文摘

发展创新技术去除亚甲蓝(MB)水是必要的因为MB的广泛放电从工业废水造成对人类和环境的问题。在这项研究中,我们进行了吸附法,一个简单的技术,它利用一种吸附剂。壳聚糖交联沸石作为一种很有前途的吸附剂材料和环保。表征,红外光谱、能谱、DLS, pH值zpc进行了分析。发现移除比例达到97%的吸附容量242.51毫克/克在pH值为60分钟10。研究了吸附等温线和动力学模型。因此,弗伦德里希模型和pseudo-second-order模型拟合吸附过程。此外,其他离子的影响研究混合5分钟时间。结果表明,切除比例增加的H2O2离子。与氯化钠、葡萄糖和柠檬酸离子H的有效性2所以4作为30分钟的解吸装置剂为99.65%在45°C。

1。介绍

使用的染料工业产生大量的印染废水,对环境和人类有害健康(1,2]。亚甲蓝(MB)是一种阳离子染料通常是用作着色剂,医学,化学指标(3]。MB被发现在低或大量的废水(4]。然而,染料是危险化学品的崩溃可能会导致水污染。因此,科学家研制出了各种物理、化学和生物方法去除水的染料。染料的吸附是一种常见的技术从水溶液中由于其简单性和低成本。

沸石引起重大关注由于其高表面积和多孔结构,可交换阳离子(5,6]。沸石是一种水晶具有三维结构的铝硅酸盐与氧原子(7]。此外,沸石可以回收和重复使用几次8]。然而,沸石不能用于染料吸附自吸附能力随时间而减小。因此,修改沸石是增加染料去除的方法。为了克服这些限制,壳聚糖被用作交联剂。壳聚糖是一种独特的聚合物对环境无毒,有丰富的官能团(氨基酸、甲基和羟基),并简单的修改或与其他化合物反应(9]。

一些研究人员报道壳聚糖改性用于染料去除(10- - - - - -12]。然而,没有报告使用壳聚糖交联与沸石作为吸附剂去除从水中MB。目前的研究调查了pH值的影响,初始MB浓度、吸附剂用量,接触时间,和其他离子如氯化钠、葡萄糖、柠檬酸、和H2O2MB的吸附。

2。材料和方法

2.1。材料

沸石合成(ZL)从先前的研究6]。亚甲蓝(MB)、壳聚糖(CH)、氢氧化钠(氢氧化钠)、盐酸(HCl)、硫酸(H2所以4)、柠檬酸(C6H8O7),维+葡萄糖(C6H12O6)、食盐(氯化钠)和过氧化氢(H2O2从关东大化工有限公司)购买公司(日本东京)。EDTA-Na解决方案是购自Dojindo分子技术有限公司(日本东京)。MB的特点如表所示1。

表1
MB的一般特征。
2.2。吸附剂的制备

随后的吸附剂制备与修改(先前的研究6]。这个过程是在室温下进行的。壳聚糖乙酸的混合不同比例0.5:1和1:1,分别称为ZLCH-a和ZLCH-b。1 g的沸石与25毫升的壳聚糖溶液混合两个小时(肩RT-50)。之后,25毫升的1 M氢氧化钠和混合添加了三十分钟。然后过滤,干燥60°C 48小时。最后,吸附剂在< 100已筛μm。

2.3。吸附实验

三个复制的所有实验在室温磁搅拌器(25°C)。pH值效果,吸附剂剂量,初始MB浓度和接触时间的吸附MB。吸附能力和去除百分比计算使用以下方程,分别。 在哪里 吸附容量(毫克/ g), 是初始MB浓度(毫克/升), 是平衡的MB(毫克/升), 吸附剂的质量(g), MB (L)的体积。

2.4。吸附动力学

ZLCH-b混合了100毫升(25 mg / L (MB)间隔时间从1到60分钟。当时的吸附容量计算使用以下方程。 在哪里 MB的浓度在时间(分钟)(毫克/升), MB的初始浓度(毫克/升), 吸附剂的质量(g), 的体积MB (L)的解决方案。

2.5。零点的pH值

盐除了采用零点的pH值ZLCH-b的电荷。固定数量的溶质被添加到一系列的解决方案包含不同pH值的优势(13]。在100毫升烧杯,0.1 g ZLCH-b是分布在50毫升的解决方案包含0.01氯化钠。0.01 M盐酸和0.01 M氢氧化钠用于pH值调整在酸性和碱性条件。样本使用旋转搅拌器搅拌24小时(肩RT-50)。零费用的计算是通过策划 ( )与初始pH值。

2.6。解吸研究

在最优条件下的MB吸附、解吸的研究工作。25 mg / L MB-loaded ZLCH-b pH值10。这是浸泡在0.01米(氢氧化钠、EDTA-Na、盐酸和H2所以4)。解吸百分比计算使用以下方程。 在哪里 解吸百分数(%), 是吸附前的初始MB浓度(毫克/升), 吸附后平衡MB浓度(毫克/升),然后呢 是平衡MB解吸后浓度(毫克/升)。

