文摘

目前的工作评估的合成一部小说,便宜,而且环保化学处理鳄梨种子粉(CTASP)作为吸附剂去除茜素红S (ARS)的综合解决方案。通过使用一系列的分析技术,包括红外光谱、XRD、EDX, RS, SEM,吸附剂为特征的物理和化学性质。批研究实验确定的有效性CTASP作为吸附剂。的最大吸附容量67.08“万人迷”女友1在3 gL的最佳条件是获得吗1吸附剂用量,pH值3,接触时间30分钟,在温度303 K。30分钟后,达成平衡,等温线的实验数据是解释,动力学和热力学过程。结果表明,pseudo-second-order动力学和弗伦德里希等温线最适合的数据。的发现过程的热力学参数的分析表明,该系统是一个放热和自发的。根据解吸研究,0.1可以用作分离试剂氢氧化钠使解除吸附吸附ARS的90.53%。再生实验,使流程更实用和负担得起的,这是发现CTASP吸附剂可成功再生的四倍。与其它吸附剂相比,目前的低成本吸附剂的再生能力和特殊多层吸附容量。此外,它已经证明了CTASP是一种有效物质的解毒ARS染料废水。

1。介绍

随着世界人口的增长,对资源的需求是跟上生活水平的提高。除了对各种商品的需求的增加,人们生活在一个高科技的世界,非常感兴趣,他们想要享受科技带来的好处。此外,环境污染是不可避免的,但可以由不同的污染控制技术1,2]。水污染是最具破坏性的形式的污染之一,被认为是环境污染的重要作用。废水的工业活动被认为是最重要的水源污染,许多其他人。本废水主要含有大量有机物质,无机物质、重金属、有毒染料(3]。合并的颜色在不同的工业活动诱发的存在相同的水资源,从而污染水体。大约一半的染料在染色过程中释放的浪费水,由于染料和表面之间的固定水平不足是彩色的。在世界范围内,每年超过10000吨染料使用,其中10 - 20%着色剂。此外,100吨染料每年排入水道,这是水污染的主要来源。BOD, COD、TDS和TSS增加比例随着染料在水中更容易。(1,4]。

一般来说,有机和无机染料有各种各样的后果直接排放到河道没有任何预处理。染料的主要特征之一是它可以使颜色容易在水中由于发色团化合物的结构的可用性(5]。由于其稳定性,易于合成,以及它的使用颜色品种,特别是在纺织工业(6]。水中的颜色影响水生系统,破坏了水体,整个食物链这是非常有毒的崩溃,并产生有害影响人类致癌和致突变的影响(7- - - - - -9]。茜素红S (ARS)是可用的高危染料之一,它被广泛应用在一系列行业作为着色剂,包括纺织、化妆品、和许多其他人。ARS染料化学标识为1 2-dihydroxy-9 10-anthraquinonesulfonic酸钠盐。茜素胭脂红,媒染剂Red-3、钻石red-W和ARS水溶性染料的其他名字。是一种蒽醌染料很难治疗,也广泛应用于许多领域10]。这是一个橙色粉末,没有气味;此外,摄入或接触这种类型会导致一些健康的影响,如眼睛和皮肤过敏后,呼吸道损伤,有与血液相关的疾病,空气传播疾病,严重的头痛,和高铁血红蛋白症。因此,现在要求ARS dye-containing废水可以治疗之前被释放到一个水生环境限制破坏环境的行为。农业研究所是一个艰难的,持久的染料是诱变和致癌11- - - - - -13]。

