升的了解gydF4y2Ba_3gydF4y2Ba(0.1米)的pH值范围3 - 10。45毫升KNOgydF4y2Ba_3gydF4y2Ba来自500毫升(0.1米),解决方案是调整的pH值下降为0.1 N氢氧化钠和盐酸0.1 N的解决方案,和0.5克画眉草秸秆生物炭与镧改性生物炭粉样本添加到每个瓶在室温下和动摇。所有样品的最终pH值测量2天后,商议应对pH值变化;曲线的交点的直线通过原点被用作参考点的确定零电荷值。gydF4y2Ba

2.5。实验设计gydF4y2Ba

响应面方法进行了分析使用的设计专家(v.11)软件对实验效果进行评估。最优策略优化过程变量,即吸附用量、pH值、旋转速度、吸附时间,响应面方法。这是用来确定哪些组件最对吸附的影响。为了回答这些问题,响应面方法选择中心合成设计来评估线性相互作用和二次优化中独立和相关的变量之间的联系从地下水氟离子去除。基于方程(CCD产生30个数据点gydF4y2Ba6gydF4y2Ba),包括16个因子分、8轴向分,6分(表中心gydF4y2Ba1gydF4y2Ba)。gydF4y2Ba

检查实验效果,响应面方法是评估使用专家(v.11)软件的设计。修改的最佳吸附效率镧掺杂磁性画眉草秸秆生物炭使用响应面方法计算。这个研究发现哪些组件对氟离子的吸附影响最大,让研究人员了解哪些组件对产量影响最大。gydF4y2Ba 在哪里gydF4y2BaYgydF4y2Ba代表的数量试验完成,gydF4y2BabgydF4y2Ba代表独立变量的数量,gydF4y2BabgydF4y2Ba_cgydF4y2Ba代表利用复制的数量来确定上述实验是否准确。gydF4y2Ba 在哪里gydF4y2Ba米gydF4y2Ba代表的预测响应面方法。数量gydF4y2BangydF4y2Ba表示数量的独立因素利用优化吸附能力。一阶常系数(线性)系数,二阶(二次)相互作用系数和二阶(二次)noninteraction系数都是由系数表示gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba_ogydF4y2Ba,gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba_我gydF4y2Ba,gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba_{二世gydF4y2Ba},gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba_ijgydF4y2Ba。gydF4y2Ba

3所示。结果与讨论gydF4y2Ba

3.1。近似分析生苔麸稻草(Eragrostis微软gydF4y2Ba

在本部分中,分析了近似分析确定的固定碳内容画眉草秸秆利用方程(gydF4y2Ba4gydF4y2Ba)。因此,探讨灰分,水分,挥发分含量是强制性的固定碳含量来确定画眉草一根稻草。根据这项研究由Bageru和斯利瓦斯塔瓦(gydF4y2Ba18gydF4y2Ba],画眉草秸秆的近似分析报告为水分含量为6.0 8.0%,灰分含量的3 - 6%,挥发分的70 - 80%;本研究也有类似的结果报告的先前的研究。在目前的研究中,提出了在表执行的近似分析gydF4y2Ba2gydF4y2Ba一样的报道,在另一项研究的文献综述,灰分,水分含量,和波动性有4.88%,6.98%,和73.61%,分别。在此基础上,获得的结果固定碳含量为14.53%。从总基地,包括灰分、水分、挥发分,从画眉草秸秆生物炭生产的收益率是12.11%,而从固定碳,收益率为83.23%。这个结果得到500°C的温度为120分钟。gydF4y2Ba

