文摘

绿色合成的金属颗粒已成为经济改善和保护环境减少使用有毒化学物质和消除染料。金属颗粒的合成是获得更为重要,因为它很简单,合成粒子的速度,环保。当前工作的目的是报告一本小说和环境友好的方法合成的铁粒子使用去油Pimenta dioical .美林皮作为支持。靛胭脂去除效率通过臭氧化和催化臭氧化。合成材料以N2物理吸附和扫描电子显微镜(SEM / EDS)。靛胭脂的去除效率是通过紫外可见分光光度法进行测定后发现近100%只有20分钟的治疗下pH值3和催化剂装载1000球型投手−1。等分析技术测定总有机碳(TOC)内容和化学需氧量(COD)表明,铁粒子在脱脂的支持Pimenta dioical .美林外壳可以运用效率降低靛胭脂,取得了部分矿化(转换为有限公司2和H2O)的分子。从结果可以推断,准备biocomposite羟基自由基生成增加。

1。介绍

纺织工业是最大的消费者高质量的新鲜水处理材料的每公斤。它的生产过程,由于其本质,大大有助于污染,由于废水是一种持久性有机污染物的来源。这反映在高处化学需氧量(COD)值。纺织废水还含有化学物质如甲醛、偶氮染料、二恶英和重金属1- - - - - -3]。这些污染物大多有毒、致癌和持久的。染料大多是复杂的分子和自然退化在高温下,碱性条件下,紫外线(UV)辐射,和其他激进的发起者生成副产物的形成许多倍的有毒环境比原来的染料(4]。生成的副产品导致扰动在水生生物和食品。此外,纺织染料被设计成抗微生物、化学、热,和光解的退化,从而产生顽固的化合物(5]。因此,一个有效的、经济的技术将染料从纺织废水是必要的。从这个意义上说,几种传统方法治疗纺织工业废水的研究,如光降解、吸附、过滤、凝固和生物治疗(6,7]。然而,由于染料分子的稳定性的一些这些方法不是完全有效和可行的。从这个意义上说,先进的氧化过程(aop)研究了为了破坏染料分子,使脱色废水,减少有机污染。在这些先进的氧化过程(aop),臭氧化引起关注。臭氧化是一种有效的、多才多艺的和环保的技术,已被证明是一个很好的方法,除颜色(8,9]。它氧化有机污染物通过两种途径:直接与臭氧分子氧化和/或自由基的生成中间体,如何氏•激进的,这是一个强大的、有效的和非选择性氧化剂(10,11]。然而,臭氧化的氧化速率的限制污染物的化学和分子稳定(2,12- - - - - -14]。为了提高臭氧氧化能力的金属颗粒作为催化剂被建议(12]。在这种背景下,过渡金属是首选,因为他们表现出属性,促进臭氧化过程中自由基的生产。胶体粒子,合金或core-shelled,吸引了大量的关注由于组合的新的属性,出现不同的金属(协同效应)在纳米尺度和随之而来的增强产生的物理和化学性质的材料(15,16]。应用程序支持的金属颗粒固体表面之前已经报道过(17,18]。发现包含固定化颗粒的基质有几个功能在分析化学。概括地说,固定化颗粒或纳米粒子在固体基质显示了分析应用程序(几个优点19]。关于先进的氧化过程,金属催化臭氧化尤其注意对水的净化,因此金属颗粒被广泛的使用调查(20.,21]。在这种背景下,本研究的主要目的是测试一个新的biocomposite材料,由稳定的铁粒子使用去油Pimenta dioical .美林皮作为支持。去除效率的评估使用臭氧化和催化臭氧化的靛胭脂。甜胡椒(Pimenta dioical .美林)属于桃金娘科的家庭。墨西哥出口约4500吨/年和一半的生产加工。在石油开采过程中通过蒸汽蒸馏,hydrodistillation或超临界萃取贝瑞石油产量范围从3.0到4.5%。残留的石油开采过程中至少95.5%重量,达到每年1500吨。疲惫的甜胡椒是一种纤维材料,包含23.1%的纤维素,半纤维素8.5%,和26.8%的木质素和劝劝biosupport在这项工作22]。

