Blog

May 20, 2024

Herstellung eines aus Fe3O4/Weinrebentrieben gewonnenen Aktivkohle-Nanokomposits zur verbesserten Entfernung von Cr(VI) aus wässrigen Lösungen

Scientific Reports Band 13, Artikelnummer: 3960 (2023) Diesen Artikel zitieren 820 Zugriffe auf Metrikdetails In dieser Studie wurde Fe3O4/Aktivkohlenstoff-Nanokomposit zur Entfernung von erfolgreich synthetisiert

Wissenschaftliche Berichte Band 13, Artikelnummer: 3960 (2023) Diesen Artikel zitieren

820 Zugriffe

Details zu den Metriken

In dieser Studie wurde erfolgreich ein Fe3O4/Aktivkohlenstoff-Nanokomposit zur Entfernung von Chrom aus wässrigen Lösungen synthetisiert. Die Fe3O4-Nanopartikel wurden mithilfe der Co-Präzipitationsmethode auf aus Weinrebensprossen gewonnenem Aktivkohle dekoriert. Das Atomabsorptionsspektrometer wurde verwendet, um die Entfernung von Chromionen durch das vorbereitete Adsorptionsmittel zu bewerten. Um die optimalen Bedingungen zu finden, wurden die Auswirkungen verschiedener Parameter wie Adsorptionsmitteldosis, pH-Wert, Kontaktzeit, Wiederverwendbarkeit, elektrisches Feld und anfängliche Chromkonzentration untersucht. Den Ergebnissen zufolge zeigte das synthetisierte Nanokomposit eine hohe Fähigkeit, Chrom bei einem optimierten pH-Wert von 3 zu entfernen. Unter optimalen Bedingungen wurde eine hohe Entfernungseffizienz von 90 % und eine hervorragende Adsorptionskapazität von 305,30 mg/g erreicht. Darüber hinaus wurden in dieser Forschung Adsorptionsisothermen und Adsorptionskinetik untersucht. Die Ergebnisse zeigten, dass die Daten gut mit der Freundlich-Isotherme übereinstimmen und der Adsorptionsprozess spontan ist und dem Modell pseudo-zweiter Ordnung folgt.

Aufgrund der irreparablen Schäden durch Wasserverschmutzung haben viele Forscher in den letzten Jahren begonnen, die Verschmutzung mit verschiedenen Nanokompositen zu beseitigen, um die Wasserverschmutzung zu verringern1. Industrielle Abwässer oder Abwässer, die organische oder anorganische Verunreinigungen wie Chrom, Arsen, Blei, Nickel, Quecksilber, Cadmium usw. enthalten, sind die Hauptquellen der Wasserverschmutzung2. Chrom ist ein primäres Schwermetall, das häufig in Gewässern aus anderen industriellen Prozessen wie der Ledergerberei, der Kunststoffindustrie, der Metallurgieindustrie, der Holzschutzmittelindustrie und der Galvanisierung vorkommt, die allesamt Beispiele industrieller Verschmutzung sind3,4,5,6. Weitere Beispiele: Die Freisetzung von gebrauchtem Chrom in Kühlsystemen, der Galvanikindustrie, der Gerbereiindustrie und von Farbpigmenten in die Umwelt erhöht die giftigen Abwässer, die ein großes Problem in der Lebensmittelkette darstellen7. Chrom ist ein giftiges Metall und Cr(VI) und Cr(III) sind zwei stabile Oxidationsstufen davon. Im Vergleich zu Cr(III) ist Cr(VI) aufgrund seiner krebserzeugenden und mutagenen Eigenschaften wesentlich toxischer, löslicher und tödlicher für Menschen, Tiere und Pflanzen8. Zur Entfernung von Cr(VI) wurden zahlreiche Methoden wie Ionenaustausch, chemische Reduktion, Ultrafiltration, Adsorption und biologische Behandlung entwickelt9. Früheren Untersuchungen zufolge ist die Adsorption eine kostengünstige, effiziente und zugängliche Methode zur Entfernung von Chrom (VI) aus einer wässrigen Lösung10. Absorptionsmittel können in vier Gruppen eingeteilt werden: Verbundmaterialien auf Pflanzenkohlebasis, Adsorptionsmittel, Polymere und Aktivkohle11,12,13,14,15. Aufgrund ihrer hohen Stabilität und herausragenden Leistungen werden poröse Kohlenstoffmaterialien häufig in der Energiespeicherung und Wasseraufbereitung eingesetzt. Unter den verschiedenen Arten von kohlenstoffhaltigen Materialien wie Kohlenstoffnanofasern, Kohlenstoffnanoröhren und Graphen sind aus Biomasse gewonnene Aktivkohlen aufgrund ihrer Umwelt- und hierarchischen Struktur des Rohstoffreichtums und ihrer geringen Kosten äußerst nützlich16. Kohlenstoffe, die aus zahlreichen Biomassen wie Olivenkernen17, Palmenschalen18, Zuckerrohr19, Erdnussschalen20, Walnussschalen21 und Kakifrüchten22 stammen, leisten hervorragende Arbeit bei der Beseitigung von Wasserverschmutzungen. Die auf Pflanzenkohle basierenden Verbundmaterialien gelten als kostengünstiger, funktionsfähiger, effizienter und weisen ein höheres Adsorptionspotenzial auf23. Derzeit konzentrieren sich Studien zu auf Biokohle basierenden Materialien zur Cr(VI)-Entfernung in der Regel auf die magnetische Trennung und Entfernungseffizienz oder Wiederverwendbarkeit. Bei der Synthese magnetischer Adsorbentien werden Magnetit-Nanopartikel typischerweise als magnetisches Material zur Trennung von Metallionen und organischen Schadstoffen verwendet. In dieser Studie wurde Fe3O4/C in zwei Schritten hergestellt, einschließlich der Synthese magnetischer Nanopartikel und ihrer Modifikation mithilfe von Aktivkohle. Die vorliegende Arbeit untersucht die Fähigkeit der aus den Weinrebensprossen gewonnenen Aktivkohle, Cr(IV)-Ionen zu entfernen, die als eines der giftigsten Schwermetalle gelten, die in industriellen Technologien entstehen und erhebliche Umwelt- und Wirtschaftsprobleme aus dem Wasser verursachen. Wir konzentrierten uns auf die Verbesserung der Adsorptionskapazität und -effizienz unter Verwendung magnetischer Fe3O4-Nanopartikel, gepfropft mit Aktivkohle-Nanokomposit (Fe3O4/C), als Adsorptionsmittel zur Entfernung von Chrom aus der wässrigen Lösung. Darüber hinaus diskutierten wir das Adsorptionsverhalten anhand von Batch-Experimenten und die damit verbundenen physikalischen und chemischen Mechanismen. Neben der Untersuchung der Auswirkungen verschiedener Parameter auf die Adsorption wurde auch der Einfluss des elektrischen Feldes auf die Adsorptionseffizienz und die Recyclingfähigkeit des Fe3O4/C-Verbundwerkstoffs bewertet. Die Herstellungsmethode und die synergistischen Wechselwirkungen könnten eine allgemeine Strategie für das System Nanopartikel/poröse Materialien sein. Die verbesserte Adsorptionsleistung kann dem Umweltschutz und nachhaltigen Ressourcen dienen.

