文摘

本研究的目的是探讨阳离子染料,罗丹明B (RhB),在水环境中使用的高性能基于金属氧化物纳米材料对绿色化学吸收剂。吸附的十二烷基硫酸钠(SDS)到合成α氧化铝(α状态”2O3)材料(米0)在不同离子强度下研究了低pH值SDS-modified制造一个新的吸附剂α状态”2O3材料(米1)。使用RhB删除米1远高于米在相同的实验条件下0。最优条件RhB删除使用米1是接触时间30分钟,pH值4,吸附剂用量5毫克/毫升。最大RhB删除使用米1达到100%,吸附量达到52.0毫克/克。RhB上的吸附等温线米1是两步安装的吸附模型。积极RhB分子之间的静电吸引和带负电米1表面吸附控制评估的表面电荷改变电动电势和吸附等温线。很高的RhB四再生后删除超过98%米1和最大去除所有实际证明SDS-modified纳米纺织废水样品α状态”2O3是一种高性能和可重用的废水除RhB材料。

1。介绍

罗丹明B (RhB)常用的染料行业如印刷、纺织、造纸、油漆、和皮革1- - - - - -3]。大量的RhB被释放到环境中,污染水和对生物系统和人类生命造成危险4- - - - - -6]。RhB相似的特点与其他合成芳香染料艰难淘汰出来的水由于高水溶性和困难退化的光线,温度,化学物质和微生物(7,8]。移除RhB废水处理是很重要的。传统技术基础上的生化、物理和化学属性是用来移除RhB从溶液的光催化降解9,10),离子交换(11,12),膜过滤13),和吸附6,14,15]。然而,这些技术显示出一些缺点如效率低,消耗时间长,不能生物降解的产品代(1]。一些研究者研究了光催化降解工业废水的RhB在紫外线辐射的有效因素下,温度,电子受体H2O2,pH值(10),和TiO2剂量(9,16),介绍了去除效率高、低成本、低消耗的时间。然而,光催化降解过程更多潜在处理RhB废水预处理比生(9]。另一方面,Goto et al。17]发现泡沫分离是其中一个最有效的方法从解决方案中删除两性离子RhB RhB吸附在泡沫表面的阴离子型表面活性剂十二烷基硫酸钠。此外,吸附是最合适的方法来去除水溶液RhB [7,8,18]。活化的碳作为吸附剂去除RhB广泛应用由于其简单性和效率7,9,19]。最近,活性炭已经产生一些多样化的自然材料,如橘子皮(2),栗子皮(20.),树脂(12,14),杏仁壳(19)、棕榈壳(21]。然而,活性炭是一种高成本材料,不适合发展中国家22]。因此,许多科学家更加注意发展的低成本吸附剂。可以被生吸附剂或RhB modified-adsorbents。秦et al。23证明了菲3O4/ RGO复合RhB更有效比活性炭去除。作者还发现RhB吸附的复合材料吸附容量的3.7倍和30倍的活性炭上的吸附率比(23]。Selvam et al。24]提到钠蒙脱石对消除染料是可用的和廉价的粘土。纺织废水的去除RhB实现更高的通过使用提纯膨润土的吸附技术比天然粘土由于较小的颗粒直径和更高比例的膨润土提纯粘土(25]。surfactant-modified-substrates去除RhB的使用已被证明是更有效的在很多研究中由于修改表面属性的优点和必要的表面电荷26,27]。表面活性剂的吸附等温线在电荷相反表面快速达到一个平衡状态,有助于修改吸附剂表面(28]。RhB切除的高效吸附水溶液被发现83.0%的阳离子surfactant-modified-bentonite粘土在高pH值9.0 [26),或99.3% RhB去除是通过使用阴离子surfactant-modified-zeolite的pH值3 (27]。使用各种吸附剂的吸附动力学RhB跟着pseudo-second-order模型(15,24,26,27]。强烈依赖于衬底表面吸附动力学和表面活性剂的类型(28]。

在我们之前的研究中,RhB完全是通过吸附技术使用阴离子表面活性剂十二烷基硫酸钠(SDS)——修改γ状态”2O3(29日]。尽管如此,γ状态”2O3具有较高的比表面积,α-艾尔2O3是最稳定的形式30.]。同时,α状态”2O3的主要成分是天然土壤,这样一个全面的研究α状态”2O3对进一步的调查与真正的土壤很重要。因此,系统地吸附去除RhB使用α状态”2O3在目前的研究中使用。应用SDS修改α状态”2O3表面为RhB废水的去除。吸附机制广泛调查基础上的充电行为吸附剂和吸附等温线。吸附剂的再生和申请RhB移除从实际纺织废水样品也在研究这项工作。