3.2。画眉草秸秆生物炭和磁性生物炭改性镧生化的特性gydF4y2Ba

相比,改性生物炭含有镧和生物炭由画眉草,草有截然不同的性质。画眉草秸秆生物炭的体积密度和镧掺杂磁性画眉草秸秆生物炭gcm分别为0.42和0.592gydF4y2Ba^{−3gydF4y2Ba}分别如表示gydF4y2Ba3gydF4y2Ba的实验结果。这表明镧掺杂磁画眉草秸秆生物炭的体积密度高于画眉草秸秆生物炭,由于稀土金属的存在,增加了其密度。同样,画眉草秸秆生物炭的pH值高于镧掺杂生物炭。画眉草秸秆生物炭被发现有一个羟基高于镧掺杂画眉草秸秆生物炭,这是由于羟基使它包含高博士零电荷点值画眉草秸秆生物炭和镧掺杂画眉草秸秆生物炭分别为4.3和8.1,分别。画眉草秸秆生物炭pH值较小面积比镧掺杂画眉草秸秆成为零,这是因为画眉草秸秆生物炭在零电荷点生成消耗更多的酸。画眉草秸秆生物炭的表面面积120.61gydF4y2Ba^2gydF4y2BaggydF4y2Ba^{−1gydF4y2Ba},而镧掺杂画眉草秸秆生物炭的表面面积321.52gydF4y2Ba^2gydF4y2BaggydF4y2Ba^{−1gydF4y2Ba},表明镧掺杂画眉草秸秆生物炭比画眉草秸秆生物炭具有更大的表面积。因此,修改后的生物炭吸附效果大于nonmodified生物炭。因为修改的生物炭是一种纳米复合材料,它具有高表面积的可用性。画眉草秸秆活性炭(552.23 mgydF4y2Ba^2gydF4y2BaggydF4y2Ba^{−1gydF4y2Ba})有一个更高的表面积比咖啡壳活性炭,根据另一项研究(400米gydF4y2Ba^2gydF4y2BaggydF4y2Ba^{−1gydF4y2Ba})。微软目前秸秆生物炭表面面积(120.61 mgydF4y2Ba^2gydF4y2BaggydF4y2Ba^{−1gydF4y2Ba})高于咖啡壳生物炭,活性炭的情况(90.2 mgydF4y2Ba^2gydF4y2BaggydF4y2Ba^{−1gydF4y2Ba})。香港等进行的研究。gydF4y2Ba30.gydF4y2Ba磷酸盐的去除和氟化物使用大米镧掺杂纳米复合材料报道,纳米复合材料的表面积是123.28gydF4y2Ba^2gydF4y2BaggydF4y2Ba^{−1gydF4y2Ba}。点零收费TSBC和LDMTSB如图gydF4y2Ba1gydF4y2Ba。gydF4y2Ba

3.3。公元前表征画眉草秸秆和镧掺杂磁性画眉草秸秆BCgydF4y2Ba

3.3.1。结晶度指数TSBC LDMTSBgydF4y2Ba

数据gydF4y2Ba2gydF4y2Ba(a)和(b)表明,x射线衍射(XRD)可以用来确定晶,非晶,半晶质的阶段。如图gydF4y2Ba2gydF4y2Ba(一)、镧掺杂磁性画眉草秸秆生物炭展出一种无形的阶段内的原子的随机分布修改后的画眉草秸秆生物炭。此外,镧掺杂磁性画眉草秸秆生物炭结晶峰,和它的结晶度指数在43.45%左右。氟化镧掺杂磁画眉草秸秆生物炭后吸附在水晶峰,如图gydF4y2Ba2gydF4y2Ba(b),由于存在金属镧和铁等在生物炭。吸附后的总结晶度指数是43.81%。这表明修改后的生物炭吸附后被发现在非晶相。水中的金属离子和氟离子吸收一个活跃的网站中发现纳米复合材料。由于这个原因,离子是随机分布的,这使得修改后的生物炭吸附后的非晶相。金属表现出结晶峰的结晶度金属,性质和改性生物炭的结晶峰是由于这gydF4y2Ba31日gydF4y2Ba]。为代表的峰值24.10°,37.05°,45.49°,50.61°代表镧的山峰。铁(II)和峰值(II)也发现X-RD模式45.00°,64.62°,69.47°。峰值周围发现22.11,53.73,和69.47代表了对氟吸收峰。gydF4y2Ba