Die Ergebnisse der XRD für Fe3O4-Nanopartikel und den Fe3O4/C-Magnetverbund im Bereich von 2θ = 20–80° sind in Abb. 1 dargestellt. Die Beugungsmuster der Proben weisen Peaks bei 30,05, 35,07, 37,30, 43,05 und 53,80 auf , 57,03 und 62,80°, entsprechend den Gitterebenen (220), (311), (222), (400), (422), (511) und (440) der FCC-Struktur der Fe3O4-Phase (JCPDS-Karte). Nr.96-900-5843). Es gibt keine signifikanten strukturellen Veränderungen im XRD-Muster des Nanokomposits vor und nach dem Adsorptionsprozess, was die strukturelle Stabilität der vorbereiteten Probe zeigt.

XRD-Muster von Fe3O4 und Fe3O4/C vor Adsorption, Fe3O4/C nach Adsorptionsproben.

Das FE-SEM wurde verwendet, um die Morphologie der synthetisierten Proben zu bewerten und zu vergleichen. Abbildung 2 zeigt die REM-Bilder der Proben. Wie in Abb. 2a zu sehen ist, besteht die Fe3O4-Probe aus magnetischen Nanopartikeln. Nach der Herstellung des Nanokomposits (Fe3O4/C) ist die Morphologie (Abb. 2b) im Vergleich zur Fe3O4-Probe einheitlicher geworden. Bei Aktivkohle-Nanokompositen dringt Kohlenstoff in die Hohlräume zwischen den Katalysatoren ein und sorgt für eine gleichmäßige Oberfläche. Darüber hinaus ist eines der Kriterien für die ordnungsgemäße Leistung von Nanopartikeln das Fehlen einer Partikelaggregation, die bei diesen Nanostrukturen nicht beobachtet wurde, was auf ihre erfolgreiche Synthese hinweist. Wie im Bild zu sehen ist, hat das Adsorptionsmittel eine kugelförmige Struktur, und nach der Modifizierung mit Aktivkohle hat das Adsorptionsmittel seine kugelförmige Struktur beibehalten. Das REM-Bild des Adsorptionsmittels nach dem Adsorptionsprozess (Abb. 2c) bestätigt die morphologische Stabilität der vorbereiteten Probe.

SEM-Bilder von (a) Fe3O4 und Fe3O4/C, (b) vor und (c) nach der Cr(VI)-Adsorption.

Mithilfe der EDX-Analyse wurden die chemischen Elemente der Proben untersucht. Die Ergebnisse dieser Analyse sind in Abb. 3 dargestellt. Die Abbildung zeigt, dass die Elemente Eisen, Sauerstoff und Kohlenstoff in den Pulvern vorhanden sind. Durch die Berechnung der Stöchiometrie anhand der chemischen Formel stimmen die experimentellen und stöchiometrischen Werte nahezu gut überein. Die Elementkartierungsanalyse zeigt das Vorhandensein und die Verteilung des Eisens im Fe3O4/C-Nanokomposit (Abb. 4). Diese Analyse bestätigt, dass das Adsorptionsmittel vollständig mit Magnetit beschichtet war und keine freie Aktivkohle enthielt.

EDX-Spektrum (a) Fe3O4, (b) Fe3O4/C vor der Adsorption, (c) Fe3O4/C nach der Adsorption, Cr(VI)-Adsorption.

Elementkartierungsanalyse von Fe3O4/C-Nanokomposit.

