文摘

野生草本植物(牛至属植物(或),薰衣草花(LV)在本研究作为环境友好型吸附剂。使用的吸附剂是吸附铜和英航的水。重金属的吸附或和LV依赖于粒子的大小、剂量和方案博士吸附剂颗粒的直径小于282.8纳米。吸附遵循二阶动力学。朗缪尔和弗伦德里希模型已应用于描述平衡数据,和热力学参数,吉布斯自由能,∆G°、焓、∆H°,熵,∆年代°,已经确定。∆的积极价值H°表明野生草本植物的重金属吸附是吸热的。∆的负值G°在所有的研究表明,吸附温度是一个自发的过程。它可以得出结论或和LV承诺吸附剂对重金属的去除水溶液的浓度范围。

1。介绍

有毒物质的吸附造成工业废物的积累是很重要的,一个最危险的环境和社会现在面临的挑战。一个最重要的影响水资源是重金属污染物。这些金属离子存在一个重大风险动物和人类,因为他们的高毒性低和高浓度土壤和水。寻找新技术去除这些污染物涉及化学和生物方法。

污染材料变得越来越危险的随着科技的发展,和对不同重金属的需要,例如,在矿石加工和其他现代产业,促使组织关心环境的保护开发实验室和限制和法律有关处理工业废料在其释放到环境中有毒物质不超过允许的极限。研究人员,因此,努力找到有效的方法对污染物的去除浪费,但这些过程往往在经济上昂贵;因此,我们必须找到方法来绕过传统和高成本的先进的吸附技术。

污染物的吸附在固体表面上的重金属修复是一种有效的方法。活性炭是一种有效的、有竞争力的材料这一任务。然而,生产成本仍然很高;因此,许多研究人员已经开始寻找替代吸附剂当地天然材料制成的。植物是一种替代材料,可用于去除重金属离子从水系统和土壤。

当前的技术和科学的发展已经对人类带来巨大益处。他们已经成为依赖于技术和科学发展等各个方面的日常活动,贸易、工业、和工作。重金属是结构元素,如铅、锌、砷、镉、铜、钛、钴、锂、铝、汞和的形式可以是金属或溶解盐。

这些金属中存在的环境空气、水和土壤。例如,工厂的烟囱向空中释放金属氧化物,因此传输重金属污染对人类、动物和植物。此外,汽车尾气释放过氧化物,造成四乙铅的燃烧,到大气中,这是一种最普遍的路线与金属和海洋生物的主要污染这些污染物的运输通过对人类和动物海钓。此外,农业土壤污染最重要的食物来源之一,重金属,通过作物的灌溉水污染产生或使用杀虫剂。在这种情况下,金属是通过植物和水果的血管系统传播。因此,田间作物灌溉与排水水重金属污染的最重要和最危险的来源之一有毒重金属进入人体(1]。

有许多方法吸附重金属的环境中,化学和物理。然而,这些并不是经济可行的。因此,有必要研究低成本、有效的选择。吸附重金属的吸附技术是一个很好的选择,它用于处理废水和土壤。比较吸附剂物质,成本,以及有效性,必须考虑。活性炭是一种非常有效的替代用于吸附重金属废水,但可溶性极酸性条件下(2]。

因此,有一个增长的兴趣研究低成本、有效替代吸附剂。许多天然材料用于吸附重金属(镉、铜、铬、铅、镍、钴、锂),等Diplotaxis餐桌,Glebionis良性、咖啡渣、香蕉皮、水果和蔬菜的皮,仙人掌,稻草、麦秸、和salvinia植物,被发现3- - - - - -8]。

这项工作的目的是研究吸附铜和英航的水使用微粒牛至属植物(或),薰衣草花(LV),这被认为是对环境安全的和低成本的。在这项研究中,我们使用热力学、动力学平衡,吸附等温线的分析吸附行为。

2。实验

2.1。材料

在这项研究中使用的所有化学品均为分析纯。铜(Cl)₂h·4₂O(98%)和Ba (Cl₂4)·h₂O(90%)从Sigma-Aldrich购买(德国)。

2.2。制备的吸附剂

牛至属植物(图1)是一种绿叶植物作为食物的香料和调味品,以及医疗牛至的好处。它还包含多种抗氧化化合物,如rosmarinic酸。牛至的化学物质是那些给它独特的香气和味道。它包括麝香草酚、albinin、柠檬烯、香荆芥酚和carophyllene9]。

薰衣草花(LV图1)是一种植物生长和更喜欢阳光灿烂的开放区域。薰衣草是用于失眠、紧张、抑郁(10]。

本研究中使用的野生药草香料商购买。干草药被切成小块,磨粉使用实验室的行星球磨机(德科- pbm v - 0.4升)。粉末渗进粒子的100,200,300,400μ米使用一个八角形D200数字振动筛。吸附剂是存储在玻璃瓶为进一步使用没有任何预处理。