2。材料和方法

2.1。材料

硝酸铝(Al(没有3)3h·92O)和氢氧化钠颗粒,分析试剂,是来自Samchun(韩国)。十二烷基硫酸钠(SDS)(和光纯化学工业,> 95%的净化,kouichi有限公司、日本)直接作为表面改性剂使用前未经纯化。SDS临界胶束浓度(CMC)是由电导测定法测量在不同氯化钠浓度(p . a,默克公司,德国)在22所示°C中提到的地方(31日]。0.1的股票SDS溶液是准备吸附实验。罗丹明B (RhB)从默克公司购买一个分子量为479.02克/摩尔,纯度> 95%是采用阳离子染料。SDS表面活性剂的化学结构和RhB[其它地方描述的那样29日]。离子强度是通过添加合适的控制体积的0.1 M氯化钠。盐溶液过滤是0.2μ米纤维素膜在使用。pH值的解决方案是调整后的盐酸和氢氧化钠和测量pH计(美国汉娜文索基特)。超纯水MΩ18.2的阻力。cm用于所有实验的日常生产的超纯水系统(Labconco,关西,密苏里州,美国)。

2.2。α氧化铝合成和修改

纳米尺度的α氧化铝(α状态”2O3)被solvothermal合成方法根据我们之前发表的论文(32]。应该注意的是,所有氧化铝形式转换α状态”2O3在1200年的温度°c .因此,在最后一步,氧化铝粉末是保持在1200人°C 12 hα状态”2O3完全干燥器中冷却至室温。这种材料被表示为米0吸附剂。

2.3。修改α状态”2O3SDS的吸附

在每个修改实验之前,α状态”2O3纳米颗粒的尺寸范围从30到40 nm(由TEM(透射电子显微镜))大力混合了多个瓶2 h。然后,纳米粒子用了20分钟,消除粒子聚合。的α状态”2O3吸附剂进行了修改,添加适当的股票SDS溶液的体积。所有的吸附实验进行pH值6离子强度条件下0.01 M氯化钠。所有样品都彻底震撼2 h达到吸附平衡。

2.4。吸附去除RhB使用α状态”2O3和SDS-Modifiedα状态”2O3

SDS修改α状态”2O3是用超纯水洗净去除多余的SDS和形式米1吸附剂。使用合成RhB删除α状态”2O3(米0)和SDS修改α状态”2O3(米1)也进行了在室温(25±2oC)在不同条件下的pH值、接触时间、吸附剂量。每个吸附去除实验进行了至少三次。RhB浓度被紫外线量化(紫外可见光谱的波长554 nm使用分光光度计(uv - 1650 PC、日本岛津公司、日本)。检测极限(LOD) Rh的紫外可见光谱测定发现10−8M。RhB决心的去除(%) 在哪里C我和Ce最初,平衡浓度RhB (mol / L),分别。

SDS上的吸附能力米0和RhB到米1是由 Γ哪里的吸附量RhB(毫克/克),C我最初RhB浓度(mol / L),Ce是平衡RhB浓度(mol / L),米是分子量RhB(克/摩尔),然后呢米吸附剂用量(毫克/毫升)。

RhB上的吸附等温线米1安装了两步模型一般等温线方程。一般的等温线方程(33)是 在哪里 在浓度C RhB的吸附量, 最大吸附容量, 和 平衡常数在第一和第二步,分别和n是吸附的集群。C是RhB的平衡浓度。

评价吸附机制,评价了表面电荷的变化监测泽塔(ζ)的潜力。样本添加到一个塑料毛细管细胞,然后插入激光测速技术设置Zetasizer Nano z(英国莫尔文仪器)的电场下11.3 V /厘米。与30 subruns每个测量重复3次。的ζ潜在的被Smoluchowski方程计算(34]: 在哪里ζ是电动电势(mV),սe是电泳淌度(µm厘米/ vs),η是液体的动力粘度(mPa。年代),ɛrs是电解质溶液的相对介电常数不变(F / m),然后呢ɛ0电真空的介电常数(8.854×10−12F / m)。

