Получение магнитного нанобиокомпозита Ni0,5Co0,5Fe2O4/активированный уголь@хитозан как нового адсорбента метиленового синего в водных растворах.

May 07, 2023

Научные отчеты, том 13, Номер статьи: 6137 (2023) Цитировать эту статью

794 доступа

1 Альтметрика

Подробности о метриках

Метиленовый синий — катионный краситель, не разлагающийся естественным путем благодаря своим ароматическим кольцам. Соответственно, для его удаления предложены биологические, химические и физические методы очистки воды. В этом отношении адсорбция является экономичным и эффективным методом. В данной работе в качестве адсорбента синтезирован магнитный нанобиокомпозит никель-кобальтовый феррит/активированный уголь@хитозан. Наноадсорбент оценивали с помощью FESEM, который определил размер частиц ~ 16,64 нм. По данным EDAX-анализа чистота частиц составила 99%. Рентгенографическое исследование показало успешное покрытие хитозаном, правильное размещение никель-кобальтового феррита и неструктурированность кристаллитов. Удельная поверхность составила 316 м2/г по теории БЭТ и 285 м2/г по теории Ленгмюра, а объем пористости составил 0,18 см3/г. По данным анализа ВСМ магнитное сопротивление и коэрцитивная сила составили 1,1 эме/г и 499 Э соответственно. FTIR-анализ показал, что реакция прошла успешно и на поверхности адсорбента присутствовал метиленовый синий. Тест на адсорбцию метиленового синего показал, что было адсорбировано 388 мг/г красителя (удаление красителя 97%), а конечная концентрация достигла 6 мг/л через 8 часов. Точка нулевого заряда (pHpzc) составляла 6,8.

Неправильная утилизация загрязняющих веществ, таких как ионы тяжелых металлов, красители, фармацевтические отходы, пестициды и органические соединения, в водной среде является глобальной проблемой1. Красители являются загрязнителями, которые могут вызывать мутагенез и канцерогенез. Они используются в качестве основных химикатов в различных отраслях промышленности, таких как кожевенная, бумажная, текстильная, резиновая, пластиковая, фармацевтическая и косметическая1. Сброс содержащих красители сточных вод в водные источники увеличивает загрязнение воды, блокирует солнечный свет и нарушает экологический баланс2. Кроме того, ароматические кольца в структуре некоторых анионных и катионных красителей делают их токсичными и при разложении в организме приводят к головокружению, желтухе, цианозу, жжению, аллергии, рвоте и диарее2. В результате необходимо удаление этих загрязнителей из воды. По мере развития технологий внедряются новые методы очистки воды. Методы очистки воды делятся на три группы: химические, включающие окисление3, ионный обмен4 и осаждение5; физические, включая фильтрацию6, адсорбцию7, воздушную флотацию8 и коагуляцию9; и биологические, включая аэробные и анаэробные2. В целом, из-за низкой стоимости и высокой эффективности адсорбции, это наиболее правильный и эффективный метод очистки воды. В качестве адсорбента использовались различные соединения, например, углеродные нанотрубки10, активированный уголь11, цеолит12, оксиды металлов13, хитозан14, наноматериалы ядро-оболочка15, магнитные нанокомпозиты16, силикон17 и двухслойные гидроксиды18. Среди магнитных композитов феррит кобальта/монтмориллонит19 и оксид графена/хитозан20 были оценены на предмет удаления метиленового синего. Однако большинству этих соединений не хватает пористой структуры, высокой химической стабильности, биологической структуры и свойств легкой изоляции одновременно. Например, хитозан нелегко выделить. Целью данной работы является синтез Ni0,5Co0,5Fe2O4/Активированный уголь@Хитозан в качестве нанобиокомпозита со всеми преимуществами наноабсорбента. Активированный уголь имеет пористую структуру и является биобезопасным и химически стабильным соединением, которое использовано в этом наноабсорбенте. Кроме того, хитозан является природным полимерным адсорбентом, способным адсорбировать красители за счет гидроксильных и аминных групп в своих полимерных цепях21. Хитозан использовался из-за его биологических свойств, предотвращающих диспергирование нанобиокомпозита в воде, правильного взаимодействия с красителями и улучшения процесса адсорбции. Наконец, никель-кобальтовый феррит был использован для магнитной сепарации нанокомпозита из водных растворов. Анализ BET проводился для оценки пористости, FESEM для подтверждения предполагаемой морфологии, XRD для подтверждения свойств кристаллизации и оценки размера кристаллитов, FTIR для подтверждения успеха реакции и присутствия метиленового синего после адсорбции красителя нанокомпозитом, VSM для подтверждения оценка магнитных свойств наночастиц и EDAX для оценки чистоты соединения. Тест на адсорбцию метиленового синего проводился для оптимизации параметров, влияющих на процесс адсорбции, таких как доза адсорбции, начальная концентрация метиленового синего, pH и температура. PHpzc также был получен для оценки влияния pH на процесс адсорбции с точки зрения поверхностного заряда.