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Ferda Gonen, Tekinerdoğan, ”基于特定ZnF纳米粒子的合成(ZnFe2O4):抗菌性、表面特征和吸附活动AB 29纺织染料”,纳米技术杂志》, 卷。2020年, 文章的ID3139701, 9 页面, 2020年。 https://doi.org/10.1155/2020/3139701
基于特定ZnF纳米粒子的合成(ZnFe2O4):抗菌性、表面特征和吸附活动AB 29纺织染料
文摘
在这个调查中,颜色从合成含酸废水去除蓝色29 (AB 29)染料被ZnF-based纳米材料(ZnFe调查2O4)共沉淀法合成的一个批处理系统。SEM、ir和XRD分析被用于纳米粒子的表征(吸附前后),和分析结果进行了比较。pH值等参数、温度、染料浓度、纳米粒子用量影响颜色去除系统检查,和良好的颜色去除条件由经典的方法。从实验结果,有利条件确定吸附去除效率高:去除温度35°C和移除pH值2.0。在这些实验条件,吸附染料数量每单位质量的吸附剂和染料去除百分比测定为1489.79 mg·g−1和98.83%,分别。在的另一部分的研究中,三个不同等温线模型(弗朗缪尔,Temkin)被用来检查吸附平衡数据。朗缪尔,尤其是弗伦德里希线性等温线模型提供了最高R2回归系数,成功。由符合一级动力学数据评估和pseudo-second-order动力学模型的方法。最好是观察pseudo-second-order动力学模型代表AB 29-ZnF吸附动力学数据。Δ等热力学参数确定H,Δ年代,ΔG证明了AB 29-ZnF吸附系统是一个放热(Δ吗H< 0)、自发、热动力(Δ有利G< 0),稳定系统没有任何结构性变化在山梨酸酯和吸附剂(Δ年代< 0)。
1。介绍
家庭和工业污染源造成的色彩的美学外观是不受欢迎的水(1,2]。纺织工业废水的排放包括大量的偶氮染料nonbiodegradability,毒性和致癌的属性构成了重大威胁生态系统特别是水生生物取决于他们的高度集中和稳定的废水(3,4]。活性染料是一种重要的商业类重要的纺织染料。另一方面,这些活性染料是最稳定的和污染的染料在染色过程中。活性染料耗尽大约50%的水解和不固定的形式在洗涤过程中,和治疗他们是有问题的5- - - - - -7]。
物理、化学和生物处理方法是目前用于纺织废水处理。这些方法渗透、氯化、臭氧化、过滤,氧化过程中,纳滤,化学沉淀、离子交换、化学混凝/絮凝。传统的生物处理方法可能无法提供足够的治疗的完整颜色去除和降解有机物和染料。物理/物理化学方法如凝固和离子交换并不是经常污水处理的首选,因为高的运营成本。氯化消毒和臭氧化过程导致化学反应和允许分解有害降解成小的。此外,discharching氯化化合物对环境造成一些严重的环境问题。同时,臭氧化是一个不稳定的过程,需要大量资本费用根据需要立即使用快速的化学过程。许多研究人员研究水处理包含颜色由吸附去除使用低成本和环境兼容的材料(8- - - - - -10]。近年来开展的调查研究时,有一个有限数量的调查使用磁,抗菌,适合多个应用程序尤其对颜色从废水含有化学和生物污染负荷。在这个调查中,综合废水的解决方案包含AB 29染料进行准备ZnF-based纳米粒子的颜色去除。新奇的研究是使用ZnF-based纳米材料具有优异的低成本等优势、抗菌、环保的特点在治疗纺织染料溶液。最重要的优势ZnF-based纳米材料是许多有害的病原体的抗菌性能。这调查证明了两种不同类型的污染物的去除负荷(生物和化学)在国内和/或工业废水高效使用只有一个新型吸附剂,ZnFe2O4。
2。实验
2.1。试剂