各种物理化学技术电凝法、电化学氧化、光催化、电化学处理、臭氧化、膜过滤和吸附利用治疗dye-polluted水(14- - - - - -18]。这些方法的适用性是最小化,因为过度使用化学物质,低效率、高成本、二次污染物的沉积,运营和维护成本高19,20.]。即使在非常低的浓度,染料的可用性可能会导致减少水的审美价值(21]。特别是对待一个持久的染料废水中的ARS使用这些方法是不满足,由于染料的稳定性和复杂结构的芳香环(22,23]。吸附是一种富有成效的方法去除染料从工业废水与其他方法相比。(24- - - - - -27]。通过物理或化学吸附过程可以减少能源需求以及由此产生的废弃物的数量和毒性污泥,从而减少环境影响(28]。对先前的研究,一些工作是生物质吸附剂,活性炭,多层碳纳米管,纳米颗粒氧化石墨烯,生物吸着剂和有机框架29日- - - - - -34]。

考虑到,多个研究最近聚集在使用廉价和丰富的前体像废弃物生物质活性炭制备(35]。由于其发达的孔隙结构,经济效益,缓解的可用性和高表面积(36),活性炭是反复应用和首选材料消除各种危险的染料。一般来说,commercial-activated碳是相当昂贵的,所以它有刺激发展中具有成本效益的研究兴趣,高效,环保吸附剂通过使用多个来源(37,38]。

探索各种吸附剂的应用程序,比如鳄梨种子的使用,有必要超越上面列出的所有约束。然而,鳄梨种子通常扔掉是浪费产品而不考虑其可能的使用作为一种吸附剂。是高效、环保和经济的吸附剂。采用鳄梨种子作为吸附剂的主要好处是将废物转化为材料,可用于解决新兴水污染。

这项研究的主要议程是用吸附的方法减少水ARS的水平升高。作为吸附剂,化学处理鳄梨种子粉(CTASP),这不是中提到的任何先前的研究。垃圾收集种子从附近的果汁店,通过化学方法转化成活性炭,用来消除农业研究所从水中染料。因为种子是不会丢失的,年轻的植物的生长不受影响。拟议的工作提供了一种方式来增加人类的幸福。这篇文章描述了吸附能力的鳄梨种子化学处理。批量吸附正在调查,最大化效率通过改善调节参数。因为从鳄梨种子产生的吸附剂是一个独特的吸附剂在染料去除的研究中,它经历了酸处理等一些基本的修改。SEM、EDS、红外光谱、RS和XRD表征实验。等温线、动力学和热力学模型也被执行。 The regeneration efficiency of the CTASP material was discussed in detail. The effectiveness of the CTASP adsorbent was compared to previous research works.

2。实验部分

2.1。化学试剂使用

化学分析试剂的成绩在这个实验中被运用。准备染料溶液的标准,ARS (C14H7NaO7年代)从Sisco购买研究实验室、印度与分析级。没有任何修改或额外的净化,染料都利用。吸附剂的激活、硫酸(H2所以498%,热费希尔科学India Pvt Ltd)被用于这项研究。氢氧化钠(氢氧化钠97%,默克公司生命科学私人有限),盐酸(盐酸、37.0%热费希尔科学印度PvtLtd)。股票的解决方案1000毫克L1ARS染料合成的稀释0.1 g的ARS染料100毫升的去离子水。所需的染料解决方案所需的浓度,称为吸附物,通过连续稀释。

2.2。被吸附物的制备和表征

鳄梨种子从邻近的果汁店采购在钦奈,印度。然后,它被分解成小块到4毫米,与去离子水彻底洗干净,晒干,然后在烤箱干3 h在100°C。然后干材料进行内部和允许热身。然后,它被认为是化学处理鳄梨种子粉后与硫酸浸渍1:2的比例(CTASP)。去离子水被用来去除多余的硫酸,一系列的洗涤溶液的pH值中性。然后,清洁碳样本在密闭容器中存储供以后使用干后在110°C。