Abbildung 5 zeigt die Fourier-Transformations-Infrarotspektren (FT-IR) der Proben. In den FT-IR-Spektren von Fe3O4 wurden die charakteristischen Peaks bei 581 cm−1 Fe-O in der Spinellphase zugeordnet. Die beobachteten Peaks bei 3426 und 1623 cm−1 entsprechen Schwingungen der Streckbindungen (OH) bzw. (C=O). Darüber hinaus stehen die Peaks bei 2853 und 2923 cm−1 im Zusammenhang mit den Streckschwingungen der Aldehyde (–C–H). In den Fe3O4/C-Nanokompositspektren gibt es zwei Peaks bei 1551 und 1623 cm−1, was auf die Carbonylgruppe für die Amide hinweist. Außerdem ist die Verschärfung des Peaks bei 3423 cm-−1 auf die Überlappung im Zusammenhang mit Schwingungen der OH- und (N-H)-Streckschwingung zurückzuführen. Der Peak der Biegeschwingungen -NH wurde bei 2921 und 2853 cm−1 beobachtet, der zur funktionellen Amidgruppe gehört und mit den Streckschwingungen –C–H der Aldehydgruppe überlappt. Daher besteht ein geringfügiger Unterschied zu den Peaks der Fe3O4-Spektren.

FT-IR-Spektren von Fe3O4 und Fe3O4/C vor der Adsorption, Fe3O4/C nach Adsorptionsproben.

Den VSM-Ergebnissen in Tabelle 1 und Abb. 6 zufolge ist die maximale Magnetisierung von Fe3O4 höher als bei Fe3O4/C-Nanokompositen, was auf die nichtmagnetische Natur der Aktivkohle zurückzuführen ist. Das Koerzitivfeld von Eisenferrit entspricht nahezu dem der Verbundprobe. Das MR/MMax-Verhältnis bleibt ebenfalls konstant, wenn die Restmagnetisierung abnimmt. Allerdings ist die magnetische Eigenschaft von Fe3O4/C stark genug, dass es mithilfe eines externen Magnetfelds schnell von der Schwermetallionenlösung getrennt werden kann. Das Ergebnis zeigt auch, dass beide Proben superparamagnetisch sind; Auch die zusammengesetzte Sättigungsmagnetisierung von 30,34 emu g−1 verleiht dem Adsorbens das Privileg einer magnetischen Trennung und einer guten Rückholbarkeit. Die beobachtete Verringerung der Magnetisierung der Verbundprobe nach der Adsorption könnte auf adsorbierte Feuchtigkeit und das Vorhandensein nichtmagnetischer Cr(VI)-Ionen zurückzuführen sein.

Magnetische Hystereseschleifen von (a) Fe3O4, (b) Fe3O4/C vor der Adsorption und (c) Fe3O4/C nach der Adsorption.

Abbildung 7 zeigt die TGA- und entsprechenden DTG-Kurven der Aktivkohle und Fe3O4/C. Bei der Aktivkohleprobe wurde ein dreistufiges Abbaumuster beobachtet, wobei im ersten Schritt nach Erhöhung der Temperatur auf 175 °C das Gewicht der Probe um 0,83 % reduziert wurde, was offensichtlich auf den Verlust des Feuchtigkeitsgehalts zurückzuführen war, gefolgt von einem Rückgang um 3,38 % % Gewichtsabnahme zwischen 175 und 475 °C im zweiten Schritt, was auf den Verlust von Hemizellulose und Zelluloserückständen sowie flüchtigen Anteilen zurückzuführen sein kann. Im dritten Schritt wurde bei 475–999 °C ein deutlich höherer Gewichtsverlust von 29,69 % beobachtet, der auf die Entgasung thermisch stabiler flüchtiger Verbindungen, den Abbau von Lignin und die Oxidation von Kohlenstoff zurückzuführen ist.

Thermogravimetrische Analyse (TGA) von (a) Aktivkohle, (b) Fe3O4/C.

Da zur Herstellung von AC eine Aktivierungstemperatur von 700 °C für 1,5 Stunden verwendet wurde, sollten sich die meisten Hemizellulose und Zellulose sowie flüchtige Fraktionen zersetzen, was im zweiten Schritt nur zu einem geringen Verlust von 3,38 % führt. Das ebenfalls beobachtete Gewichtsverlustmuster für Fe3O4/C-Nanokomposit zeigt eine Gewichtsreduzierung von 0,80 % und 35,70 % für den Temperaturbereich von 25 bis 175 °C bzw. 175 bis 999 °C.

Die Stammlösung (500 mg/l) wurde durch Auflösen von 1,414 g Kaliumdichromat in 1 l entionisiertem Wasser hergestellt, und eine Konzentration von 50 mg/l wurde durch Verdünnen der Stammlösung hergestellt. Um den optimalen pH-Wert bei der Absorption von sechswertigem Chrom durch Fe3O4/C-Nanokomposit zu finden, wurden 15 ml Chromlösungen mit einer Konzentration von 50 mg/L bei verschiedenen pH-Werten (2, 3, 4, 6, 8, 10 und 12) verwendet. . 0,1 M Natriumhydroxidlösung und 0,1 M Salzsäure wurden verwendet, um den anfänglichen pH-Wert der Lösungen in diesem Bereich einzustellen, und schließlich wurde pH = 3 als optimaler pH-Wert gewählt.

Der Einfluss der Kontaktzeit zwischen Chromlösung und Adsorbens wurde bei verschiedenen Kontaktzeiten von 1, 5, 15, 30, 60, 90 und 120 Minuten bei optimalem pH-Wert und einer Konzentration von 50 mg/L untersucht. Um andere Absorptionsparameter zu überprüfen, wurde daher eine Zeit von 30 Minuten zum Erreichen des Gleichgewichts in Betracht gezogen. Aufgrund der Verlängerung der Kontaktzeit vom Beginn des Absorptionsprozesses bis zu 30 Minuten erhöhte sich die Absorptionsmenge von 42 auf 62 %, während sie von 30 auf 120 Minuten anstieg.