3所示。结果与讨论

3.1。吸附SDS的合成α状态”2O3纳米粒子

合成的收费行为α状态”2O3纳米粒子(米0)修改后SDS酸媒体(pH值5)和不同离子的优势在图表示1。可以看出,电荷的迹象米0变化甚至逆转与阴离子的吸附SDS。的趋势是与先前的研究一致,阴离子的吸附等温式SDS表面活性剂发生分为四个地区或两个步骤(28,35]。的电动电势M0明显随SDS浓度的增加而减小,通过等电点(IEP),然后移动到饱和状态的电动电势保持常数。在第一个区域的SDS浓度低、电动电势米0慢慢减少,直到中性净电荷由于简单主要阴离子表面活性剂之间的静电相互作用和电荷相反氧化铝粒子在pH值5。有一个突然减量 潜在的第二所示区域由于表面活性剂聚合的α状态”2O3表面是hemimicelles而闻名。SDS表面活性剂之间的斥力是屏蔽的电解质离子结合烃链力量,导致形成了SDS总量。在第三区域,表面活性剂聚合物继续发展。在过去,不改变电动电势在临界胶束浓度(CMC)。


图1
的ζ潜在的SDS到基于吸附等温线α状态”2O3纳米粒子在pH值5.0和不同离子强度下的1到10毫米氯化钠。标准偏差是由三种不同的测量。

离子强度的影响在SDS吸附到α状态”2O3纳米粒子是澄清。的 的潜力米0后吸附不同浓度的SDS在pH值测量5和两个离子强度的条件下。结果表明,在固定SDS浓度、电动电势α状态”2O3纳米颗粒随离子强度的增加从0.1到10毫米的氯化钠。SDS吸附随着氯化钠浓度的增加而增加。电解液离子盾不仅阴离子SDS表面活性剂之间的静电力和电荷相反氧化铝纳米颗粒也之间的排斥力SDS表面活性剂分子之间/或hemimicelles [36]。,之后的效果比前一个结果,更多的SDS表面活性剂吸附和admicelles的双分子层形成米0表面(31日,37]。因此,表面电荷α状态”2O3仍然是高度有用的带负电荷的去除阳离子染料RhB。0.006的使用SDS在10毫米氯化钠是SDS-modified适合形式α状态”2O3(米1)材料。

3.2。使用不同的吸附剂吸附去除RhB
3.2.1之上。pH值的影响

pH值的解决方案是最重要的一个参数影响RhB删除使用米0和米1材料。pH值的解决方案强烈影响吸附剂的表面电荷米0和SDS对改性吸附剂的解吸米1 (31日,38]。pH值在RhB去除使用的影响米0和米1进行pH值3到10 1毫米氯化钠使用吸附剂用量5毫克/毫升,30分钟的接触时间(图2)。


图2
pH值在RhB去除使用的效果α- - - - - -米0和α- - - - - -米1材料在1毫米氯化钠(C我(RhB) = 10−5米,吸附剂用量的5毫克/毫升,接触时间30分钟)。

图2表明RhB删除使用米0材料除了pH值没有明显变化4在pH值范围的3 - 10 RhB删除降低pH值从3增加到10时使用米1材料。在pH值3α状态”2O3可以解除到解决方案,这样误差显示标准差高吗米1 (39]。应该指出的是,米0表面电荷随pH值增加,但净电荷密度米0是小的。因为RhB正电荷的pH值范围,以便RhB删除使用米0是相当低(约25%)。为米1材料,SDS解吸增强随着pH值的净负电荷米1降低[38]。在所有pH值范围,RhB删除使用米1比,使用高得多米在相同的实验条件下0。图2也表明RhB删除pH值4当使用取得了95.2和32.7%米1,米0材料,分别。因此,我们保持pH值4 RhB删除使用进一步调查米0和米1材料。

3.2.2。吸附剂用量的影响

吸附技术、结合位点和比表面积高影响去除效率,因为他们可以改变吸附剂的表面电荷密度(40]。的数量米0和米1材料从0.5改为30毫克/毫升(图3)。图3表明RhB删除使用米0和米1材料随着吸附剂用量的增加而增加,但RhB删除使用米1实现最高效率非常少量的吸附剂。吸附剂用量5毫克/毫升适用于去除大约为100%米1虽然RhB删除使用米0与这些吸附剂用量仅为26%。因此,最佳吸附剂用量米1是5毫克/毫升。


图3
吸附剂用量RhB去除使用的效果α- - - - - -米0和α- - - - - -米1材料在1毫米氯化钠(C我(RhB) = 10−5米,pH值4,接触时间30分钟)。

因为RhB删除使用米1,使用非常高米0,进一步的研究只调查RhB到M1的吸附材料。

3.2.3。接触时间的影响

接触时间被称为从最初的混合RhB吸附剂。RhB删除使用米1的接触时间范围0 - 180分钟图所示4。


图4
接触时间RhB去除使用的效果米1材料(C我(RhB) = 10−5米,pH值4,吸附剂用量5毫克/毫升)。

图4表明RhB去除使用的接触时间米1达到了平衡,只有30分钟。这次要快得多RhB在著名的吸附剂吸附活性炭(120分钟)41]。因此,接触时间30分钟是RhB删除使用固定米1材料。