使用一个EVO18扫描电子显微镜(SEM), CTASP吸附剂的形态特征进行评估(卡尔蔡司)。放大范围设置为2500 X 5000 X,和一个20 kV加速电压使用。使用Quantax 200年和6130年X Flash EDS分析程序,研究了吸附剂的组成以及可用的元素的浓度。傅里叶变换红外光谱(FTIR)被用来识别官能团的CTASP珀金埃尔默e L1600300 Llantrisant,英国。拉曼光谱分析确定中存在的碳化合物的波长532 nm的力量2 Mv和30年代的曝光时间使用WelTec GmbH德国阿尔法300 r模型。从力量D8-advanced x射线衍射仪(XRD)(德国)被用来确定吸附剂的性质。紫外分光光度计(模型:JASCO v - 630)被用来评估染料的分析测量。

2.3。吸附实验

之前添加CTASP吸附物,CTASP消除使用中的水分含量的干热灭菌器操作在90°C 2 h。然后,震动的轨道振动器在140 rpm之后添加适当的互动CTASP合适数量的一个锥形瓶,其中包含ARS染料溶液来完成所需的吸附。之后,使用42号滤纸,固体吸附剂与吸附物分离。之后,紫外分光光度计是用来评估治疗方案与残余染料浓度。通过修改吸附影响参数,研究批量吸附进行pH值(2 - 9),震动时间60分钟,吸附剂用量1 - 6 g L1,最初的染料浓度(50 - 250)mg L1,温度范围从303 K到333 K。溶液的pH值变化用0.1 N氢氧化钠和盐酸0.1 N。为了确保一致的结果,整个吸附实验增加了两倍。染料浓度测量之前和之后的吸附被认为是Co和Ce。

的吸附效率过程由以下方程,

吸附能力是由方程, 在条款 和 请参考之前和之后吸附染料的浓度(毫克L1),分别。在这里, 代表CTASP的平衡吸附容量(mg g1),而 (左)和 (g)代表ARS染料溶液的体积和重量,CTASP吸附剂。

3所示。结果与讨论

3.1。扫描电镜分析

扫描电子显微镜是一个有利的工具评估CTASP吸附剂的表面形态。可用的毛孔和蛀牙在吸附剂表面的吸附的主要原因之一。可用的毛孔在吸附剂表面将决定的有效消除ARS通过吸附染料。见图1,CTASP吸附之前,许多活跃的网站是利用硫酸生产化学活化的结果。毛孔和蛀牙有片状,不稳定的结构。毛孔的ARS染料被困在CTASP吸附后,如图2,确认染料去除过程的效率。因此,ARS染料的合成废水的数量减少。消除铜离子废水通过表面改性Delonix Regia种子遵循相同的趋势,硫酸诱导吸附剂的表面积和孔隙密度增加(39]。


图1
SEM图像之前CTASP吸附的染料。

图2
扫描电镜的图像CTASP经过吸附的染料。
3.2。红外光谱分析

红外光谱是利用存在的各种化学键的物质。确定其适用性,ACs合成从鳄梨种子采用化学处理在当前使用的调查。图3显示CTASP吸附剂样品的红外光谱分析。在3387厘米广泛的延伸1的吸附前后红外光谱分析。这些宽峰是由于羟基的伸缩振动地与结构或surface-adsorbed水分,这符合羟基的存在(40]。高峰在1625 - 1620厘米1和2922 - 2930厘米1并表示切断的存在拉伸醛和酮组和碳氢键拉伸烷烃组(41]。组胺的存在是由更广泛的峰值在1170厘米1和1160厘米1对吸附前后,分别42]。因为它不出现在一个孤立的状态与氢,羟基债券吸附过程中发挥重要作用。因此,创建一个稳定的结构(43]。


图3
红外光谱谱CTASP。
3.3。EDS分析

在数据4(一),4 (b)和表1,EDS CTASP吸附剂的光谱显示之前和之后都ARS染料的吸附。合成CTASP吸附剂中可以看到表1它包含的组件C、O、铝、硅、钼、年代,铁。中所示类似的组件也被吸附后的染料。硅的存在,这可能带来的污染物,如灰尘和污垢,证实了EDS,铝的存在证实了样本的涂层的时候检查。此外,吸附过程的有效性是由染料中的元素的重量百分比表示的CTASP染料吸附后的过程。同样,吸附后,频谱图如图4(一)和4 (b),分别。

