文摘

水溶液含有有毒元素(te)(如六价铬(铬(VI))可以对人类有毒即使在微量水平。因此,去除te从水环境生物多样性的保护是至关重要的,水圈的生态系统,人类。工厂制造的氧化锌纳米颗粒(PF-ZnONPs),羽叶满江红植物使用,x射线衍射(XRD),能量色散谱(EDS)、扫描电镜、红外光谱技术被用于识别PF-ZnONPs ZnONPs,被用来去除铬(VI)的水溶液。大量的吸附参数进行了研究,包括pH值、剂量,金属离子的浓度和接触时间。PF-ZnONPs去除效率的铬(VI)被发现为96%(60分钟),在pH值4 69.02%,70.43%剂量(10 mg·L⁻¹)。最好发现pseudo-second-order模型描述的吸附铬(VI)到PF-ZnONPs,指示一个快速初始吸附通过扩散。实验数据也高度一致与朗缪尔等温线模型计算。

1。介绍

有毒元素(te)压力是一个重要的非生物压力,造成环境污染在最近的几十年里,和他们的浓度升高是高度有毒的植物(1,2]。目前,铬(Cr)是一个工商业的浓度环境中仍以惊人的速度增加(3]。作为世界上最大的生产国和消费国的重铬酸钠,中国面临着巨大的环境压力4]。六价铬(铬(VI)),除了不能生物降解的和高度溶于水的解决方案,也带来了健康风险当不当使用(5]。水含有超过50或100克·L⁻¹铬(VI)被认为是有害的6]。摄入铬(VI)从0.01到0.09毫克⁻¹已被证明损害肝脏、肾脏、肺,引起呕吐和溃疡7]。近26铬生产工厂在中国被抛弃,和超过40铬渣倾倒网站存在(4]。这将创建一个空白找到有效治疗TEs-contaminated水和经济上可行的方法。

各种方法用于治疗水解决方案包含测试工程师(例如,化学沉淀、离子交换和膜电解)(8]。te是目前治疗使用吸附过程的分子、离子或原子被绑定到吸附剂表面(9]。纳米材料是目前最有前途的土壤修复剂(10,11]。高特定变量的特征区域和强大的稳定性可以实现土壤重金属污染的治疗(12]。因为纳米材料是不溶于水,他们也发挥重要作用在治疗在水中重金属污染(9]。

植物性纳米颗粒生产与大量的应用程序是一个革命性的技术在农业、食品工业、医学(13]。最近,Mehmood et al。14)表明,硅纳米粒子产生木贼属arvense可以去除铬(VI)污染影响环境绿色和创新的方式。一般来说,合成NPs有限临床应用由于其毒性(13]。有很多优势使用植物性纳米颗粒与传统的物理化学方法相比,他们是有用的在许多生物和医学应用(13]。除了银(Ag)、铜(铜),黄金(Au),和很多人一样,氧化锌表明潜在的临床应用(生物合成的纳米粒子15]。研究者合成ZnONPs使用各种植物提取物,如德国洋甘菊,橄榄,番茄提取物(16),Koseret叶提取物(17),甜菜,马拉巴尔叶,和肉桂提取物(18]。我们合成ZnONPs羽叶满江红(美联社)植物。

作为生物肥料,美联社是水生蕨类植物植物修复氮在水里,可以发现在水生栖息地16]。它生长在水面高养分含量(19]。在最近的研究中,Cd、铜、铬、铁、铅、锰、锌被成功删除从环境中使用羽叶满江红通过吸附(捏造17]。通过生成羟基自由基在水中,美联社氧化有毒物质和显示了有效的结果20.]。

Green-synthesized纳米粒子已被用于治疗Cr多年的11,21,22),但尚未克服许多挑战。原位修复的一个例子,向环境释放的纳米颗粒是使用纳米颗粒去除污染物(21]。纳米颗粒构成的流动和有效表面积毒性风险当他们被释放到环境中22]。纳米粒子的性能应该保持,同时尽量减少潜在的缺点与用于去除铬(VI)。一个环保的和简单的方法来生产氧化锌纳米颗粒(ZnONPs)使用羽叶满江红作为吸附剂。当前的目标工作如下:(1)从植物中提取,产生ZnONPs(2)检查的特点产生ZnONPs PF-ZnONPs,(3)检查ZnONPs的效果和PF-ZnONPs Cr在水介质中。Plant-fabricated氧化锌纳米颗粒(PF-ZnONPs)特征使用x射线衍射(XRD),能量色散谱(EDS)、扫描电镜、红外光谱技术,及其吸附铬(VI)潜力评估。植物性NPs可用于通过这项研究可持续作物生产。