2。材料和方法

2.1。试剂

获得了甜胡椒的残碎脱脂hydrodistillation过程的产物。这种浪费是第一个用一个包裹的解决方案(v / v) 40 - 60%,为了消除彩色和剩余物质;后来,这是干24小时的70°C。一旦吸附剂冷却,筛分数字10,80,和170个网格,获取粒子大小的2.00,0.177,和0.088毫米。然后存储在干燥器中。氢氧化钠、硫酸、硼氢化钠、硫酸铁、靛胭脂(IC)染料分析年级Sigma-Aldrich买来的化学物质。臭氧生成原位从干燥的空气由一个臭氧发生器(太平洋臭氧技术),平均臭氧生产0.005 gdm−3。

2.2。合成的铁粒子在脱脂多香果壳和铁受支持

使用多孔材料是一个有趣的替代控制粒子的稳定零价(16]。之前报道,多孔材料的就业提高了稳定性和催化特性支持的金属颗粒和纳米粒子6]。在这个工作去油多香果壳采用多孔材料的合成和金属粒子的稳定。铁粒子的合成和支持去油多香果壳如下:大约10 g的脱脂多香果壳(MPS)是放置在一个500毫升和250毫升的锥形烧瓶和混合FeSO 0.01米4解下24小时连续搅拌在室温和N2的气氛。然后10毫升0.1添加氢氧化钠溶液和由此产生的泥浆一直搅拌下进行进一步的半个小时。经过这一次,60毫升0.25 NaBH4解决方案逐渐添加为了获得金属颗粒通过反应(1)[16]。真空过滤后,固体试剂级丙酮清洗和贴上议员/ Fe。合成不支持的铁粒子(Fe-NP), 250毫升0.01 FeSO4解决方案是15摩尔为0.1氢氧化钠溶液混合和60毫升0.25 NaBH4。由此产生的泥浆也是在真空过滤固体试剂级丙酮清洗和贴上Fe-NP:

2.3。臭氧化

不同的臭氧化处理在鼓泡塔反应器(参见图1 L上升气流1)。臭氧是美联储通过气体扩散器的孔隙大小2μm。加热催化臭氧析构函数(太平洋技术d41202)采用以破坏臭氧的多余的玻璃泡罩塔反应器出口的所以没有臭氧被排放到大气中。以特定的时间间隔采集标本进行分析。所有实验都是在室温下进行(19°C±2), pH值调整为3.0分析纯硫酸和氢氧化钠,和最初的IC浓度是1000球型投手−1。评估变量是颗粒大小和固体浓度。为了建立IC合成材料的吸附能力,他们每个人都被放入一个IC解决方案没有喂养臭氧。在这些实验中IC浓度在特定时间间隔。建立了紫外可见分光光度法进行测定


图1
臭氧化反应的装置的示意图。(1)向上流玻璃泡罩塔反应器。(2)多孔玻璃(气体扩散器)。(3)太平洋技术D412臭氧驱逐舰。(4)臭氧发生器。(5)干燥的空气入口。(6)取样阀。(7)反应的解决方案。
2.4。化学分析

确定以特定的时间间隔靛胭脂的浓度是采用光谱光度测量的技术。对于这样一个目的一个紫外可见分光光度计珀金埃尔默λ25模型使用。分析了样品在200到900纳米的范围960 nms的扫描速率−1。610纳米的最大吸光度被发现,归因于靛胭脂(IC)染料。靛胭脂的矿化程度是由测量的总有机碳TOC-LCPH /总有机碳分析仪尼共岛津制作所。样品的化学需氧量测定采用美国公共卫生协会(APHA)标准程序23]。

2.5。描述
2.5.1。扫描电子显微镜(SEM / EDS)

获得的图像在JEOL地产6510 lv仪器15千伏10毫米WD使用二级和背散射电子信号。样品被涂上一层黄金20纳米薄膜使用丹顿真空桌子IV溅射设备与一个黄金的目标。x射线能量色散谱分析在牛津PentaFetx5校准之前所有分析铜标准。

2.5.2。选择分析

表面积和孔隙特征的原始(议员)和脱脂去油多香果壳多香果壳原始铁粒子(MPS / Fe)测定N2气赌分析(双子座2360仪器)获得氮吸附在77 K。氮吸附等温线记录到一个相对压力评估总孔隙体积。使用孔隙体积和密度孔隙度确定。