(一)
(一)
(b)
(b)
图4
(一)EDS CTASP在吸附染料的光谱。(b) EDS CTASP经过吸附的染料的光谱。
表1
EDS ARS染料吸附前后的光谱。
3.4。XRD分析

图5显示了广泛的山峰chemically-activated碳,没有任何明确的衍射峰22o和41.5o描述,目前是无定形碳。峰值为41.5°是非常弱的,建议成立碳结构。缺乏明显的峰值显示结构无序的天性和反映了非晶相的碳。这个无序碳有更多的活动网站和高表面积,促进良好的吸附。由于无序碳,CTASP[有很强的吸附能力44,45]。


图5
XRD CTASP。
3.5。拉曼光谱

拉曼光谱的应用收益率数据样本的分子振动和转动能量,这表明无序结构的水平。样品具有D和G带,是由于晶体结构的不稳定和背叛,以及碳材料的石墨性质如图6。碳化合物的共同谱有两个明显的峰值约为1355厘米1乐队(D)和1600厘米1(G带)。的价值 (我D/我G)是用于定义无序化的程度碳基材料。ID和搞笑的积分强度测定G D和峰的光谱(46,47]。的拉曼光谱也表现出同样的模式消除亚甲蓝染色利用raw-activated碳(48]。


图6
CTASP的拉曼光谱。
3.6。吸附剂用量的影响

保留ARS染料的浓度,吸附物的pH值,摇动时间过程(50毫克L1,3 pH值,30分钟),CTASP的剂量是不同的从1到6 g L1在合成染料溶液。从图7,这是发现的有效性消除ARS染料迅速长大从54.69%降至99.762%。提高疗效的主要原因是吸附剂用量的增加从1 - 3 g L1。随着吸附剂剂量率的增加,也增加了吸附剂表面区域,它会导致提高去除效率(49]。超出了剂量的3 g L1,只有很轻微的去除效率的变化观察,指出。一旦在吸附剂表面上完成平衡阶段,所有活动站点被染料分子占领,不会有任何更多的吸附。因此,3 g L1是一个最佳吸附剂剂量的有效消除ARS染料在这个过程。相同趋势的结果是发现在消除从合成染料废水使用各种壳聚糖是一种有效的吸附剂(50]。


图7
百分比的ARS染料在不同剂量率。
3.7。pH值的影响

ARS染料去除由CTASP非常受pH值的效果。通过维护CTASP的用量在100毫升0.3克,50毫克L1ARS的染料浓度和pH值的变化从2到9约30分钟。pH值的变化与切除比例如图8。ARS染料含有磺酸组织,这使它在液相带负电。因此,固体之间的静电引力带正电的H+和带负电荷的ARS发生51]。除最大百分比为99.76%在pH值时达到CTASP 3。是观察染料排除的功效降低pH值引起的碱阶段。羟基离子的释放,达到基本的pH值时导致斥力的反应。静电排斥ARS染料和氢氧根离子之间发生因为负电荷的染料。这一趋势的结果是发现在现有的研究中,Nano-Fe的地方3O4和玉米覆盖综合利用作为一个成功的消除ARS染料吸附剂材料,以更好的去除效率发生在酸性pH值范围(52]。


图8
pH值对ARS染料的影响消除。
3.8。染料初始浓度的影响

得到一个更好的理解的有效染料消除过程,实验研究是通过改变执行最初的染料浓度从50,100,150,200,250毫克L1指导之后的部分3.7。图9显示比例的ARS染料浓度CTASP吸附剂。浓度范围从50毫克L1L到250毫克1评估不同染料浓度下吸附剂的有效性。当ARS染料初始浓度的提高,去除效率下降。使用相同的吸附剂剂量在不同初始浓度染料吸附研究。这表明吸附剂表面活性中心是常数。染料初始浓度增加时,那么免费的比染料分子活跃的站点增加导致减少从水中去除染料分子系统。常数吸附剂的活性区域能够移除固定数量的染料分子即使不同染料初始浓度下操作。制作吸附剂能够工作50至250毫克的染料浓度L1。