3.3.2。官能团分析gydF4y2Ba

从图gydF4y2Ba3gydF4y2Ba(一)、傅里叶红外分光光度计传播(红外光谱)光谱TSBC包含各种各样的山峰,开始离子吸附。峰值检测的数量TSBC显示几个官能团的存在;这些山峰的官能团测定使用波数(厘米gydF4y2Ba^{−1gydF4y2Ba})和透光率(%)。TSBC光谱的图像显示了一个大峰债券3500至3000厘米gydF4y2Ba^{−1gydF4y2Ba}的存在,表明自由和债券羟基官能团(地)债券拉伸(gydF4y2Ba32gydF4y2Ba]。峰值在1800到1200厘米gydF4y2Ba^{−1gydF4y2Ba}可能归因于强劲的羧基拉伸(C = O)拉伸在1294厘米吗gydF4y2Ba^{−1gydF4y2Ba}(gydF4y2Ba33gydF4y2Ba]。碳氢键和羧酸可能归因于峰值在1465到1000厘米gydF4y2Ba^{−1gydF4y2Ba}(gydF4y2Ba34gydF4y2Ba]。其他著名的山峰确认1000至695厘米gydF4y2Ba^{−1gydF4y2Ba}反映重要的切断和C = C [gydF4y2Ba34gydF4y2Ba]。生物炭的整体表面特征是一些带负电荷的官能团的存在(gydF4y2Ba35gydF4y2Ba]。类似的,相似的结果与其他biomass-derived生物炭定期出版。见图gydF4y2Ba3gydF4y2Ba(b), LDMTSB明显显示羟基减少,羧基,碳酸盐官能团,以下变更相比,画眉草秸秆生物炭。然而,小峰在3200,1846,1675,1620,1500,1440,692,621,556,461厘米gydF4y2Ba^{−1gydF4y2Ba}发现,这可以归因于残余地的存在,切断C≡N官能团。此外,新债券的长度被发现在650 - 500厘米gydF4y2Ba^{−1gydF4y2Ba}的存在,这可以归因于la o(621厘米gydF4y2Ba^{−1gydF4y2Ba})和Fe-O(556厘米gydF4y2Ba^{−1gydF4y2Ba}分别)债券伸展。在不同的研究发现,金属氧化物债券被发现在这些范围(gydF4y2Ba36gydF4y2Ba]。峰值图所示gydF4y2Ba3gydF4y2Ba(c)、LDMTSB啄通过吸附去除的过程。自由地、C≡N、C = O,然后其他自由债券中发现改性生物炭吸附氟离子在水中,导致一些债券拉伸会丢失(gydF4y2Ba37gydF4y2Ba]。债券绵延羟基被发现在3200厘米左右gydF4y2Ba^{−1gydF4y2Ba};哦债券拉伸后不存在吸附过程。债券绵延C = O C≡N,切断访问约1635厘米gydF4y2Ba^{−1gydF4y2Ba},1410厘米gydF4y2Ba^{−1gydF4y2Ba},2951厘米gydF4y2Ba^{−1gydF4y2Ba},2345厘米gydF4y2Ba^{−1gydF4y2Ba}没有检测到吸附后,如图gydF4y2Ba3gydF4y2Ba(c),类似于哦。这是由于孤对发现在每个债券被装满了氟离子。gydF4y2Ba

3.3.3。热重量分析gydF4y2Ba

分解纤维素、半纤维素和木质素,低分子量的分子如羧基醛、烯烃,和其他组件,都与材料的热稳定性在热解(gydF4y2Ba1gydF4y2Ba,gydF4y2Ba38gydF4y2Ba]。被检测出含有高质量损失在三个退化区TGA曲线的生物炭样本,如图gydF4y2Ba4gydF4y2Ba(a)和(b)。水分子的释放引起的质量损失在100°C (gydF4y2Ba39gydF4y2Ba]。在68°C和273°C,有质量的重大损失,这可能导致低分子量的分子分解。大分子量化合物的分解导致重大质量损失在400°C。高质量的损失被发现在450°C画眉草秸秆生物炭曲线,如图gydF4y2Ba4gydF4y2Ba根据图(a)gydF4y2Ba4gydF4y2Ba(b), 273°C后,由于纳米复合材料质量损失稳定特性以及改性生物炭(内金属的存在gydF4y2Ba40gydF4y2Ba]。减少磁铁矿、赤铁矿和碳化铁复合材料分为氧化低组,如图所示在上面的化学过程,也许在分解温度升高时关注。铁物种的催化行为碳表面预计将导致磁复合快速分解在更高的温度gydF4y2Ba41gydF4y2Ba]。gydF4y2Ba