3所示。结果与讨论

3.1。臭氧化
3.1.1。添加支持和支持铁粒子对集成电路的影响浓度

IC的臭氧化鼓泡塔反应器中执行了不支持的铁粒子(NP-Fe),原始脱脂多香果壳(MPS),并支持铁粒子在脱脂多香果壳(MPS / Fe)。所有实验最初的IC 1000球型的浓度−1。最初的吸收光谱显示集成电路吸收带,最大在610海里(见图2)。这个乐队在臭氧化监控实验与每个材料(NP-Fe、议员和国会议员/ Fe)。图2表明,乐队在610 nm显著减少议员/ Fe 20分钟相比,暗示更大的有效性在IC的退化。吸收带与最大值300海里π债券,这些都是与应用程序减少了20%的臭氧(O3)、臭氧/议员(O3/议员)、臭氧/铁(O3/铁粒子NP-Fe),表明分子没有完全退化。这些π债券是IC分子分解的结果在臭氧化过程中产生的自由基的作用。


图2
效果的支持和支持铁粒子的紫外可见光谱靛胭脂后20分钟的臭氧化的解决方案。

图3显示了IC浓度剖面作为时间的函数。它可以观察到,IC时最快的材料的降解与支持的铁粒子(MPS / Fe)工作。议员/ Fe导致几乎完全降解后的染料只有20分钟的臭氧化。在多相催化支持结构属性的积极影响活动网站上的分散和可用性是众所周知的。在这种背景下,hydroxo(哦)或含氧的(= O)组在合成阶段提供了一个更大的表面积金属粒子在材料的合成22]。


图3
物质和时间对集成电路的影响浓度(▴)支持脱脂多香果壳(MPS / Fe)[⋄]脱脂多香果壳(MPS), ( 铁金属颗粒(NP-Fe),(□)靛胭脂(IC)只有臭氧。

国会议员和国会议员的吸附容量/铁材料测试没有冒泡的臭氧。图4两种类型的材料显示了结果。没有两种材料(议员或议员/ Fe)显示在接触时间吸附的一个重要能力。


图4
添加材料的类型和时间对集成电路的影响没有臭氧浓度。

阐明了化合物不愿进一步恶化在每个治疗,反应溶液的紫外可见光谱作为时间的函数进行了分析(图5)。从这个图可以看出,相对应的频谱集成电路有两个吸收带最大值在610和340海里。第一个乐队的特点是集成电路,后者可以归因于助色团(N,所以3)与苯环。的一个主要产品集成电路是由臭氧化降解时靛红磺酸、展品最多的304 nm的吸收辐射。这个副产品的存在被分析的标准试剂级紫外可见。


图5
添加材料类型对臭氧化过程的影响在紫外可见光谱。反应时间:60分钟。

当只有臭氧应用于集成电路的解决方案,这是观察到的最大吸光度在610 nm减少,这表明特征蓝色也减少。这可能是由于磺酸盐集团的损失,因为这是助色团,因此增加颜色强度。从图6,很明显,添加议员/ Fe臭氧化过程减少靛红的浓度降解生成的磺酸IC的比例比其他类型的固体。值得观察的是,支持也有积极的影响靛红退化。然而,这是大大低于当议员/ Fe。因此,议员的使用/ Fe不仅增强了IC退化也明显减少了浓度的主要子积(靛红磺酸)生成的臭氧化过程中。


图6
测试材料对靛红磺酸浓度的影响。
3.1.2。添加支持和支持铁粒子对总有机碳和化学需氧量

表1表明,国会议员的使用增加了总碳在退化IC (TOC)。这可以归因于脱脂碎材料的降解在臭氧化过程中。尽管如此,除了支持的铁粒子臭氧化过程大大增强了总有机碳移除。表1表明,MPS / Fe的使用不仅使IC降解速度也抑制降解的支持。据的分析总有机碳的议员/铁会导致76%的去除TOC只有20分钟后的治疗。在相同的反应时间,单独臭氧不能减少TOC。这可以归因于臭氧能力进一步降低靛红分子。

表1
固体材料在最后的总有机碳含量。

图7确认IC氧化程度很大程度上取决于类型的添加材料在臭氧化过程中,这是给化学需氧量(COD)。这些结果一致TOC测量。的影响的国会议员/ Fe靛胭脂的去除臭氧化提供了一个协同行动,增加了靛胭脂的降解率(图7)。活性氧化物种的形成,即自由基(HO)•)在臭氧化过程中,与此同时生成其他自由基和过氧化氢。因此,使用议员/ Fe引入了新的反应,主要芬顿类型、矿化和氧化程度的积极影响集成电路解决方案。

