Синтез нового многофункционального органического

Том 13 научных отчетов, номер статьи: 12845 (2023) Цитировать эту статью

684 доступа

1 Альтметрика

Подробности о метриках

В этом исследовании мы использовали стратегии механосинтеза с использованием растворителей для формирования многофункциональных органо-неорганических нанокомпозитов, способных удалять как органические, так и неорганические загрязнения. Композит цеолита X (Ze) и активированного угля (AC) был синтезирован посредством современного механического смешивания в присутствии нескольких капель воды с образованием Ze/AC. Второй композит (Ze/L/AC) был синтезирован аналогичным образом, однако в этот композит в качестве линкера был добавлен динатрийтерефталат. Оба материала, Ze/AC и Ze/L/AC, были охарактеризованы с помощью сканирующего электронного микроскопа (SEM), энергодисперсионной рентгеновской спектроскопии (EDS), порошковой рентгеновской дифракции (P-XRD), инфракрасной спектрометрии с преобразованием Фурье. (FTIR), система ускоренной измерения площади поверхности и порометрии (ASAP) и термогравиметрический анализ (TGA). СЭМ-ЭДС отображал структуру поверхности и состав каждого материала. Содержание натрия, кислорода и углерода увеличивалось после соединения линкера Ze и AC. P-XRD подтвердил кристалличность каждого материала, а также композитов, а FTIR указал функциональные группы (C=C, O–H) в Ze/L/AC. В экспериментах по адсорбции загрязнений исследовали влияние pH, температуры и ионной силы на адсорбцию метиленового синего (MB) и Co(II) для каждого материала. При адсорбции МБ скорость реакции первого порядка Ze/L/AC (0,02 ч–1) была вдвое выше скорости реакции Ze/AC (0,01 ч–1). Скорость реакции Ze/L/AC (4,8 ч–1) также была чрезвычайно выше, чем скорость реакции Ze/AC (0,6 ч–1) при адсорбции Co(II). Композит Ze/L/AC достиг максимальной адсорбционной способности 44,8 мг/г для MB и 66,6 мг/г для ионов Co(II). Адсорбция MB Ze/AC и Ze/L/AC лучше всего соответствовала модели Фрейндлиха с R2 0,96 и 0,97 соответственно, что указывало на многослойную адсорбцию. Данные по адсорбции Co(II) хорошо соответствовали модели Ленгмюра с R2 0,94 и 0,92, что указывает на монослойную адсорбцию. Эти результаты показали, что оба материала обладают хемосорбцией. Энергия активации Ze/L/AC при адсорбции МБ (34,9 кДж моль–1) выше, чем у Ze/L/AC при адсорбции Co(II) (26 кДж моль–1).

Загрязнение, вызванное чрезмерным использованием ионов тяжелых металлов и органических веществ в промышленных процессах, прямо или косвенно привело к сбросу отходов в водные пути, загрязнению экосистем и влиянию на жизнь людей1,2,3. Ионы тяжелых металлов, таких как кобальт (II), никель (II), хром (VI), свинец (II) и другие, могут быть токсичными для жизни даже в низких концентрациях4,5,6,7. Токсичность кобальта, никеля, хрома и свинца может проявляться при концентрациях 7 мкг/л, 100 мкг/л, 50 мкг/л, 5 мкг/дл соответственно8,9. Тяжелый металл, такой как кобальт, попадает в окружающую среду разными способами, включая использование нерадиоактивного Co в промышленных процессах и радионуклидов 60Co и 58Co в медицине5. Сообщалось, что уровень кобальта в крови был связан с повышенной спастичностью мышц8. Аналогичным образом, высокие уровни органических загрязнителей, таких как красители и фенольные компоненты, могут быть высокотоксичными. Например, прием метиленового синего (МБ) может вызвать обильное потоотделение, тошноту, рвоту, апоптоз нейронов, ощущение жжения и многие другие негативные последствия для здоровья10,11.

Для фильтрации тяжелых металлов и красителей применяются различные эффективные методы, включая обратный осмос, дистилляцию и адсорбцию. Однако найти дешевый и эффективный метод сложно. Например, обратный осмос является наиболее распространенным методом фильтрации воды, но при этом методе часто теряется значительное количество воды12. Более того, процесс обратного осмоса всегда удаляет из воды большое количество полезных минералов12. Дистилляция – еще один распространенный метод, но он позволяет фильтровать лишь небольшое количество воды и требует больше энергии13. Среди методов адсорбция по-прежнему остается наиболее эффективным методом благодаря своей высокой эффективности и дешевизне13. Адсорбенты можно дешево производить из недорогих материалов, таких как сельскохозяйственные отходы, наноматериалы и полимеры13. Эти адсорбенты могут быть физически и химически спроектированы для фильтрации конкретных загрязнений. Например, различные типы материалов металлоорганического каркаса (МОФ), включая Zr-МОФ, ЗИФ-8, ЗИФ-67 и КИУБ-МОФ-1, были разработаны для удаления определенных металлов, таких как свинец, ртуть, метиленовый синий и метиловый спирт. оранжевый14,15,16.