2.7。描述

MB浓度进行了分析使用紫外可见分光光度计(Jasco v - 530, Jasco公司,东京,日本)。吸附剂的官能团被ATR-FTIR调查地区的400 - 4000厘米−1吸附前后1厘米−1那些时光iS10(热科学Nicolet热费希尔科学公司,沃尔瑟姆,妈,美国)。这张照片和EDS数据使用扫描电子显微镜(SEM)分析了(日立TM3000、东京、日本)和能谱(司法院- 2300,日本岛津公司,京都,日本),分别。原来的单位比表面积的结果(SSA)厘米2/厘米3并转换为美元2/ g与假设 。它分析了使用动态光散射(DLS) (Horiba lb - 550年,日本京都)。

3所示。结果与讨论

3.1。吸附剂的特点

SEM和EDS光谱图像的吸附剂(ZLCH-a和ZLCH-b)如图1。可以看到,两个表面吸附剂有夹层,含有多孔和胶粘剂的结构。EDS公司数据显示,碳的价值和钠在ZLCH-b ZLCH-a比这更高。通过比较SSA(表的数据2),它可以得出结论,ZLCH-b显示最低的结果比ZLCH-a从96.85毫克/克到88.51毫克/克,分别(数据未显示),表明ZLCH-b质量单位的数量。吸附剂的质量单位数字相关网站捕获离子的数量。它可以确定吸附过程的有效性(图2)。因此,ZLCH-b用于下一个治疗。


图1
SEM图像和EDS光谱ZLCH-a ZLCH-b。
表2
元素数据和比表面积ZLCH-a ZLCH-b。
(一)
(一)
(b)
(b)
图2
(一)初始pH值对MB吸附容量的影响和删除百分比。(b) pH值零点ZLCH-b的指控。
3.2。最佳pH值

染料溶液的pH值对吸附容量机制至关重要(14]。pH值的影响在MB与初始吸附到ZLCH-b MB 10 mg / L浓度图所示2(一个)。结果表明,吸附容量和删除比例从37.68增加到97.35毫克/克和37.7至97.3%,分别,当初始pH值被改变从2到10。它可以证实的pH值零点的吸附剂(图2 (b))。当pH值低于 ,吸附剂的表面电荷可能成为带正电,迫使H+离子与MB阳离子,竞争导致的染料吸附量减少(Azza [15,16])。然而,当上面的pH值 ,表面电荷成为带负电荷的偏袒MB移除。这个结果类似于Maryam et al。14]MB去除玉米皮碳ZnCl激活2。

3.3。最初的MB浓度的影响

最初的MB浓度的影响(10到25 mg / L) MB吸附到ZLCH-b如图3。吸附容量增加而增加初始MB浓度从97.35到207.16毫克/克,而切除比例降低了初始MB浓度的增加从97.3到82.9%。它可能导致MB分子的初始数量比表面积较低较低浓度(14]。然而,在高浓度时,吸附访问网站的数量减少。因此,去除百分比取决于初始浓度(6]。


图3
初始MB浓度影响吸附容量和去除百分比。
3.4。吸附剂剂量的影响

获得更高的吸附能力最低的吸附剂剂量对消除污染物(至关重要17]。图4表明吸附剂剂量的影响从0.1到0.3 g / L ZLCH-b吸附。结果,对吸附容量的影响减少与增加剂量从207.16到82.86毫克/克,和去除比例已经从99.4%上升到82.9。类似的结果也出现在染料去除(18,19]。MB的衰减在更高剂量的吸附剂吸附容量少是因为活性吸附剂网站访问由于吸附剂颗粒收集和重叠20.),而去除百分比的增量由于结合位点数量的增加将导致减少的总表面积吸附剂(21,22]。


图4
吸附剂剂量影响MB吸附容量和删除百分比。
3.5。接触时间的影响

如图5接触时间的影响,吸附容量的ZLCH-b MB去除研究1 - 60分钟。结果表明,切除比例迅速增加,从0到1分钟(71.3%),然后逐渐60分钟(97%),表明MB和吸附剂之间的静电相互作用是负责,和MB分子被抓,在吸附剂的网站。


图5
接触时间影响MB吸附容量和删除百分比。
3.6。吸附动力学研究

吸附动力学的研究是重要的提供信息到ZLCH-b MB吸附机制。最常用的是准一,pseudo-second-order动力学模型(6,23,24]。动力学研究的实验数据为第一和第二订单数据中所示6(一)和6 (b),分别。符合一级和pseudo-second-order动力学模型所示下列方程(5)和(6),分别

(一)
(一)
(b)
(b)
图6
吸附动力学模型,由ZLCH-b MB。(一)准一秩序。(b) Pseudo-second秩序。

表3显示了相关的线性准一和pseudo-second-order动力学模型( 和 ),分别指示pseudo-second-order动力学模型适合到ZLCH-b吸附过程。