为了合成氧化锌(ZnFe2O4)纳米粒子、铁(III)氯(FeCl3)、氯化锌(ZnCl2)、氢氧化钠(氢氧化钠)、盐酸(HCl)试剂从默克公司获得。此外,AB 29染料从Sigma-Aldrich获得。
枯草芽孢杆菌,肺炎克雷伯菌,大肠杆菌,肠球菌fecalis细菌从梅尔辛获得大学生物系的微生物实验室调查期间使用ZnF-based吸附剂的抗菌效果。
2.2。纳米粒子的合成
ZnF-based共沉淀法合成了纳米材料吸附的AB 29染料溶液。200毫升0.75铁(III)氯(FeCl3)和200毫升0.25 M氯化锌(ZnCl2)解决方案是相互混合,然后解决方案都惊动了。之后,2 M氢氧化钠溶液添加到混合物,而电磁搅拌器的pH值是10 60°C。最终的解决方案是过滤60°C 18个小时。排水方案在火山灰煅烧炉在300°C,和粒子合成转化成粉末粒子在砂浆11]。
2.3。表征实验
红外光谱(珀金埃尔默,傅里叶变换红外光谱仪),扫描电镜(ZeissSupra 55发射区域,扫描电子显微镜),和XRD (X 'Pert飞利浦品牌X射线衍射仪)被用于识别形态属性和识别阶段和合成粒子的晶体结构梅尔辛大学先进材料研究中心(MEITAM)。
2.4。颜色去除实验
颜色去除实验在120 rpm不断搅拌速率在一个批处理系统。所需数量的FeZn-based纳米颗粒被称重,然后混合染料溶液150毫升(AB 29)调整到所需的pH值与氢氧化钠和盐酸的解决方案。以特定的时间间隔采集标本和离心机(0、5、15、30、60、120、180年,240年,300年,360年,420年,1440年,1500年,1600年,1800年和2000年)在晃动水浴。离心机样本稀释和分析通过使用紫外可见分光光度计波长663纳米。染料去除%是由以下公式: 在哪里C0和Ce初始和平衡染料原丝在mg·L−1,分别。染料的数量单位吸附剂的吸附平衡的计算问e(mg·克−1使用下面的等式。染料的平衡量单位纳米颗粒的去除方面的决定问e(mg·克−1)使用以下方程。 在哪里是染料溶液的体积(左)和米吸附剂的质量(g)。
2.5。微生物生长和贮藏条件用于测定抗菌活性的纳米颗粒
枯草芽孢杆菌,肺炎克雷伯菌,大肠杆菌,肠球菌fecalis用于测定细菌的抗菌效应纳米颗粒从AO Adıguzel博士,请提供科学教师,生物系,土耳其梅尔辛大学。培养的营养琼脂营养(NA)和伊红美蓝乳糖蔗糖琼脂(EMB)媒体。
2.6。测定抗菌纳米颗粒的影响
扩散法是用于确定细菌的抗菌作用的文化。Mueller-Hinton琼脂(尼古拉斯)被用作营养在这个方法中基于抑制微生物在物质领域的发展是琼脂扩散进行了测试。在这种方法中,在潜伏期,ZnF (ZnFe2O4)基于纳米材料被添加到开放区域(微生物不能开发)形成孔。由此产生的区域直径以毫米。区直径计算的标准偏差在3重复执行所有的测试。(10- - - - - -13]。
3所示。结果与讨论
3.1。ZnF-Based纳米颗粒的表征研究
3.1.1。扫描电镜结果
SEM的形态特征进行分析,以确定ZnF-based前后吸附剂AB 29染料吸附。SEM图像如图1表明,合成材料大部分结构。可以看出有许多大孔隙表面的ZnF-based纳米粒子提供的证据有效利用作为吸附剂。
(一)
(b)
从获得的扫描电镜图片,表面毛孔了,充满了染料分子后删除(图1 (b))。从图像,颜色去除机制是决定吸附(结块尺寸大约30海里,形成大型结构相互连接)(14]。
3.1.2。红外光谱分析结果
傅立叶变换红外光谱分析确定ZnF吸附剂的吸附机理之前和之后的染料吸附。红外光谱研究了吸附剂的检测功能的有机组织的频率范围500 - 4000厘米−1,数据2和3显示红外光谱光谱ZnF-based AB 29染料吸附前后纳米材料。