3.3。吸附机制RhB合成α状态”2O3纳米粒子与SDS修改(米1)

吸附等温线是重要的理解吸附RhB到合成机制α状态”2O3纳米粒子与SDS修改(米1)。5表明在酸性介质pH值(4),RhB的吸附在低离子强度总是比在高离子强度高。在氯化钠浓度高、总反离子高,屏幕的表面电荷米1。因此,净负电荷米1增加(见图1),而阳离子RhB和带负电荷之间的静电吸引米1表面下降。我们建议RhB吸附到米1主要由静电吸引和离子强度对RhB吸附的影响是很重要的。


图5
吸附等温线的RhB SDS-modified上α状态”2O3纳米粒子(米1)在两个氯化钠浓度。点是实验数据,实线是由两步安装的吸附模型。

我们可以看到在图5的数据点代表RhB吸附上的实验结果米1是按照一个两步使用适合吸附模型参数表1。表1和图5表明,高原RhB吸附在1毫米氯化钠高于10毫米。有趣的是,相同的参数k2和n可用于两个等温吸附在1到10毫米氯化钠。然而,k1氯化钠是略高于1毫米k1t在10毫米。这意味着k1可能是有用的预测RhB的静电作用吸附到SDS-modified吗α状态”2O3纳米粒子。的最大吸附容量RhB使用米1材料被发现52毫克/克,远高于许多报道吸附剂(42]。

表1
吸附RhB到SDS-modified适合参数α状态”2O3(米1)。

确认吸附机制、收费的行为α状态”2O3纳米颗粒吸附被认为是之前和之后。图6表明,ζ潜在的合成α状态”2O3是关于在pH值5 + 23.0 mV。电荷逆转SDS后发生吸附,这样一个负电荷米1实现(ζ= - 53.1 mV)。由于与当地双层admicelles到的存在α状态”2O3表面的表面电荷α状态”2O3高度负面的。(31日,38]。然而,RhB吸附后,一小积极ζ获得了。的变化ζ可能表明RhB吸附到米1材料是由静电相互作用控制,同意与吸附等温线的结果。换句话说,我们可以证明静电引发的主要驱动力RhB吸附到SDS-modifiedα状态”2O3纳米粒子。


图6
的ζ潜在的合成纳米α状态”2O3,SDS-modified纳米α状态”2O3(米1),米1在10毫米RhB吸附后生理盐水(pH值5)。
3.4。重用潜力和SDS-Modified纳米的应用α状态”2O3

材料的重用潜力需要检查的稳定性和再生米1吸附剂。的米1吸收剂再生利用0.1 M氢氧化钠。图7显示了RhB切除后再生周期。很明显观察到四再生后RhB删除无关紧要的改变。RhB切除仍高于98%,表明米1 adsorbent-based SDS-modified纳米α状态”2O3高度可重用和高性能RhB删除。


图7
删除RhB使用米1四再生后。误差线显示三个复制的标准偏差。

应用程序米1吸附剂在废水样品评价吸附剂的性能是很重要的。纺织公司在越南河粉的废水样品陈列工业区挂日圆省,越南,在三个不同的排放地点收集和分析在相同的一天。然后,纺织样品离心去除固体和收集解决方案。RhB在每个纺织废水样本在最优条件下删除。表2显示了RhB移除从三个污水样品使用米1吸附剂。虽然RhB去除强烈受到许多因素的影响在实际样品中,RhB删除所有样品达到约100%。我们的研究结果再次表明SDS-modified nanoα状态”2O3是一种高性能吸附剂对废水除阳离子染料。

表2
移除RhB从使用SDS-modified纳米纺织废水α状态”2O3。

4所示。结论

我们有了科学研究使用合成RhB删除α状态”2O3纳米材料的表面改性阴离子表面活性剂SDS。使用SDS-modified RhB删除α状态”2O3远高于生吗α状态”2O3。合适的参数使用SDS-modified RhB删除α状态”2O3接触时间30分钟,pH值4,吸附剂用量5毫克/毫升。的最大吸附容量RhB被发现52.0毫克/克而去除达到100%。吸附等温线的RhB SDS-modified上α状态”2O3是按照两步吸附模型。基于表面电荷的变化监测电动电势和吸附等温式,我们表明,静电吸引的主要驱动力诱导吸附。的SDS-modifiedα状态”2O3是RhB可重用的吸附剂去除非常高的效率大于98%,此前4个再生周期而RhB使用这种吸附剂去除实际纺织废水达到约100%。

数据可用性

数据和支持材料包括在本文中。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突有关的出版。