表3
准一,pseudo-second-order动力学模型的MB ZLCH-b吸附剂上吸附。
3.7。吸附等温线的研究

在当前的研究中,我们使用了朗缪尔和弗伦德里希吸附等温线模型,由许多作者(常见的6,25,26]。朗缪尔发生在吸附剂表面的一层,当弗伦德里希在吸附剂表面的多层。朗缪尔方程(7),朗缪尔分离系数特征(8)和弗伦德里希(9)所示如下: 在哪里 吸附剂数量(毫克/ g), 是平衡时间(毫克/克), 是吸附平衡常数(L /毫克), 是最大的单层吸附容量, 是平衡浓度(毫克/升)。 是朗缪尔的平衡参数特征。 是吸收能力的多层(毫克/克),然后呢 吸附强度。

实验为朗缪尔吸附等温式数据,弗伦德里希,MB数据所示的相关系数7(一)和7 (b)和表4,分别。结果, 弗伦德里希的价值高于的朗缪尔等温线模型和价值 在这些研究中(0.00002),表明在ZLCH-b MB的吸附等温式,是弗伦德里希等温线模型和有利的27]。

(一)
(一)
(b)
(b)
图7
吸附等温线模型由ZLCH-b MB。(一)朗缪尔等温线。(b)弗伦德里希等温线。
表4
朗缪尔和弗伦德里希的MB吸附等温线模型到ZLCH-b。
3.8。离子强度的影响

MB其他离子吸附的影响是至关重要的,因为环境不同离子的水溶液,如图8。0.1 g / L的吸附剂,25 mg / L MB, 50 mg / L(氯化钠、葡萄糖、柠檬酸和H2O2)进行调查。电磁搅拌器上的吸附过程进行了5分钟。我们发现切除比例减少了添加柠檬酸、氯化钠、葡萄糖。这是由于吸附剂的表面与其他离子竞争抑制MB分子被困在吸附剂表面的网站。相比之下,去除百分比增加了添加H2O2相比之下,没有污染物从83.4到85.3%,分别,这表明一个氧化反应与吸附过程同时发生。建议的机制的交互图所示9。


图8
离子对MB吸附容量的影响和删除百分比。

图9
同时提出的吸附和氧化机制。
3.9。红外光谱数据

MB前后的红外光谱谱吸附剂吸附在缺乏其他离子如图10。MB吸附过程后,山峰的范围和强度在吸附剂结构改变,这可能是由于互动和MB在吸附剂表面的位置。例如,在吸附过程中,-哦ZLCH-b的振动范围增加到3363厘米1,表明氢键吸附过程中形成的。减少带峰被发现从1645年到1604厘米1,这与h组,导致增加MB和ZLCH-b吸附剂(之间的静电相互作用6]。此外,另一个峰值后的乐队也减少了吸附过程,从1423年到1393厘米1。它可能导致N-O拉伸对应哦——或者NH碳氢键2组。乐队从1050年到950厘米1被分配到的内部不对称拉伸Si-O-Si或Si-O-Al [28]。新的吸附后被发现在2924年达到顶峰,1731厘米1与碳氢键和C = O,分别为(29日]。


图10
ATR-FTIR分析ZLCH-b MB前后吸附。
3.10。解吸研究

MB恢复在经济方面是很重要的。与不同溶剂解吸的比例如图(11日)。可以看到,使用碱性剂(氢氧化钠),解吸比例达到1.64%。在使用酸性剂(盐酸和H2所以4),解吸率达到49.75%和57.05%,分别。这是由于盐酸有一个质子,而硫酸包含两个质子,使硫酸更有效地分离(NH -哦)2- H+ZLCH-b。在那之后,采用硫酸作为后续治疗(图11 (b))。由于低比例的结果,我们增加了温度。解吸的结果增加到99.65%在45°C。这表明氧化中发挥着重要作用释放出氢组从吸附剂表面。这个同意Momina et al。30.]从膨润土吸附剂解吸MB的涂层。

(一)
(一)
(b)
(b)
图11
解吸百分率:(a)不同解吸装置代理和(b)不同温度下使用H2所以4。
3.11。比较与其他结果

表5显示的比较MB使用几种吸附剂的吸附容量。我们可以看到最高的吸附能力来源于zeolite-activated碳从油棕灰是285.71毫克/克,最初MB的浓度400 mg / L。然而,我们的研究达到252.51毫克/克,最初MB 25 mg / L的浓度。这些结果得出结论,ZLCH可以实际从水中去除MB。

表5
几个吸附剂性能MB移除。

4所示。结论

沸石改性是评估和确认是一个有前途的吸附剂MB从水中去除。在各种实验条件下MB去除进行了研究。结果表明,pH值和初始MB增加浓度会增加吸附能力,同时增加吸附剂剂量会降低吸附容量。实验数据显示,弗伦德里希等温线和pseudo-second-order动力学模型。氯化钠的作用、葡萄糖、柠檬酸,可减少术中切除的百分比。然而,它添加H后增加2O2离子。这些结果表明,除MB的吸附和氧化过程同时发生。MB解吸效率使用硫酸。

数据可用性

前面的吸附剂数据(ZLCH-b)用于支持这项研究的结果已经存入(6)存储库10.3390 / polym14050893。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。

确认

作者(再见)表达谢意的下边了奖学金赞助广岛的地方大学,日本。