图9
删除ARS染料在不同初始浓度。
3.9。接触时间的影响

吸附分析的关键影响因素之一是接触的时间。接触时间对疗效的影响的ARS染料去除CTASP是描绘在图10。晃动时间改变从10到60分钟。最初的染料吸附物的浓度是50,100,150,200,250毫克L1;CTASP的用量是3 g L1,pH值设置为3。当利用CTASP,更快地消除过程发生前30分钟,30分钟,只有轻微的变化百分比。大多数活跃的网站得到饱和,很少会离开。随着时间的推移,有活跃的站点较少,降低染料坚持吸附剂表面的概率。CTASP,饱和度达到30分钟内联系。进一步理解机制,数据是用于动态分析。同样的模式结果的经济的实现ARS染料的去除苯/胺节流利乐苯胺(53]。


图10
接触时间对ARS染料去除的影响。
3.10。温度的影响

图11说明温度对吸附的影响效率CTASP ARS染料的吸附剂。被吸附物温度上升,ARS染料去除效率降低。过程也由其他实验参数控制等剂量的3 g L1,被吸附物的pH值3,摇动时间30分钟,染料浓度变化从50毫克L1L到250毫克1温度在303 - 333年间K。吸附过程的放热特性证明了ARS染料的吸收减少CTASP吸附剂。这可能是由于农业研究所分子倾向于从吸附剂的界面迁移到水介质随着温度的增加(54]。染料的溶解度增加,当温度提高了被认为是导致CTASP的减少高温吸附能力。此外,解吸的染料分子的活性炭通过削弱静电引力也可能在高温下(55]。因此,较低的温度被认为是可取的CTASP染料去除过程。类似的结果在消除ARS由有机染料获得微米大小的蛭石(56]。


图11
温度对ARS染料去除的效果。

研究热力学协助识别过程期间发生吸附的性质和过程的自发进行。本研究用于访问的有利特性的过程。使用CTASP作为吸附剂,吸附物浓度变化从50到250毫克L1,ARS染料的吸附研究在303年到333年之间在不同的温度下K。下面的方程被用来估计的值 , ,和 。

热力学参数,如 和 ,来自图12, 使用公式得到。表2包含一个热力学研究的参数列表。这一事实 值为负表明条件有利于自发反应和吸附过程。染料吸附放热的特性所代表的是负的 。的负 表明吸附过程的随机性的减少。


图12
热力学分析消除CTASP ARS染料的吸附剂。
表2
ARS染料的吸附热力学参数到CTASP。
3.11。吸附等温线

吸附效率和治理机制可以大致估计使用的等温线实验CTASP吸附剂去除ARS染料。它解释了吸附剂和吸附分子之间的相互作用达到平衡。

朗缪尔模型(57]假定吸附剂表面均匀,与单层有限数量的网站。它是用数学表达如下。 在哪里 是平衡浓度的ARS染料水介质(mg L1), 是最大的单层吸附容量(mg g1), 是数量的吸附物吸附平衡条件(mg g1), 是朗缪尔常数(L /毫克)。

弗伦德里希第一次描述了吸附平衡的实验公式,依赖于观察吸附发生在杂项的表面有许多层。焓的吸附机制减少迅速的占领活动网站。下面的方程可以用来表达弗伦德里希等温线(58]: 在哪里 ((mg g1)(L毫克1)1 / n)代表弗伦德里希常数,这是用来评估吸附的程度。在哪里 弗伦德里希系数用于评估吸附的强度。吸附剂表面更异构的弗伦德里希斜率值趋向于零。相关的计算值和R2朗缪尔和弗伦德里希等温线是表所示3。获得R2值被用来评估拟议的模型的质量。弗伦德里希有较高R2值比朗缪尔图13和表3表明弗伦德里希是一个更好的选择。弗伦德里希模型可以利用获得的形成多层表面吸附剂。CTASP g的最大吸附容量67.08毫克1。这里,它是合理的认为弗伦德里希等温线支配CTASP ARS染料的吸附剂的吸附。