2.3。方法

在吸附研究中,使用蒸馏水准备各种解决方案所需的浓度从股票的解决方案。吸附实验进行的一系列烧瓶内包含100毫升的解决方案所需的金属离子的浓度和吸附剂草药的质量。混合物是动摇了16 h 120 rpm使用振动器(“Rotaterm”轨道和线性振动器)。混合物过滤,和重金属浓度测定电感耦合等离子体(ICP)质谱分析。吸附剂剂量的影响从0.1到2 g的金属吸附进行了研究。初始浓度10 mg / L。pH值的影响在重金属吸附过程研究了pH值从3 - 12,调整1 M·盐酸或1 M·氢氧化钠用酸度计,监测变化。此外,吸附剂粒径的影响研究从400年到不到50岁μm, 1和3 h之间的接触时间是不同的。温度的影响,研究了从25°到60°C 3 h吸附剂的使用0.5 g的初始金属浓度10 mg / L。

吸附平衡是研究不同金属浓度介于1和100 mg / L。此外,动力学实验与金属10 mg / L和0.5 g的吸附剂在室温下搅拌在120 rpm 6 h。

在吸附平衡,问_e(毫克/ g),计算通过使用以下方程: 在哪里C₀和C_e(毫克/升)的液相最初重金属浓度和平衡,分别;V解决方案(L)的体积;和米是干燥吸附剂的质量(g)。

金属吸附(广告的百分比_嗯%)的解决方案是计算如下:

符合一级和pseudo-second-order吸附动力学模型适用于描述吸附剂的行为。

平衡数据然后用朗缪尔和弗伦德里希等温线模型拟合。

热力学参数计算来描述吸附过程上或和LV包括标准焓(∆的变化H°),标准熵(∆年代°),标准自由能(∆G°)。

2.4。吸附剂的表征

傅里叶变换(ir)分析是用来确定吸附剂的官能团。吸附剂的颗粒大小是使用x射线衍射测量。最初的金属浓度吸附剂测定铜和英航的ICP测量。

3所示。结果与讨论

3.1。吸附剂的表征

图2显示了傅立叶变换红外吸收带的吸附剂。峰表明含官能团的存在地,在3300厘米- h⁻¹波长和羧酸(−羧基)组1600厘米⁻¹和1150厘米⁻¹波长,在吸附过程中发挥着重要作用,有效地吸附金属离子通过离子交换(11]。

生物质灰常的矿物成分显示了最低数量的铜和Ba(不超过0.072 mg / L)或一样,LV,因此,铜和Ba选择深造(图3)。

铣削野生药草后获得的最小尺寸是50μm。图4显示了吸附剂颗粒的大小,小于50μm。粒子的直径小于282.8纳米,达成的规模小于铣,和小颗粒可以增加吸附的有效性。

小粒度由细孔隙度特征和巨大的内表面积,而粉末形式大直径孔和较小的内部表面积。较小的孔隙大小导致更强和更大的吸附容量,因为小吸附剂粒径降低了质量输运和内部扩散的路径内的吸附剂的吸附剂(12]。

3.2。吸附剂的颗粒大小的影响

粒子在金属吸附的实验效果研究五大小小于50 (400μ米)在室温和初始pH值(分别为5和7铜和Ba)。图5表明金属吸附增加与减少颗粒大小或和LV。这种行为可以归因于内部表面积的增加与减少颗粒大小(12]。

这种行为是因为大部分的内表面的这些粒子可用于吸附。较小的颗粒大小给予更高的吸附率,因为金属离子有短路径转移毛孔内的小颗粒吸附剂(13]。

然而,预计使用较小的粒度应该给更大的去除率,因为增加的表面积,并随着粒径的增加,小孔数量的增加。粒子尺寸决定了传播距离,因为得到的吸附剂颗粒的尺寸标准筛子取决于粒子长度和宽度;因此,这就解释了减少与增加吸附剂吸附的金属颗粒大小(14]。

3.3。吸附剂用量的影响

吸附剂在重金属吸附剂量的影响或和LV进行了研究。如图6吸附铜的百分比和英航吸附剂剂量增加而增加。吸附百分比随着吸附剂剂量的增加是因为增加的交换网站的可用性较高的地区或表面吸附剂浓度(15]。类似的行为已经在先前的研究和观察到的来自矿物离子和吸附剂之间的相互作用的影响。增加剂量符合更大的面积和大量的吸附网站(16]。