从图2,看到广泛地代表弹性振动的峰值为3450厘米−1和顶点的500 - 600厘米−1Fe-O债券。轻微的峰值为1625厘米−1代表哦分子水的张力。在染料吸附(图3),一个轻微的峰值变化观察到所有峰值范围由于AB 29吸附的染料。同时,AB 29吸附的结果,它被认为是一个烷氧基切断债券在1100厘米−1。
3.1.3。XRD分析结果
进行了XRD分析调查阶段和晶体结构的ZnF-based吸附剂用于AB 29吸附。XRD分析(数据的光谱4和5)所示。
XRD分析结果,ZnF-based纳米材料有一个立方晶体结构,材料中的杂质并没有改变立方晶体结构如图4和5(15]。XRD分析表明ZnFe材料的简单公式2O4。
3.2。批量吸附研究
3.2.1之上。初始pH值效应和等电点的效果
初始pH值为废水除颜色最重要的参数。在这项研究中,为了观察pH值的影响参数对AB 29 ZnF-based纳米材料吸附,改变了pH值在2.0和10.0之间范围作为初始染料浓度、温度和吸附剂用量保持不变在100 mg·L−1,25°C和1 g·L−1,分别。
单位吸附剂吸附染料的质量在不同的初始pH值和删除值%吸附(AB) 29日如表所示1。
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从表1的有利的pH值最高的去除效率被确定为2.0。这种现象可以解释和等电点。吸附剂表面富含正电荷在pH值低于确定的等电点(pH = 7)。因此,静电相互作用带正电的吸附剂和染料阴离子之间增加了,因此,吸附剂的吸附容量也增加。
3.2.2。染料初始浓度的影响
最初的AB 29染料浓度的影响在吸附ZnF-based纳米材料研究的初始pH值2.0,温度35°C,吸附剂浓度1.0 g·L−1在25 - 2000 mg·L−1染料浓度。从实验结果,当最初的染料浓度增加从25 mg·L−1到2000 mg·L−1在AB 29染料吸附、单位质量吸附剂的吸附染料数量从25 mg·g−11489.79 mg·g−1,分别。在AB 29吸附过程中完全删除在最初观察到300分钟染料浓度25 mg·L−1观察,而吸附系统达到平衡在1500分钟初始染料浓度更高。
3.2.3。温度效应
温度对吸附的影响(AB) 29染料到ZnF-based纳米材料研究AB 29浓度范围和温度范围为25 - 2000 mg·L−1和25-55°C,分别通过保持初始pH值常数为2.0,吸附剂浓度的1.0 g·L−1。
吸附染料的最大数量单位质量吸附剂的吸附AB 29日在不同温度的均衡值如表所示2。
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根据表2,随着温度的增加,吸附量的增加每单位质量吸附剂的平衡在高浓度水平。从实验结果,最大数量的单位吸附染料ZnF纳米颗粒质量观察在35°C高染料浓度。
当温度上升超过55°C,在平衡吸附染料的量减少由于一些变化(损失造成的吸附剂表面活性吸附剂表面的温度降低)起源于吸附剂的内部结构,影响吸附率。这可以归因于失去活性的吸附剂表面温度增加,一些活跃的网站表面上的降解温度。
3.3。吸附剂的影响
表3显示的影响吸附剂的吸附浓度AB 29日通过保持恒定的溶液pH值2.0,最初的染料浓度100 mg·L−125°C的温度,当吸附剂浓度从0.2改为3.0 g·L−1。
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从表3的吸附量AB 29的单位质量吸附剂随吸附剂剂量增加而减小。这是造成吸附剂粒子之间的相互作用和凝聚吸附剂剂量时增加。从同一个表,发现吸附剂剂量的增加增加吸附率,并观察到颜色去除检测到98.53%,当吸附剂的量是3 g 1 L。