3.3.4。分析TSBC LDMTSBgydF4y2Ba

SEM照片的人物gydF4y2Ba5(一个)gydF4y2Ba和gydF4y2Ba5 (b)gydF4y2Ba清楚地表明生物炭形态的差异之前和之后的金属氧化物纳米颗粒改性。非均质层具有高小裂球结构扫描电镜形态学研究显示[gydF4y2Ba42gydF4y2Ba]。相比之下,LDMTSB SEM照片图gydF4y2Ba5 (b)gydF4y2Ba显示一个粗略的和白色的表面。此外,虽然比较原始画眉草秸秆生物炭和镧掺杂磁性生物炭,许多小洞被发现。金属氧化物纳米颗粒的行为表面上的生物炭造成这种形态修改(gydF4y2Ba43gydF4y2Ba]。发展上的毛孔LDMTSB吸附剂可以解释的增加表面积。都经历了类似的形态结构在不同以往的研究(gydF4y2Ba43gydF4y2Ba,gydF4y2Ba44gydF4y2Ba]。gydF4y2Ba

3.4。最初和最终的氟离子的浓度gydF4y2Ba

根据哈吉et al。gydF4y2Ba3gydF4y2Ba),东非大裂谷地区氟离子含量高于世界卫生组织饮用水的建议。因此,治疗需要降低地下水中氟离子的浓度和其他来源的水氟含量高。地下水利用在这项研究的氟化物浓度为56.2 mg / L,来自东非大裂谷,尤其是Hawassa Zeway城市。东非大裂谷地下水有下面的阴离子和阳离子,即镁(毫克gydF4y2Ba^{2 +gydF4y2Ba})、钠(NagydF4y2Ba^+gydF4y2Ba),钾(KgydF4y2Ba^+gydF4y2Ba(Ca),钙gydF4y2Ba^{2 +gydF4y2Ba})、硫酸(gydF4y2Ba ),gydF4y2Ba重碳酸盐(gydF4y2Ba ),gydF4y2Ba硝酸盐(gydF4y2Ba )gydF4y2Ba硅(SiOgydF4y2Ba_2gydF4y2Ba)、氯(ClgydF4y2Ba^−gydF4y2Ba)和氟(FgydF4y2Ba^−gydF4y2Ba)[gydF4y2Ba3gydF4y2Ba]。空白溶液制备镁(毫克gydF4y2Ba^{2 +gydF4y2Ba})、钠(NagydF4y2Ba^+gydF4y2Ba),钾(KgydF4y2Ba^+gydF4y2Ba(Ca),钙gydF4y2Ba^{2 +gydF4y2Ba})、硫酸(gydF4y2Ba ),gydF4y2Ba重碳酸盐(gydF4y2Ba ),gydF4y2Ba硝酸盐(gydF4y2Ba )gydF4y2Ba硅(SiOgydF4y2Ba_2gydF4y2Ba)和氯(ClgydF4y2Ba^−gydF4y2Ba基于他们在地下水浓度)离子。股票氟化物浓度的吸光度实验是创建一个标准曲线。氟离子的吸光度测量用原子吸收光谱法。氟离子的浓度与吸光度标准曲线是准备,这有助于确定最终的治疗后的氟离子浓度。原子吸收光谱法是用来评估离心机的吸收能力的解决方案。标准曲线是用来计算剩余的氟离子浓度(gydF4y2Ba45gydF4y2Ba]。方程(gydF4y2Ba4gydF4y2Ba)被用来计算%消除氟离子。gydF4y2Ba 在哪里gydF4y2BaRgydF4y2Ba的比例(%)表示百分比,开始用氟离子的浓度gydF4y2BaCgydF4y2Ba_ogydF4y2Ba,而甲基橙的浓度吸附后用gydF4y2BaCgydF4y2Ba_tgydF4y2Ba。gydF4y2Ba