3.4。pH值的影响

如图7,铜和英航的吸附百分比显著增加随着pH值从3到5,然后稳定下来,直到达到pH值7;之后,上面的吸附是一个轻微的降低pH值7对吸附剂或和LV(15]。

4所示。吸附动力学模型

理解速度和类型的吸附在吸附剂上,我们研究了几种动力学模型。

4.1。符合一级动力学模型

符合一级模型表达了以下方程: 在哪里问_e和问_t代表的金属离子吸附平衡和时间,t分别和K₁符合一级速率常数。

如图8和表1回归系数(R²≤0.96)表明,实验数据准确地支持一阶模型来描述铜离子的吸附动力学,但不支持它与英航离子。然而,我们发现的典型值问_米铜离子的低于实验值。这表明金属离子和涉及吸附剂在吸附过程中(17]。因此,一阶模型可能不适合解释吸附剂上的吸附离子的动力学。类似的结果不同金属离子的吸附动力学在其他吸附剂(17- - - - - -19]。

4.2。Pseudo-Second-Order动力学模型

pseudo-second-order模型表达了以下方程: 在哪里K²pseudo-second-order速率常数。

实验数据显示最高的最适合相关系数(R²≥0.996)pseudo-second-order模型为每个金属离子。此外,实验值与计算数据(表1)。因此,实验数据准确地支持pseudo-second-order对金属离子的吸附动力学模型。

这一发现表明,病原反应步骤不是边界层的电阻(8]。因此,病原反应步骤是化学吸收作用涉及价部队通过金属离子之间的电子交换和不同官能团的吸附剂(20.]。这与观察到的快速吸附是一致的。

如图8动力学分析对金属离子的吸附在催化剂一步透露:在平衡态吸附的速率。这一现象表明,化学吸附是吸附过程占主导地位的一步(11,21]。吸附半场(t1/2)的吸附金属离子的一半分钟13.45和21.80分钟之间,表明重大亲和吸附剂分子的吸附物(8]。

5。吸附等温式

理解的机制从水溶液中吸附金属离子吸附剂,我们测试了数个吸附等温线模型。朗缪尔吸附等温式是应用按照以下方程: 在哪里C_e吸附平衡浓度,问_e在平衡状态,观察到的吸附容量问_米最大吸附容量,K_l吸附平衡常数。朗缪尔吸附等温式显示一个线性关系C_e/问_e和C_e对金属的吸附或和LV(图9),和斜率R²数据表中给出2。情节表现出良好的相关系数和线性。的R²统一值非常接近,表明强烈的相关性与朗缪尔吸附等温式。最大的吸附剂的吸附能力,问_米(毫克/ g),金属离子高,这可以解释为与离子的共价相互作用。另一个原因可能是羧基的存在acid-containing香草糖,它结合金属离子(22]。的值R_l计算从以下方程:

R_l≤1,表明朗缪尔等温线是合适的吸附过程。对于单个吸附系统,C₀通常遇到的最高浓度的液相(23]。

弗伦德里希吸附等温线是由以下方程: 在哪里n弗伦德里希均衡系数;值的日志问_e策划反对日志C_e(图9)。斜率,R²数据表中给出2。在弗伦德里希阴谋的斜率,1 /n大于1,这表明吸附是合作。更高的值K_F和n显示较高的亲和吸附的金属(4]。值的1 /n< 1表明良好的吸附的金属,和价值观n范围内的1 - 10代表良好的吸附和良好的物理过程。更高的值K_F表明高吸附强度(24]。

朗缪尔和弗伦德里希等温线,很明显的金属离子被强烈吸附毛孔的草药。

6。热力学参数

为了理解吸附的性质,热力学自由能变化等参数(∆G°),(∆焓变化H°),熵变(∆年代°)可以使用以下公式计算:

热力学参数的值如表所示3。ln的线性化范特霍夫情节K_情商和1 /T如图10。

∆的值H°和∆年代°测定线性斜率和截距的阴谋。

参数表明,吸附过程是自发和吸热的。∆的积极价值年代°表明增加自由度(或疾病)的铜和英航离子的吸附物种。

∆的负值G°表明,铜的热力学过程是自发的、可行的和英航离子(8]。此外,负∆的增加G°值随着温度显示的概率增加吸附在更高的温度,这是符合早期报告(25]。

7所示。结论

在这项研究中,铜和英航的吸附或和LV研究对粒子大小、吸附剂的用量,博士吸附剂的表征揭示了存在的羧基团体参与金属离子的吸附。吸附与50个最大μ米粒子大小和0.5 g的吸附剂。金属离子吸附到野生药草遵循符合一级和pseudo-second-order动力学模型。铜和英航离子的吸附等温线数据拟合与朗缪尔和弗伦德里希模型。热力学参数表明,吸附过程是可行的,自发的,吸热自然铜和英航。因此,野生药草可以作为低成本吸附剂对重金属离子的去除水的解决方案。进一步的研究是必要的评估潜在的重金属吸附剂去除水的解决方案。

数据可用性

使用的数据来支持本研究的发现可以从相应的作者。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。

确认

研究者要感谢院长以来科学研究部公主Nourah少女阿大学下为这项研究提供资金的项目没有。216 -ص-38。