Um die optimale Adsorptionsmitteldosis für die Absorption von Cr(VI) aus einer Lösung (15 ml) mit einer Konzentration von 50 mg/L zu bestimmen, wurden Kaliumdichromatlösungen unterschiedliche Mengen (2–10 mg) synthetisiertes Fe3O4/C-Adsorptionsmittel zugesetzt . Anschließend wurden die Chromlösungen, die das entsprechende Adsorptionsmittel enthielten, mit einem mechanischen Schüttler gerührt. Nach der optimalen Zeitspanne von 30 Minuten wurden die Proben von einem externen Magneten absorbiert. Der optimale Wert der Adsorptionsmitteldosis für die Cr(VI)-Entfernung durch Fe3O4/C-Nanokomposit wurde mit 6 mg gewählt.

Um die Auswirkung von Konzentrationsänderungen auf die Chromentfernung zu untersuchen, wurden Lösungen mit unterschiedlichen Anfangskonzentrationen (5, 25, 75, 100, 150, 200 mg/L) Chrom hergestellt. Die Entfernung von sechswertigem Chrom in diesem Bereich unterschiedlicher Konzentrationen wurde mit 6 mg Fe3O4/C-Adsorbens bei pH = 3 und Raumtemperatur untersucht. Diese Lösungen wurden mit einem mechanischen Schüttler für einen optimalen Zeitraum von 30 Minuten gerührt.

Der pH-Wert ist einer der kritischen Parameter, der die Adsorptionsoberflächenbelastung und die Schadstoffstruktur im Adsorptionsprozess beeinflusst. In dieser Studie wurde die Entfernung von Cr(VI) in Batch-Experimenten bei pH = 2, 3, 4, 6, 8, 10 und 12 untersucht. Die Experimente wurden mit einer Adsorptionsmitteldosis von 0,007 g, der Anfangskonzentration, durchgeführt 50 mg/L, die Kontaktzeit 30 Minuten und die Umgebungstemperatur 25 ± 2 °C (Abb. 8a,b). Aufgrund der zusätzlichen OH−-Ionen und einer negativen Ladung bei alkalischen pH-Werten war die Adsorbensoberfläche negativ geladen; Dadurch entstand eine abstoßende Kraft zwischen dem Adsorbens und den negativ geladenen Chrommolekülen. Anschließend wird die Adsorptionseffizienz verringert. Bei sauren pH-Werten weist die Oberfläche des Fe3O4/C-Adsorbens jedoch eine positive Ladung auf, da durch eine erhöhte Produktion verfügbarer Protonen die Oberfläche des Adsorbens angereichert werden kann, wodurch eine elektrostatische Anziehung zwischen dem Adsorbens und dem Adsorbat entsteht und letztendlich die Adsorptionseffizienz erhöht wird. Die Effizienz der Cr(VI)-Adsorption nimmt mit zunehmendem pH-Wert ab. Der abnehmende Trend könnte auf die Veränderungen der Chromspeziation und der Oberflächenladungen des Adsorptionsmittels als Funktion des pH-Werts zurückzuführen sein. Cr(VI) weist in wässrigen Lösungen unterschiedliche Oxidationsstufen auf und kommt üblicherweise in einer von drei ionischen Formen vor, nämlich als Dichromat \(\left({\mathrm{Cr}}_{2}{\mathrm{O}}_ {7}^{-}\right)\), Bichromat \(\left({\mathrm{HcrO}}_{4}^{-}\right)\) und Chromat \(\left({\mathrm {CrO}}_{4}^{2-}\right.\)). Außerdem steigt die Konzentration an OH−, die mit \(\left({\mathrm{Cr}}_{2}{\mathrm{O}}_{7}^{-}\right)\ konkurrieren. und \(\left({\mathrm{CrO}}_{4}^{2-}\right.\)) Ionen, die auf der Oberfläche von Fe3O4/C-NPs adsorbiert werden sollen. Dadurch sinkt die Entfernungseffizienz24.

Die Auswirkung verschiedener Parameter auf die Cr(VI)-Entfernung.

Die Kontaktzeit ist einer der kritischsten Faktoren, die den Absorptionsprozess beeinflussen. Da es sich beim Adsorptionsprozess um einen Gleichgewichtsvorgang handelt, stellt der Kontaktzeitfaktor die Gleichgewichtszeit zwischen Adsorbens und Adsorbat dar und spielt eine wesentliche Rolle bei der Reaktion. Um den Einfluss der Kontaktzeit auf den Adsorptionsprozess zu untersuchen, wurden die entsprechenden Experimente daher bei pH = 3 und unterschiedlichen Kontaktzeiten von 1, 5, 15, 30, 60, 90 und 120 Minuten durchgeführt. Die Adsorptionsmitteldosis betrug 0,007 g und die Konzentration betrug 50 mg/L. Die Chromentfernungsrate war in den ersten 60 Minuten der Absorption viel schneller als in den nächsten 60 Minuten und verlangsamte sich allmählich. Einer der Gründe, die die Adsorptionsrate zu Beginn des Prozesses erhöhen können, ist das Vorhandensein aktiver Stellen auf der Oberfläche des Adsorptionsmittels. Die Anzahl dieser aktiven Zentren ist zunächst höher, auch der Konzentrationsgradient der gelösten Stoffe ist hoch. Dennoch entsteht im Laufe der Zeit und durch deren Besetzung eine Abstoßungskraft zwischen den in der Volumen- und Festphase gelösten Molekülen, was zu einer Verringerung der Adsorptionseffizienz führt. Dies zeigt die mögliche Monoschichtbildung von Cr(VI)-Ionen auf der Außenfläche25. Aus Abb. 8c,d ist ersichtlich, dass mehr als 90 % der Cr-Entfernung innerhalb von 30 Minuten erfolgt.