2。材料和方法

2.1。实验材料、化学品和试剂

无水硫酸锌(ZnSO₄)购买从Xilong科学有限公司(中国)。上海麦克林生化科技有限公司有限公司(中国)提供盐酸(HCl)和氢氧化钠(氢氧化钠)。重铬酸钾(K₂Cr₂O₇)是由广州华达提供化学试剂有限公司,有限公司铬(VI)的吸光度,用日本岛津公司uv - 160分光光度计测量。

2.2。植物提取物的制备和制造ZnONPs

羽叶满江红植物对环境友好制造的氧化锌纳米颗粒在深圳从商店购买,广东,中国(22°32′54.5”N114°03′52.4”E)。植物干在室温下4 - 5天。干植物被保存在聚乙烯袋,直到进一步的分析。ZnONPs工厂制造的,金等。23)方法与轻微修改之后。干燥后,10克羽叶满江红植物被称重,用水冲洗。被切成小块后,植物被浸泡在100毫升的超纯水锥形烧瓶10分钟50°C。我们收集、冷却、过滤提取使用滤纸,并存储在一个寒冷的房间。20毫升的叶提取物混合ZnSO 20毫升₄(1:1,1米)解决方案和搅拌6小时的70°C。氢氧化钠(2米)的解决方案是用来调整pH值至12。一旦ZnONPs捏造,从淡黄色变成白色。白色沉淀在烤箱干(上海逸恒-次封盖- 9240 a,中国)在80°C进行进一步分析。

2.3。描述Unfabricated和Plant-Fabricated ZnONPs

孔隙大小分布和打赌表面积unmanufactured氧化锌纳米颗粒(ZnONPs)和plant-manufactured氧化锌纳米颗粒(PF-ZnONPs)是由微粒学仪器公司(三星II 3020系列3.02版本^#2154)。ZnONPs的微形结构特征和PF-ZnONPs Gemini300牛津X-MAX热场发射扫描电子显微镜和能量谱和电子背散射衍射。表面官能团ZnONPs和PF-ZnONPs iS10 FTIR光谱仪检测(400 - 4000厘米⁻¹,决议4厘米⁻¹64扫描)Nicolli,美国。ZnONPs的结晶度和PF-ZnONPs获得使用XRD广角衍射仪(D8推进x射线衍射仪、力量、德国)。同时,ζ电位测量使用纳米布鲁克泽塔潜在伙伴分析仪。起源软件9.1版本被用来分析所有收集的数据从所有技术。

2.4。从水中吸附铬(VI)使用ZnONPs和PF-ZnONPs

几个pH值、接触时间和铬浓度是厄伦美厄烧瓶在批处理模式进行了研究。吸附实验进行pH值范围的2 - 8,吸附剂的10到300 mg·L⁻¹,联系的时候5到180分钟,Cr的20到100 mg·L⁻¹。12小时的解决方案是搅拌S10-3恒温磁力搅拌达到平衡。为了准备解决吸附,氢氧化钠/ HNO₃被用来调整博士使用0.45米注射器过滤器,一个整除收集。用紫外可见分光光度计测量吸光度在540 nm (24]。去除铬离子比例计算通过评估铬离子吸附剂所吸附的数量。 在哪里E代表了不同吸附和preadsorption金属浓度比率。

利用朗缪尔(Eq。2)和弗伦德里希(Eq。3)方程25),吸附等温线数据获得和建模如下:

污染物的吸附能力是由问_e(mg·克⁻¹在特定浓度()C_e);问_米代表的最大吸附容量;K_l(L·毫克⁻¹),K_F(mg·克⁻¹)代表朗缪尔和弗伦德里希等温线分别;n对应于弗伦德里希吸附强度的经验常数,这波动与材料的非均质性。

为了分析吸附动力学(26),符合一级、pseudo-second-order intraparticle扩散模型。

k1,k2的动力学常数。

2.5。统计分析

铬的吸附研究ZnONPs PF-ZnONPs在一式三份。确定变量,分析了实验获得%去除铬使用方差分析(方差分析)。所有的实验数据都三个复制的方法。图,建立了吸附等温线和吸附动力学模型使用平均值和标准差。纵观这些研究,< 5%作为意义的水平。

3所示。结果与讨论

3.1。Plant-Fabricated氧化锌NPs的表征

N2的adsorption-desorption等温线图所示1和插图显示了氧化锌纳米颗粒的孔隙大小分布(ZnONPs)和plant-fabricated氧化锌纳米颗粒(PF-ZnONPs)。中孔被发现存在于PF-ZnONPs基于iv型等温线和H3磁滞回线27]。与吸附曲线,解吸曲线显示了一个清晰的磁滞回线表明吸附剂和被吸附物之间的强相互作用28]。打赌分析确定的平均孔隙直径(4 V / A)和PF-ZnONPs的粒度(411.70 nm);他们的面积变大,可能帮助绑定重金属29日,30.]。PF-ZnONPs的表面积(打赌)是18.99米²·g⁻¹。在P / Po直径小于130.99 nm和总孔隙体积是0.038厘米³·g⁻¹。看来PF-ZnONPs可以为水污染(潜在的吸附剂31日]。