表3
等温线的参数。

图13
等温线研究消除CTASP ARS染料的吸附剂。

比较CTASP与可用的吸附剂的吸附能力是列在表中4。结果表明,CTASP潜力有很好的吸附ARS染料的去除水。

表4
比较CTASP与可用的吸附剂的吸附能力。
3.12。吸附动力学

动力学模型应用于解释吸附过程及其反应通路。它在设计处理系统提高清晰度。在这项研究中,符合一级(卵圆孔未闭)59),Pseudo-second-order (PSO) (60],intraparticle扩散(IPD)模型评估理解CTASP吸附剂的反应机理。以下是动力学模型,

动力学数据应用于动力学模型(图14),预测结果表5。结果发现,该算法有较高的相关系数(R2(SSE)和低误差和RMSE)值比卵圆孔未闭的动力学。估计这一事实和实验结果表明,ARS染料表现出的亲和力CTASP PSO动力学的吸附剂。吸附过程可能是由扩散机制控制。起初,染料分子会迁移到吸附剂表面的大部分解决方案。这些染料分子会进一步扩散到室内吸附剂的孔隙。在孔隙的吸附剂吸附了地点,在内部粒子扩散发生在吸附剂的内部毛孔。intraparticle扩散模型给出了如下(61年]:


图14
动力学研究消除CTASP ARS染料的吸附剂。
表5
吸附动力学速率常数和其他参数。

速度决定阶段是重要的在确定过程的机制(图15)。确定系数(R2)值尽可能接近被选为最适合。


图15
Intraparticle扩散。
3.13。再生的研究

吸附剂的再生材料是必要的对于任何吸附技术自再生吸附剂的商业可行性的影响38]。解吸分析在使用CTASP进行理解CTASP的再生能力。再生活性炭去除效果的评估使用再生阶段第四周期(RAC)。第一次搅拌0.1克饱和的吸附剂CTASP 50毫升的200毫克L1ARS染料溶液1天。然后0.1 M氢氧化钠溶液搅拌3小时内使解除吸附饱和CTASP。过滤后,与去离子水洗涤和烘干在120°C。然后,它使用一次去除染料。这个再生活性炭是发现有90.53%的去除效率。第四周期,吸附和解吸研究分析再生循环的效率。在图所示的结果16并表明吸附剂的可重用性CTASP第四周期有效和吸附效率从61.43%下降到90.53%在第一周期。效率的降低可能是由于堵塞的活跃网站或目标污染物去除效率的损失。


图16
CTASP吸附剂的再生。

4所示。结论

本研究评估的合成一部小说,便宜,而且环保化学处理鳄梨种子粉(CTASP)作为吸附剂。然后,它是用来消除ARS染料的合成废水。利用一组技术,包括红外光谱、XRD、EDX、拉曼光谱、SEM,吸附剂为特征。实验与酸碱值显示解决方案的改变有显著影响吸附物吸附系统。pH值范围的3被发现适合消除ARS染料。活动网站和吸附剂的表面积增加,当吸附剂用量的增加,进而引起ARS染料的效率的增加。CTASP其最大承载能力与ARS染料用量的3 g L1,实现更好的去除效率ARS染料在50毫克L1接触时间的30分钟的温度303 K。据报道,吸附剂的最大吸附容量是67.08“万人迷”女友1。动力学ARS染料的吸附速率由算法最适合弗伦德里希等温线。的放热特性吸附热力学研究经验,并证明它变得不那么自发随着温度的增加。吸附剂的再生的研究表明,可以利用四个周期和提高效率。

数据可用性

所有的数据都可以在请求。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。