(一)
(一)
(b)
(b)
图7
(a)影响催化剂类型的化学需氧量(COD);(b)提出靛胭脂退化机制。

的影响的国会议员/ Fe臭氧化过程生成一个生产不受自由基的反应(2)- (4)。臭氧在溶液中反应生成羟基自由基(HO)•)和自由基超氧化物(2),在过氧化氢的生产(2)- (3): 合成零价粒子(Fe0)预计将容易氧化。然而,IC退化结果表明,支持允许铁粒子表现出催化影响自由基的生成(HO)•)。这种效应可能与支持表面的铁粒子之间的相互作用(24,25]。后果,这种催化功能不支持,而减少当铁粒子。实际上,因为之前的报告24,26,27),当臭氧结合MPS / Fe,何鸿燊的集约化发展•生产的预期。硬币在复合亚铁议员/ Fe通过以下反应可能产生亚铁的形式参与反应 所以FeO说2 +与过氧化氢反应(氧气的痕迹从臭氧生成的过氧化反应(2)- (4))产生自由基。然后通过自由基降解的有机物如以下所示的反应变得似是而非的(12,28,29日]: 菲3 +物种可能回到菲2 +通过以下反应(27]: 因此,当议员/ Fe添加到这是催化臭氧化过程。这个铁的催化效果2 +对臭氧化之前认可(9,12]。因此,自由基的产生的协同效应(HO)•, 通过臭氧化反应()2)- (4铁()和催化臭氧化反应与支持5)- (7不能被忽视的)。

这个方案下的退化IC对靛红和其产品被建议18)根据发生机制图中描述7。

3.1.3。颗粒大小的影响

还粒径的影响议员/铁材料的评估。三个不同粒径测试2.00,0.177,和0.088毫米。IC 1000球型的初始浓度−1反应时间是60分钟。结果如图所示8并建议固相的存在和intraparticle质量传输电阻可能最小化时,粒径为0.177毫米(80网)最好的结果和更快降解染料的使用在其他条件测试。值得注意的是,吸附的影响评估所有测试材料没有臭氧的存在。结果表明,这种现象是可以忽略的所有材料。不支持的铁粒子(NP-Fe)没有表现出良好的效率与支持的议员/ Fe。


图8
支持的铁颗粒粒径对靛胭脂浓度剖面。
3.1.4。催化剂浓度的影响

为了研究这个变量的影响与相应的重复进行了三个实验。在所有实验IC 1000球型的初始浓度−1反应时间是60分钟。图9除显示了积极的影响集成电路在使用[议员/ Fe] = 1000球型投手−1。议员/铁的存在提高了臭氧化过程,及其对染料降解浓度有很强的影响力。IC降解率增加当议员的质量/铁增加,这也是一个象征的液固传质阻力可以忽略不计。值得指出的是,取消吸附到国会议员的IC /铁粒子被发现可以忽略不计。只有1.8%的集成电路是被这一现象。


图9
影响催化剂加载靛胭脂浓度剖面。
3.2。材料的表征
3.2.1之上。SEM / EDS和元素分析

SEM显微图的议员和国会议员/铁材料图10 ()显示父支持为非晶态。这些铁的沉积后保持不变。元素分析中发现的物质元素议员可能充当天然材料(峰值C、O、K和Ca,天然材料的典型元素),如图10 (b)。正如所料,铁被检测到议员/ Fe示例(见图10 (c))。SEM / EDS分析允许识别大约250纳米大小的铁粒子(图10 (d))。重要的是要注意,增加氧观察议员/ Fe示例表明FeO说的存在2 +物种仅在与支持(议员)。碳的重量百分数下降观察议员/ Fe示例(见表2)可能是由于涂层表面的铁粒子。

表2
催化材料的特点。
(一)
(一)
(b)
(b)
(c)
(c)
(d)
(d)
图10
SEM / EDS图片的合成材料。
3.2.2。N2物理吸附

结果在表2表明,MPS /铁具有更大的比表面积。增加可能的后果进行化学处理的外壳在催化系统准备工作。

4所示。结论

不支持,支持铁粒子是通过一个相对较低的成本法合成的。靛胭脂去除臭氧化和臭氧化和不支持,支持菲生物材料进行了研究。议员/ Fe大幅提高了靛胭脂的退化和臭氧化过程中生成的子积。催化臭氧化导致达到比单独臭氧化反应速率快两倍。议员/铁的使用允许76%的TOC的去除后只有20分钟的臭氧化。发现合成材料没有表现出显著的吸附特性。

利益冲突

作者宣称没有利益冲突有关的出版。

确认

第一作者承认奖学金248402 CONACyT追求她的研究生的学习。即通过项目也承认金融支持103.5 / 13/5257。