Durch Erhöhen der Adsorptionsmitteldosis erhält das Adsorptionsmittel mehr Austauschfläche und erhöht so die Gleichgewichtsabsorption. Daher wurden Lösungen mit einer Konzentration von 50 mg/L und einem pH-Wert von 3 (optimal) und einer Kontaktzeit von 30 Minuten (optimal) mit unterschiedlichen Absorptionsmengen (0,002, 0,004, 0,006, 0,008, 0,01 g) verwendet. Wie in Abb. 8e,f gezeigt, nimmt die Menge der Chromadsorption mit zunehmender Adsorptionsmitteldosis zu, da die Anzahl der aktiven Adsorptionsstellen auf der Adsorptionsmitteloberfläche und der leeren Stellen mit zunehmender Adsorptionsmittelmenge zunimmt. Die erhöhte Menge an Adsorptionsmittel wirkte sich positiv bzw. negativ auf die Adsorptionseffizienz und -kapazität aus. Die Sättigung der aktiven Stellen auf der Adsorptionsmitteloberfläche während des Adsorptionsprozesses war wahrscheinlich auf die verringerte Chromadsorptionsrate mit steigender Fe3O4/C-Adsorptionsmittelkonzentration zurückzuführen. Die Vergrößerung der freien Stellen auf der Adsorptionsmitteloberfläche ist der Hauptgrund für die Steigerung der Adsorptionseffizienz durch Erhöhung der Adsorptionsmitteldosis. Mit zunehmender Konzentration nimmt somit das Verhältnis der Chromkonzentration zur verfügbaren Oberfläche des Adsorbens ab. Infolgedessen nimmt die Adsorptionseffizienz von Chrom ab. Aufgrund der Verringerung der für die Absorption zur Verfügung stehenden Oberfläche und der Agglomeration der Absorptionsfläche bei höheren Dosen erreicht die Adsorptionsgeschwindigkeit bei höheren Dosen eine Sättigung. Daher kann eine große Menge Nanokomposit Fe3O4/C eine größere Menge Wasserlösung mit einer bestimmten Menge Adsorptionsmittel26 reinigen.

Um den Adsorptionsprozess zu stabilisieren, müssen die Adsorbentien wiederverwendbar sein. Es wurden Studien durchgeführt, um das Wiederverwendungspotenzial von Nanokompositen zu bewerten. In dieser Untersuchung betrug die Adsorptionsmitteldosis 0,006 g, der pH-Wert 3, die Anfangskonzentration 200 mg/L und die Kontaktzeit 30 Minuten bei Raumtemperatur. Den erhaltenen und in Abb. 8g,h dargestellten Ergebnissen zufolge ist die Adsorptionseffizienz der ersten Beladung im Vergleich zur zweiten Beladung nur um 10 % gesunken. Als nächstes wird nur ein Rückgang der Adsorptionseffizienz um 1 % beobachtet, was auf die Stabilität des Adsorptionsmittels hinweist.

Die Wirkung des elektrischen Feldes ist einer der Parameter, die in dieser Forschung untersucht wurden. Wir nutzten die Idee der elektrokinetischen Bodensanierung mittels elektrischem Feld27. Das Anlegen eines elektrischen Feldes kann die Ionenbewegungen innerhalb der Lösung verstärken. Die angelegte elektrische Kraft führt zu einer Akkumulation, Ausfällung und Chemisorption von Ionen an Graphitkathoden und erhöht so die Entfernungseffizienz28. In diesem Abschnitt wurden 10 rechteckige Graphitelektroden verwendet, die im gleichen Abstand angeordnet und als Kathode und Anode an die Spannungsversorgung angeschlossen waren (Abb. 9d). Die anfängliche Chromkonzentration betrug 200 mg/l und der pH-Wert = 3. Spannungen von (5, 10, 15, 20 V) wurden 10 Minuten lang mit Strömen (0,23, 0,90, 1,45, 2 mA) angelegt. Nach Anlegen der Spannung wurden 0,006 g Adsorptionsmittel zur Lösung gegeben und mit einem Schüttler 30 Minuten lang gerührt. Abbildung 9a und b zeigen die Auswirkung des elektrischen Feldes auf die Adsorptionseffizienz von Chrom ohne Verwendung eines Adsorptionsmittels bzw. nach Zugabe des Adsorptionsmittels. Darüber hinaus zeigt Abb. 9c die Adsorptionskapazität in Gegenwart eines elektrischen Feldes. Aus der Abbildung geht hervor, dass q durch Anlegen eines kleinen elektrischen Feldes einen hohen Wert über 300 mg/g erreichen kann.

Einfluss des elektrischen Feldes auf die Chromadsorptionseffizienz. (a) Ohne Adsorbens, (b) nach Zugabe des Adsorbens, (c) Adsorptionskapazität, (d) schematische Darstellung des Aufbaus.