图2显示ZnONPs和PF-ZnONPs的微观结构和形态。SEM显微图似乎均匀大小和多方面的结构。XRD检测六角结构匹配这个模式。进一步分析的结构进行了使用TEM由于这个方法的局限性和聚集。锌元素映射图像,O和C ZnONPs和PF-ZnONPs见图3。EDS计算元素的重量比例为33%,36%,31%,C、O,锌,分别ZnONPs,和52%,29%,和19%的C、O、锌PF-ZnONPs(图2)。锌的浓度是证实了元素分布。水污染物可以通过增加吸附剂存在吸附容量当氧和碳(25,29日]。TEM图像了ZnONPs, PF-ZnONPs显示一个明确的吸附剂形状、大小和微观结构(图4)。此外,平均孔隙直径BJH多层多孔结构的吸附为15.01 nm。PF-ZnONPs能够被采用在现实环境中在不影响吸附能力(31日]。图4TEM图像表明,证实PF-ZnONPs六角对称由x射线衍射。计算通过XRD, PF-ZnONPs平均粒度20海里。原子间晶体飞机是清晰可见的决议附近10纳米。飞机一架飞机(101)和(102)由2.42和1.89,分别。

XRD ZnONPs模式和PF-ZnONPs提出了数字5(一)-5(b)。XRD研究了AP的结晶矿物学,ZnONPs, PF-ZnONPs。确定(100),(002),(101),(102),(110),(103),(200),(112),(201)和(004)多晶wurtzite-structured ZnONPs和PF-ZnONPs的峰值测量为31.67°,34.31°,36.14°,47.40°,56.52°,62.73°,66.28°,67.91°,69.03°,72.48°(26]。美联社的结晶,ZnONPs, PF-ZnONPs证明高峰的XRD图(27,32,33]。此外,红外光谱分析ZnONPs和PF-ZnONP表面进行(数据6(一)-6)(b)。ZnONPs光谱显示峰值约为1636.17,2924.49,和3447.75厘米⁻¹对应于C = C烯烃,ch,分别和羧酸哦拉伸(34]。而对于PF-ZnONPs光谱显示峰值约为916.66,1509.06,1632.86,和3442.61,这对应于C-O-C, C = C芳香,C = C烯烃,和h,分别,34]。有几个公司₂山峰在剩下的频谱。

此外,考察了表面ZnONPs的指控和PF-ZnONPs电动电势(图7(一)-7(b))。结果显示,美联社的表面电荷是−32.9 mV, ZnONP的表面电荷−33 mV, PF-ZnONP的表面电荷是−50 mV (31日,35,36),然后显示更稳定的PF-ZnONPs其他吸附剂37]。在PF-ZnONPs,负电荷与颗粒组(31日]SiO−物种在水中deprotonate颗粒组织,导致GS-SiNPs与表面负电荷(38]。

3.2。pH值的影响

污染物吸附在吸附剂表面强烈基于溶液的pH值(39,40]。这个实验研究了溶液的pH值是否影响消除铬(VI)通过改变2 - 8(图8(a))。pH值4,PF-ZnONPs和ZnONPs有效去除铬(VI)在69.00%和69.02,分别为(图8(a))。PF-ZnONPs降至67.61%的去除效率和ZnONPs pH值是7时降至66.92%。因此,PF-ZnONPs更有效地消除Cr在酸性条件下与中性条件相比,可能由于pH值的变化41]。这些结果可以归因于许多现象,尤其是减少铬(VI),和质子化作用和官能团的去质子化,根据不同的pH值(42]。质子化作用和解决方案的去质子化以及吸附剂的pH值显著相关(43]。在酸性条件下,PF-ZnONPs去除铬(VI)和更高的效率比在中性条件下,反映了pH值变化(41]。在pH范围为3.0 - -6.0,铬离子作为HCrO存在⁴⁻H₂Cr₄、和铬₂O₇²⁻(44]。中铬离子,CrO4²⁻是最容易可约的形式在pH值为6.0到12.041,45]。为进一步吸附实验,pH值4.0被选中。根据我们的研究,PF-ZnONPs能够有效去除铬(VI)至少在酸碱2和8(图8(a))。

3.3。吸附剂在不同剂量的效果

为了消除铬(VI),不同剂量的ZnONPs PF-ZnONPs测试(图8(c))。铬(VI)吸附ZnONPs和PF-ZnONPs优化了不同化合物从10到300毫克的剂量·L⁻¹60分钟。从图可以看出8(c)的清除能力吸附剂从70.43%减少到69.24%,PF-ZnONPs浓度增加,而ZnONPs降低吸附剂的去除能力从71.65%降至65.65%;这可以解释为吸附剂含有大量活跃的网站(29日,31日]。吸附剂的表面积和吸附潜力可以增加随着它的质量的增加(46]。