3.4。吸附平衡
在这个调查的一部分,线性回归,最著名的传统方法,用于测定等温线的参数。为此,朗缪尔、弗伦德里希和Tempkin等温线模型使用线性变换模型(LTFM)检查。等温线的常量值斜率和截距的确定每个模型方程线性形式的情节。等温线的参数为每个表中演示了等温线模型4(16,17]。
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3.4.1。弗朗缪尔,Temkin等温线模型
弗朗缪尔,Temkin等温线模型常数计算每个模型使用线性变换模型的情节(LTFM)和常量和决定R2值表中给出4。
因为它从表4,R2朗缪尔的值和Frendlich等温线模型应用于AB 29-ZnF平衡数据相当高。根据线性变换模型常数,它是确定AB 29-ZnF与朗缪尔吸附平衡数据兼容和弗伦德里希等温线模型。当Temkin模型回归系数为AB 29吸附,检查发现R2值很低,所以吸附系统似乎不符合Temkin模型。
3.5。吸附动力学
为了研究AB 29-ZnF-based纳米颗粒吸附的动力学机制系统,获得的实验数据的兼容性在不同初始染料浓度符合一级和pseudo-second-order动力学模型是研究[18]。为此,日志(问d−问tAB)值与时间图29染料是策划,和速率常数和模型R2从线性化图(回归系数)值。
3.5.1。符合一级和Pseudo-Second-Order动力学模型
符合一级动力学模型参数得到的吸附AB 29-ZnF系统展示在表5与R2回归系数值。从表中,发现理论值的从众实验的证明吸附过程不符合一级动力学模型。
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pseudo-second-order动力学模型是用来研究AB 29-ZnF吸附系统的动力学机制,和速率常数和动力学模型R2(回归系数)图的测定值t/问t在不同的AB 29浓度和时间,如表所示6(19]。
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pseudo-second-order动力学模型认为速率限制步骤包括吸附剂上的吸附物的化学吸收作用。从表6,浓度,pseudo-second-order线性回归相关系数(R2)远高于那些符合一级模型,理论与实验值的一致性的证明吸附过程符合一级动力学模型所代表的不能。这证明了ZnF吸附动力学AB 29不是diffusion-controlled [20.]。
3.6。吸附热力学
吉布斯自由能变化等热力学参数(ΔG),(Δ焓变化H),(Δ熵变化年代)值进行评估根据范托夫方程研究温度对吸附的影响的AB 29 ZnF-based纳米材料(21]。吉布斯自由能变化(ΔG),(Δ焓变化H),(Δ熵变化年代)值计算热力学方程给出的表7。
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因为它从表7吉布斯自由能变化值(ΔG),(Δ焓变化H),(Δ熵变化年代)术语- AB 29-ZnF吸附系统。这表明AB 29-ZnF系统的吸附过程是放热(ΔH< 0)、自然(ΔG< 0)和稳定(Δ年代< 0)没有结构性变化在固体/液体界面(22,23]。Purkait et al。24),伊克巴尔和Ashiq25],Karaoğlu et al。26)获得类似thermodinamically吸附行为在他们自己的调查结果。
3.7。测定抗菌吸附剂的影响
文献回顾的时候,发现ZnF-based纳米材料有很高的抗菌特性。这部分调查有关的决心的抗菌效果ZnF-based nanoadsorbent。