Die Wirkung der anfänglichen Cr(VI)-Konzentration auf die Adsorption, die Adsorptionsmitteldosis von 0,006 g und die anfänglichen Chromkonzentrationen (5, 25, 75, 100, 150, 200 mg/L) und andere Parameter waren konstant. Die Menge an restlichem Chrom wurde in der Lösung nach 30 Minuten bestimmt. Daraus lässt sich schließen, dass sich mit zunehmender anfänglicher Chromkonzentration die Anzahl der aktiven Adsorptionsstellen an der Adsorptionsmitteloberfläche schneller füllt; Infolgedessen nimmt die Adsorptionseffizienz ab.

Abbildung 10 zeigt die Auswirkung der anfänglichen Cr(VI)-Konzentration auf die Entfernungseffizienz und die Adsorptionskapazität. Verschiedene Modelle und Gleichungen von Adsorptionsgleichgewichtsisothermen werden verwendet, um die Eigenschaften der Adsorptionsmitteloberfläche, die maximale Adsorptionsmenge und die Bedingungen für eine optimale Adsorption zu beschreiben29. Zu diesem Zweck wurden in dieser Studie die Langmuir- und Freundlich-Isothermen verwendet. Die Abbildungen 10c und d zeigen Langmuir- und Freundlich-Isothermen für die Adsorption von Cr(VI) unter Verwendung von Fe3O4/C. Das Langmuir-Isothermenmodell basiert auf der gleichmäßigen Adsorption von Adsorptionsmaterial mit der gleichen Energie auf allen Adsorptionsoberflächen. Die Freundlich-Isotherme basiert auf der mehrschichtigen und heterogenen Adsorption des Adsorbens am Adsorbens. Die Auswirkung der Anfangskonzentration von Cr(VI) wurde im Bereich von 5–200 mg/L bei einem pH-Wert von 3 untersucht. Die Anpassungsergebnisse durch zwei Modelle zeigen, dass die experimentellen Daten mit der Freundlich-Isotherme übereinstimmten, Tabelle 2 Das Freundlich-Modell zeigt, dass die mehrschichtige Adsorption auf der Adsorptionsmitteloberfläche erfolgte. Der Wert des n-Parameters in der Freundlich-Isotherme (der größer als eins ist) zeigt die Eignung der Cr(VI)-Adsorption an Fe3O4/AC30 an.

Auswirkung der anfänglichen Cr(VI)-Konzentration. (a) Entfernungseffizienz, (b) Adsorptionskapazität, (c) Freundlich-Isothermendiagramm, (d) Langmuir-Isothermendiagramm für die Adsorption von Cr(VI) unter Verwendung von Fe3O4/C.

Die N2-Adsorptions-Desorptions-Isotherme von Fe3O4/C ist in Abb. 11 dargestellt und bezieht sich auf die Adsorptionsisotherme vom Typ IV. Diese Art von Isotherme tritt bei mesoporösen Materialien31 auf und wird häufig bei Katalysatoren beobachtet. Die entsprechende Kurve wird zur Bestimmung der Porengrößenverteilung verwendet. Die Hysterese zeigt das Vorhandensein mesoporöser Poren im Material an. Die kleineren Poren hängen mit der Kohlenstoffablagerung auf der Oberfläche von Nanopartikeln zusammen; Zwischen sekundär aggregierten Partikeln können sich größere Mesoporen bilden. Die Mesoporen und ihre große Oberfläche verleihen dem so hergestellten Fe3O4/C neuartige Adsorptionsanwendungspotenziale.

Die N2-Adsorptions-Desorptions-Isotherme.

In diesem Teil betrug die Adsorptionsmitteldosis 0,006 g, die Anfangskonzentration 200 mg/L, der pH-Wert = 3, die Kontaktzeit 30 Minuten und die Badtemperaturen 298, 308, 318 und 328 K. Gemäß den erhaltenen Ergebnissen in In Abb. 12 ist zu beobachten, dass mit steigender Temperatur der Prozentsatz der Adsorptionseffizienz und Adsorptionskapazität zunimmt. Ein weiterer wichtiger Faktor bei der Untersuchung von Adsorptionsprozessen ist die Verwendung thermodynamischer Adsorptionsparameter. Es ist notwendig, die Änderungen von drei Standard-Enthalpiefaktoren (\(\Delta {\mathrm{H}}^{\circ }\)), der freien Energie (\(\Delta {\mathrm{G}}^{\ circ }\)) und Standardentropie (\(\Delta {\mathrm{S}}^{\circ }\)). Unabhängig davon, ob der Adsorptionsprozess endotherm oder exotherm ist, sowie zur Bestimmung der Spontaneität der Reaktion. Mithilfe der folgenden Gleichungen werden diese Parameter berechnet. Abbildung 12 und Tabelle 3 zeigen die relevanten Parameter32:

Auswirkungen der Temperatur auf die Cr(VI)-Entfernung durch Fe3O4/C (a) Entfernungseffizienz, (b) Adsorptionskapazität, (c) Ln-Ke-Diagramm 1/T für die Chromadsorption.

Anhand der Ergebnisse von Tabelle 3 ist ersichtlich, dass die Werte ( \(\Delta {\mathrm{G}}^{\circ }\)) in den beiden Gleichungen von \(\Delta {\mathrm{ G}) sind in Tabelle 3 dargestellt. }^{\circ}=-\mathrm{RT Ln}{\mathrm{K}}_{\mathrm{e}}\) und \(\Delta {\mathrm{G }}^{\circ}=\ Delta {\mathrm{H}}^{\circ}-\mathrm{T\Delta}{\mathrm{S}}^{\circ}\) sind geringfügig unterschiedlich.