3.5。Defluoridation过程和响应面方法分析gydF4y2Ba

响应面方法中心合成设计矩阵表gydF4y2Ba1gydF4y2Ba。变量的数量是4,实验的总数是三十,根据方程(gydF4y2Ba6gydF4y2Ba)。阶乘设计,轴向来看,中央是这个实验的三个主要元素。的阶乘设计是由16个实验由2gydF4y2Ba^4gydF4y2Ba,轴向运行由8实验用2×4,和运行中心由6实验。这四个独立变量是剂量LDMTSB (g / L),接触时间(分钟),转速(rpm)和pH值;他们调查计算defluoridation有效性基于表中提供的实验室实验gydF4y2Ba1gydF4y2Ba。编码的变量gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba,gydF4y2BaBgydF4y2Ba,gydF4y2BaCgydF4y2Ba,gydF4y2BaDgydF4y2Ba代表LDMTSB剂量(g / L),接触时间(分钟),转速(rpm),分别和pH值。gydF4y2Ba

表中的数据gydF4y2Ba4gydF4y2Ba使用方差分析进行评估(方差分析)的意义阈值为5% (gydF4y2BaαgydF4y2Ba值= 5%)。此外,gydF4y2BaFgydF4y2Ba价值和gydF4y2Ba值模型提供了表gydF4y2Ba4gydF4y2Ba。的gydF4y2Ba价值帮助确定每个因素的重要性和无意义的,以及组件的交互,充分代表(gydF4y2Ba46gydF4y2Ba]。剂量LDMTSB (gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba),接触时间(gydF4y2BaBgydF4y2Ba),旋转速度(gydF4y2BaCgydF4y2Ba)和pH值(gydF4y2BaDgydF4y2Ba)都显著影响吸附效率;因此,gydF4y2Ba值小于0.0001。gydF4y2Ba公元前gydF4y2Ba,gydF4y2BaCDgydF4y2Ba,gydF4y2Ba双相障碍gydF4y2Ba,gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba^2gydF4y2Ba,gydF4y2BaCgydF4y2Ba^2gydF4y2Ba,gydF4y2BaBgydF4y2Ba^2gydF4y2Ba,gydF4y2BaDgydF4y2Ba^2gydF4y2Ba有一个实质性影响吸附效率以及其他等交互作用gydF4y2BaABgydF4y2Ba,gydF4y2Ba广告gydF4y2Ba,gydF4y2Ba交流gydF4y2Ba因为它有一个gydF4y2Ba值高于gydF4y2BaαgydF4y2Ba价值。该模型gydF4y2BaFgydF4y2Ba价值66.19表明,模型具有统计学意义。的gydF4y2BaFgydF4y2Ba价值大小的0.01%的概率发生由于噪音。根据Mustefa Beyan et al。gydF4y2Ba47gydF4y2Ba),广场和的总和gydF4y2BaFgydF4y2Ba价值提供信息是否产生实质性的正面或负面的影响因素响应。广场和的总和gydF4y2BaFgydF4y2Ba值表gydF4y2Ba4gydF4y2Ba。单变量的剂量、接触时间、旋转速度、和pH值的平方值的805.51,184.37,60.67,和121.59,分别。剂量、接触时间、转速和pH值gydF4y2BaFgydF4y2Ba值的363.80、83.27、27.40和54.92,分别。模型的平方和gydF4y2BaFgydF4y2Ba值分别为2051.75和66.19,分别。根据这一数据,剂量对defluoridation能力产生重大影响,其次是剂量、接触时间、pH值和转速。除此之外,这个实验的lack-of-fit模式是0.9565。这意味着误差项不影响吸附效率。的gydF4y2Ba值小于水平的意义(gydF4y2BaαgydF4y2Ba值)。因此,模型被批准(gydF4y2Ba48gydF4y2Ba]。gydF4y2Ba