3.4。等温线和动力学分析

在最初的20分钟,有一个Cr吸附急剧上升,但60分钟后,它成为稳定(图8(b))。有一个解释吸附的Cr ZnONPs和PF-ZnONPs涉及官能团和活跃的网站。PF-ZnONPs而言,初始吸附率的增加更可能是由于铬表面络合基团比物理吸附(46]。此外,铬(VI)的吸附行为在ZnONPs和PF-ZnONPs进一步调查使用准一和二阶动力学模型,图9。表1显示了PF-ZnONPs相关动力学参数的计算值。吸附Cr PF-ZnONPs和ZnONPs pseudo-second动力学模型,很好地描述建议价部队和吸附剂之间的电子共享和金属离子28]。的问_马克斯ZnONPs和PF-ZnONPs的价值是68和70 mg·g⁻¹,分别。

朗缪尔和弗伦德里希等温线模型收集的数据理解铬(VI)吸附ZnONPs和PF-ZnONPs(图10和表1)。朗缪尔模型适合ZnONPs和PF-ZnONPs比弗伦德里希模型。在朗缪尔模型中,n代表一个指数系数。小1 /吸附性能得到了改进n比(41]。当1 /吸附反应是有效的n范围从0.1到0.5,1 /时是无效的n超过2。本研究的nPF-ZnONPs ZnONPs是0.88和1.471,表明良好的吸附反应。

主要有两个通用表面复合物参与吸附铬(VI),和他们之间的配置接口所描述的几何配置山梨酸酯和表面(47]。被吸附物复合物可分为两种类型,内在领域和outer-sphere,根据他们是否包含水化球体与矿物表面交互时的吸附物(47]。氧化锌纳米颗粒的表面含有羟基,使其有前途的候选人为去除金属离子和有机污染物(48]。铬(VI)的绿色纳米颗粒吸附动力学,得出化学吸收作用发挥了至关重要的作用。研究表明,铬(VI)吸附涉及许多不同的交互,如静电相互作用、疏水相互作用,配体和离子交换和氢键(14,49,50]。此外,崔et al。51)发现,溶液的pH值影响铬(VI)吸附和纳米颗粒表面发生了化学反应。此外,ZnONPs和PF-ZnONPs展出单层吸附铬(VI)的均匀吸附表面。这是确定PF-ZnONPs最大吸附容量为60.13 mg·g⁻¹,ZnONPs最大吸附容量为22.89 mg·g⁻¹。的吸附性能,PF-ZnONPs似乎是一个有前途的选择铬(VI)的去除污染水域。此外,移除的PF-ZnONPs Cr的性能是在文学与其他吸附剂相比基于吸附能力和结果展示在表2。

4所示。实际应用和未来研究的视角

由于广泛的研究在绿色合成的纳米粒子在过去的十年里,这一领域变得越来越有吸引力。各种植物提取物已经被证明是有效的合成和制造材料,和它们的属性作为稳定和减少代理已被证明是非常有效的控制材料合成。本文的目的是提供一个概览的使用氧化锌纳米颗粒在环境修复的修复铬(VI)。详细plant-fabricated氧化锌纳米颗粒的合成机制的研究和他们的能力从水中吸附铬污染已经表明,这是一个非常高效和环保的吸附铬。未来的“绿色”材料和纳米颗粒合成实验室工作扩展到工业规模,考虑到健康和环境问题。然而,“绿色”材料或纳米颗粒的合成来自biocomponents可能广泛应用于环境修复和医药、食品和化妆品行业。很大一部分的潜在海洋藻类和海洋植物的生物合成纳米粒子仍然是未知的。新的绿色制备的合成策略可能因此被探索。

5。结论

这次调查对氧化锌纳米颗粒和PF-ZnONPs制作氧化锌纳米颗粒羽叶满江红。的参数影响铬吸附初始铬(VI)浓度,剂量,时间,博士当Cr浓度从20增加到100 mg·L⁻¹,吸附增加。吸附过程是铬离子吸附等温线。发现PF-ZnONPs最大吸附容量为60.13 mg·g⁻¹。这项研究表明,植物制备氧化锌纳米颗粒是一种环境友好和有效的方法来吸附铬污染水域。此外,这些NPs也有较高的吸附能力,使他们更有益的和具有成本效益的。

数据可用性

使用的数据来支持本研究的结果包括在本文中。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。

作者的贡献

欧蕴结和瓦艾哈迈德同样都贡献给了工作。

确认

这项研究是由中国国家自然科学基金(国家自然科学基金委- 31860728)。