Kinetische Gleichungen werden verwendet, um die Faktoren zu untersuchen, die die Reaktionsgeschwindigkeit beeinflussen. Wir verwendeten kinetische Modelle pseudo-erster und pseudo-zweiter Ordnung, die für den Chrom-Adsorptionsprozess häufiger vorkommen33,34. Die Sorptionskinetik kann durch ein Modell erster Ordnung ausgedrückt werden, das zu der folgenden Gleichung führt:

Dabei sind qe und qt (beide in mg/g) die Entfernungsmengen von Cr(VI) zum Gleichgewichtszeitpunkt bzw. zum Zeitpunkt t (min). k1 (min−1) ist die entsprechende Adsorptionsgeschwindigkeitskonstante. Die Werte von qe und k1 werden aus dem Achsenabschnitt bzw. der Steigung der Diagramme von ln (qe − qt) gegen t bestimmt.

Die Pseudo-Sekunden-Ordnung kann wie folgt dargestellt werden:

wobei K2 die Geschwindigkeitskonstante pseudo-zweiter Ordnung ist. Die Kinetik des Cr(VI)/Fe3O4/C-Systems wurde bei anfänglichen pH-Werten von 3 analysiert. Abbildung 13 zeigt die nichtlinearen experimentellen Daten zu den kinetischen Modellen. Die Größe von R2 in Tabelle 4 zeigte, dass die Adsorption von Cr(VI) auf dem Sorptionsmittel am besten mit einem kinetischen Modell pseudo-zweiter Ordnung angepasst werden konnte.

(a) Diagramm erster Ordnung, (b) Diagramm zweiter Ordnung für die Adsorption von Cr(VI) durch Fe3O4/C-Nanokomposit.

Gemäß den Werten, die aus den kinetischen Parametern der Chromadsorption durch Fe3O4/C-Nanokomposit erhalten wurden, betragen die berechneten Adsorptionskapazitätswerte (qe.Cal) im kinetischen Modell pseudo-zweiter Ordnung 79,74 mg/g, was näher an der Adsorptionskapazität liegt der Experimente (qe.exp = 79,43 mg/g). Die Adsorptionskapazität im Modell pseudo-erster Ordnung beträgt 16,99 mg/g. Durch Vergleich des Korrelationskoeffizienten (R2) der beiden kinetischen Modelle wird der Schluss gezogen, dass das Adsorptionsmittel der Kinetik pseudo-zweiter Ordnung folgt. Der Unterschied in den Berichten kann durch die unterschiedlichen Bedingungen der Adsorptionstests und die Art der Adsorptionsmittel verursacht werden35.

Die Kenntnis der spezifischen Oberfläche des Absorbens gilt als einer der wesentlichen Faktoren für das Adsorbens. Je höher die spezifische Oberfläche, desto größer ist die Porosität des Materials und desto größer ist die Kontaktfläche mit dem adsorbierenden Material. Die Ergebnisse sind in Tabelle 5 und Abb. 14 dargestellt. Die aus dieser Analyse erhaltene spezifische Oberfläche beträgt 759 (m2/g). Und das Gesamtvolumen der Porosität Vm beträgt 174 (cm3(STP)/g). Der mittlere Porendurchmesser beträgt 2,5 nm. Um Mikroporen in Gegenwart mesoporöser Stoffe zu messen, wird die t-Plot-Analyse verwendet, die normalerweise zur Messung des Volumens und der Oberfläche von Mikroporen verwendet wird. Die spezifische Oberfläche aller Mesoporen und Mikroporen beträgt a1 = 871,3 (m2/g), das Volumen des absorbierten Gases unter Standardbedingungen beträgt V1 = 0 (cm3/g) und die lineare Steigung beträgt 565/41. Die Porengrößenverteilung wird anhand des BJH-Diagramms berechnet, das einen aufsteigenden Trend von 1,2 bis 8 nm aufweist. Mit dieser Methode werden der Durchmesser der Pore, die regionale Verteilung der Poren und das Volumen der Poren ermittelt. Diese Methode eignet sich für den Skalenbereich von Makroporen und kleinen Mesoporen. Die Größenverteilung der Poren erfolgt anhand ihres Radius, dessen höchste Häufigkeit bei 1,21 nm liegt. Das Gesamtporenvolumen beträgt Vp = 0,218 (cm3/g) und die erhaltene spezifische Oberfläche beträgt ap = 166,56 (m2/g). Vergleichbare BET-Analyse einiger verwandter Materialien, über die andere berichtet haben – zum Beispiel die magnetischen Kohlenstoffmaterialien, die durch (i) Fe3O4/C aus Termitenkot als Vorläufer mit SBET-Werten von 699 (m2/g) synthetisiert wurden. Der Porengrößenverteilungsradius beträgt etwa 1,8–2,5 nm. Die Form der Löcher ist zylindrisch und kann als Typ IV klassifiziert werden, der für mesoporöses Material charakteristisch ist30. (ii) Oberfläche, Porenvolumen, Partikelgröße und durchschnittlicher Porendurchmesser von Fe3O4/C (Sunflower Head Waste) betragen 51,1 (m2/g), 0,0386 (cm3 g−1), 9 bis 18 nm bzw. 3,293 Å . Die Form und Struktur der Nanopartikel ist röhrenförmig und porös36. (iii) (Fe-MCNs) magnetische mesoporöse Kohlenstoff-Nanosphären mit Porengröße, SBET und Porenvolumen von 2,7 nm, 619 (m2/g) bzw. 0,52 cm3 g−1 und die Form der Fe-MCNs sind kugelförmig mit Durchmessern von ~ 110 nm37.