标准差,意思是,简历(%),gydF4y2BaRgydF4y2Ba^2gydF4y2Ba调整后gydF4y2BaRgydF4y2Ba^2gydF4y2Ba,预计gydF4y2BaRgydF4y2Ba^2gydF4y2Ba,适当精度分析方差分析如表所示gydF4y2Ba5gydF4y2Ba适合统计数据。1.49,85.59,1.74,0.9841,0.9692,0.9520,和26.7531标准差的值,意思是,简历(%),gydF4y2BaRgydF4y2Ba^2gydF4y2Ba调整后gydF4y2BaRgydF4y2Ba^2gydF4y2Ba,预计gydF4y2BaRgydF4y2Ba^2gydF4y2Ba,分别和足够的精度。根据Abeto Amibo [gydF4y2Ba46gydF4y2Ba),调整和预测gydF4y2BaRgydF4y2Ba^2gydF4y2Ba低于20%的变化有很好的一致性。的调整方gydF4y2BaRgydF4y2Ba(gydF4y2BaRgydF4y2Ba^2gydF4y2Ba)值为0.9692。这表明它是相当接近预测的平方gydF4y2BaRgydF4y2Ba(gydF4y2BaRgydF4y2Ba^2gydF4y2Ba)值为0.9520。因此,小于0.2的区别。信噪比是衡量充足率精度(gydF4y2Ba49gydF4y2Ba]。最好有一个比例超过四个。这个模型的比率是26.753,表明信号是足够的。设计空间可能导航使用这种模式。本研究提出的模型是二次;变异系数(CV)和标准差(SD)值低和可接受,具有良好的协议(gydF4y2Ba50gydF4y2Ba,gydF4y2Ba51gydF4y2Ba]。的gydF4y2BaRgydF4y2Ba^2gydF4y2Ba接近1,实验值和预测值一致。这个分析的结果接近于1,表明数据适合和高度是可以接受的。gydF4y2Ba

在表gydF4y2Ba6gydF4y2Ba,每一个因素的系数显示和交互影响。剂量LDMTSB系数(gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba),接触时间(gydF4y2BaBgydF4y2Ba),旋转速度(gydF4y2BaCgydF4y2Ba)和pH值(gydF4y2BaDgydF4y2Ba)是5.79,2.77,1.59和-2.25。从他们的价值观,剂量LDMTSB (gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba),接触时间(gydF4y2BaBgydF4y2Ba),旋转速度(gydF4y2BaCgydF4y2Ba)与吸附效率有积极的关系,但是pH值与氟离子的吸附呈负相关。吸附效率上升比例三个变量,即剂量,LDMTSB,接触时间,和转速,增加。博士的关系是逆转剂的重量增加,更多的毛孔或吸附网站可用,导致一个更有效的和有效的吸附过程。很明显,增加LDMTSB剂量会流更多的活跃站点可用氟离子(gydF4y2Ba52gydF4y2Ba]。吸附过程随着接触时间的增加成比例地增加,因为氟离子有足够的时间附着在官能团中包含吸附剂(gydF4y2Ba50gydF4y2Ba]。因为旋转电磁搅拌器在吸附过程中避免了吸附剂的沉积,在吸附过程中转速增加随时间和剂量。分子间的吸引力分子之间的相互作用称为范德华力(gydF4y2Ba53gydF4y2Ba]。根据Beyan et al。gydF4y2Ba54gydF4y2Ba],pH值增加,吸附过程减少,pH值降低,吸附容量增加由于范德华力现在由于氢键当pH值较低,和酸性介质。当所有其他因素保持不变,估计系数表明预测响应单位变化因素值的变化。在正交设计,拦截所有运行的总体平均响应(gydF4y2Ba55gydF4y2Ba]。系数是根据因素改变了设置,平均水平。因素正交时,vif是1;因素不正交时,vif大于1,表明multicolinearity;VIF越高,越严重因素相关。vif少于10被认为是可以接受的(gydF4y2Ba56gydF4y2Ba]。表gydF4y2Ba6gydF4y2Ba显示参数如LDMTSB剂量(gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba),接触时间(gydF4y2BaBgydF4y2Ba),旋转速度(gydF4y2BaCgydF4y2Ba),并相互影响gydF4y2Ba公元前gydF4y2Ba和gydF4y2BaCDgydF4y2Ba都有有利影响defluoridation效率。Defluoridation效率伤害了pH值等因素和交互效应等gydF4y2Ba双相障碍gydF4y2Ba,gydF4y2BaDgydF4y2Ba^2gydF4y2Ba,gydF4y2BaCgydF4y2Ba^2gydF4y2Ba,gydF4y2BaBgydF4y2Ba^2gydF4y2Ba,gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba^2gydF4y2Ba。基于表gydF4y2Ba6gydF4y2Ba开发,模型方程来表示defluoridation有效性通过使用编码的变量以下方程:gydF4y2Ba