在这个实验部分,ZnF-based纳米材料的抗菌性能产生的洞琼脂扩散法测定腔扩散方法和两种不同的革兰氏阳性(枯草芽孢杆菌和肠球菌fecalis)和两个革兰氏阴性(大肠杆菌和肺炎克雷伯菌)的细菌。抑制区域观察到由于扩散敏感性测试展示在表8。抑制区域观察到枯草芽孢杆菌,肠球菌fecalis,大肠杆菌,肺炎克雷伯菌细菌的敏感性测试如表所示8(字段面积大小)和图6(图片)。
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(一)
(b)
(c)
(d)
从实验结果,可以说,ZnF-based纳米材料抗菌性能的抗菌效果四个不同细菌在不同吸附剂剂量。评估实验数据时,发现抑制区观察到25 mg / L, 50 mg / L, 75 mg / L剂量大肠杆菌;在50 mg / L和75 mg / L剂量枯草芽孢杆菌和肠球菌fecalis细菌;和75 mg / L剂量肺炎克雷伯菌菌血症。
作为实验研究的结果,ZnF-based纳米材料具有优越的优势的高级抗菌属性对许多有害的病原体除了环保颜色删除(26- - - - - -29日]。
4所示。结论
在这个调查中,AB 29染料的吸附到ZnF-based纳米材料在一个批处理系统实验研究。ZnF-based共沉淀法合成了纳米材料,用于AB 29染料溶液的吸附。对粒子表征,红外光谱是用来识别官能团的特征获得纳米材料。使用XRD对晶体结构和相分析;表面形态的扫描电镜分析。由于这些分析,颜色去除机制AB 29-ZnF系统确定吸附、和材料的简单的公式和ZnFe检测2O4。从抗菌效果测定实验ZnF-based纳米材料的抗菌效果,证明纳米材料为两个不同的革兰氏阳性(高级抗菌属性枯草芽孢杆菌和肠球菌fecalis)和两个革兰氏阴性(大肠杆菌和肺炎克雷伯菌)的细菌。
在另一个研究的一部分,朗缪尔,弗伦德里希,Temkin等温线模型应用于吸附平衡在不同的温度下获得的数据在AB 29染料溶液的吸附到ZnF-based纳米材料。这是观察到的平衡数据与朗缪尔吸附过程是非常兼容和弗伦德里希等温线模型。
为了研究吸附动力学、动力学模型在文献中被应用于吸附系统的实验数据。吸附数据结果表明pseudo-second-order动力学模型拟合的AB 29到ZnF纳米粒子的吸附数据,并得出结论,速率限制步骤将化学吸收作用。
吉布斯自由能变化等热力学参数(ΔG),(Δ焓变化H),(Δ熵变化年代)根据范托夫方程计算的帮助下获得的数据在不同的温度下。根据实验结果,AB 29-ZnF系统放热(ΔH< 0)、自然(ΔG< 0)和稳定(Δ年代< 0)没有固体/液体界面的结构变化。
进行试验研究的结果,ZnF-based纳米材料具有优越的优势如环境友好、抗菌特性对许多有害的病原体,和简单的合成过程。
在这个研究中,单一污染物的去除(AB纺织染料29日)准备从综合废水是通过使用一种新型吸附剂(ZnFe调查2O4)。然而,许多不同的污染物(重金属、酚、磷、石油等)可以在国内找到或工业废水在同一时间。因此,考虑到一个以上的污染物的影响,大规模处理实际废水系统的实验研究。此外,本研究可以使用一个连续的帮助下进行系统或多个反应堆为高染料去除的目的百分比和减少平衡时间。
的利益冲突
作者报告没有利益冲突。
确认
这次调查财务由梅尔辛大学研究基金项目没有。2017 - 1 - tp2 - 2266。作者感谢“梅尔辛大学的科研项目”“先进技术教育研究与应用中心”纳米颗粒的表征和同博士Adıguzel从理学院,生物系,梅尔辛大学的帮助下确定抗菌活性的纳米颗粒。
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