3.6。响应的实际和预测价值gydF4y2Ba

图gydF4y2Ba6gydF4y2Ba说明了defluoridation能力的实际值和预测值,计算每个独立变量相结合。图gydF4y2Ba6gydF4y2Ba描述了实际和预测吸附效率值。在这张图,真正的和预期值紧密地结合起来,用一个gydF4y2BaRgydF4y2Ba^2gydF4y2Ba值为0.9841。区别真正的实验值和预测的值表示gydF4y2BaRgydF4y2Ba^2gydF4y2Ba价值。gydF4y2Ba

3.7。的3 d图Defluoridation效率gydF4y2Ba

的3 d表示氟离子的吸附数据所示gydF4y2Ba7(一)gydF4y2Ba来gydF4y2Ba7 (f)gydF4y2Ba。3 d的吸附结果表示从69.75%到97.95%不等。最大吸附达到为97.95%的3 d表示数据gydF4y2Ba7(一)gydF4y2Ba来gydF4y2Ba7 (f)gydF4y2Ba。获得最高产量在4 g的剂量,60的接触时间,转速为600,pH值3。图的形状之间的差异数据gydF4y2Ba7(一)gydF4y2Ba和gydF4y2Ba7 (f)gydF4y2Ba在实验期间被改变和常数变量。gydF4y2Ba

3.8。Defluoridation过程的优化gydF4y2Ba

从表gydF4y2Ba7gydF4y2Ba,吸附剂的defluoridation容量的优化结果进行了分析。为优化目的,所有的独立变量被设置在一个范围内它的重要性被分配到3号,因变量是设定在最大点,代表5号的重要性(gydF4y2Ba46gydF4y2Ba,gydF4y2Ba47gydF4y2Ba]。最优结果98.89%,这些结果在剂量为3.97 g,接触时间为56.36分钟,591.19转的转速,pH值为3.968。交叉检查这些结果,实验做了三次作证的最大吸附氟离子的解决方案。在实验剂量为3.97 g,接触时间为56.40分钟,591.00转的转速,pH值为3.97。在这种情况下,氟离子的吸附效率为98.85%。这个结果几乎相同的结果从数值优化优化的结果,但只有偏差小于0.04%。这一分析的愿望是1,这是一个很好的和高度可接受的模型。gydF4y2Ba

4所示。结论gydF4y2Ba

一个有效的和小说LDMTSB吸附剂的合成和应用去除地下水中氟离子的裂谷位于Hawassa,埃塞俄比亚。在这个研究中,获得了以下信息,(我)画眉草秸秆固定碳的14.53%,这使其成为重要的候选生物炭制备。(II)在剂量:3.57 g,吸附时间:56.40分钟,旋转速度:591.00 rpm和pH值:3.97,最优defluoridation(98.89%),和它的愿望是1,(3)LDMTSB羟基、碳碳双键、碳氮三键,这些官能团促进氟离子的吸附,(IV)和TSBC LDMTSB纳米复合材料相比,后来的展品伟大的高温热稳定性和更有能力消除从水中氟离子和(V)表面TSB和LDMTSB分别为120.61和321.52米gydF4y2Ba^2gydF4y2Ba分别/ g。gydF4y2Ba

数据可用性gydF4y2Ba

使用的数据来支持本研究的结果都包含在这篇文章。gydF4y2Ba

的利益冲突gydF4y2Ba

作者宣称没有利益冲突。gydF4y2Ba

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