(a) Langmuir-Diagramm, (b) BET-Diagramm, (c) t-Diagramm, (d) BJH-Diagramm.

Die maximale Adsorptionskapazität des Fe3O4/C-Sorptionsmittels zur Cr(VI)-Entfernung wurde mit der verschiedener anderer Adsorptionsmittel verglichen. Die Ergebnisse sind in den Tabellen 6 und 7 dargestellt. Wie in Tabelle 6 gezeigt, ist die Adsorptionskapazität des Fe3O4/C-Sorptionsmittels zur Chromentfernung viel höher (305,30 mg/g) als zuvor bei Verwendung anderer Adsorptionsmittel berichtet. Diese Ergebnisse bestätigen das hohe Potenzial des hergestellten Nanokomposits für Abwasserbehandlungsanwendungen und die Entfernung von Schwermetallen.

In dieser Studie wurden Nanokomposite mit Fe3O4/C durch die Co-Präzipitationsmethode unter Verwendung von Aktivkohle aus Weinreben synthetisiert. Der Verbundstoff wurde zur Cr-Entfernung aus simuliertem Abwasser verwendet. Die verschiedenen Parameter wurden untersucht und die Ergebnisse zeigten, dass die Entfernung von sechswertigem Chrom in einer sauren Umgebung mit einem optimalen pH-Wert von 3 günstiger ist. Die maximale Adsorptionskapazität von 305,3 mg/g wurde bei dem optimalen pH-Wert und durch Anlegen eines elektrischen Feldes erreicht. Es wurde festgestellt, dass die Nanopartikel der Freundlich-Isotherme gut folgen und auch der Adsorptionsprozess dem Pseudo-Modell zweiter Ordnung folgt. Der temperaturabhängige Adsorptionsprozess zeigte, dass mit steigender Badtemperatur die Adsorptionseffizienz zunimmt. Die erhaltenen thermodynamischen Parameter geben Aufschluss über die Spontaneität der Adsorption. Die hohe Adsorptionseffizienz und -kapazität sowie die einfache Abtrennung des Nanokomposits von der flüssigen Phase sind Vorteile des hergestellten Nanokomposits. Mit einem Schwerpunkt auf umweltfreundlicher Sanierung sowie praktikablen und kosteneffizienten Methoden für THMs (toxische Schwermetalle) befindet sich die Forschung noch weitgehend im Entwicklungsstadium und es werden weltweit kontinuierliche Anstrengungen unternommen, um ausreichende Informationen zu sammeln, um Überlegungen zu ermöglichen und inhärente Mängel zu überwinden . Es konnte jedoch keine individuelle Sanierungsmethode identifiziert werden, die universell wirksam und anwendbar ist, um die Belastung mit Schwermetallen vollständig zu entgiften. Es kann als geeignetes Absorptionsmittel für Wasser und Abwasser verwendet werden. Zu den Vorteilen dieses Adsorptionsmittels zählen seine katalytischen Eigenschaften, seine schnelle und einfache Abtrennung sowie der Verzicht auf teure und langwierige Filtrations- und Zentrifugationsmethoden zur Abtrennung vom wässrigen Medium.

Alle Chemikalien und Reagenzien waren von analytischer Qualität; Kaliumdichromatsalz (K2Cr2O7, 99 %), (NaOH, 99 %), (HCl, 37 %), Eisenchlorid (FeCl3⋅6H2O, 99 %) und Eisenchlorid (FeCl2 0,4H2O, 99 %), Zinkchlorid (ZnCl2 99 %) wurden von der Firma Merck bezogen.

Abbildung 15 ist ein schematischer Trend der Kompositvorbereitung. Bei der Herstellung von Aktivkohle wurden Weinrebensprossen als Biomasse eingesetzt. Die Weinreben wurden nach der Weinlese im Weinberg in der Stadt Urmia gesammelt. Wir bestätigen, dass die Verwendung von Weinreben in der vorliegenden Studie den internationalen und nationalen Richtlinien entspricht.

Schematische Darstellung der Herstellung von porösem Kohlenstoff aus Weinrebensprossen und der Synthese des Fe3O4/C-Nanokomposits.

Um Aktivkohle aus den Rebstöcken herzustellen, wurden diese zunächst manuell gereinigt und anschließend mit entionisiertem Wasser (DI) gewaschen, um den Staub zu entfernen. Nach dem Waschen wurden die Weinsprossen drei Tage lang getrocknet und anschließend die getrocknete Biomasse in kleine Stücke (0,5 cm) gehackt. Danach wurden die Weinrebensprossen 24 Stunden lang in ZnCl2-Lösung eingeweicht. Die gesättigten Proben wurden 12 Stunden lang in einem Ofen bei 110 °C getrocknet. Die Proben wurden bei 700 °C unter Stickstoffatmosphäre karbonisiert. Nach 1,5 Stunden Erhitzen ließ man das erhaltene karbonisierte Material 24 Stunden lang allmählich abkühlen. Die Probe wurde in HCl eingeweicht; Die Mischungen wurden über Nacht bei Raumtemperatur stehengelassen und dann filtriert und mit entionisiertem Wasser gewaschen, bis der pH-Wert des Filtrats 7 erreichte. Die vorbereiteten Proben wurden zweimal mit entionisiertem Wasser gewaschen und dann 5 Stunden lang bei 110 °C getrocknet, um schwarze Produkte zu erhalten. Abschließend wurde das aktivierte Produkt mit einer Hochgeschwindigkeitsmühle gemahlen. Anschließend wurden die Pulver durch ein 125 μm-Sieb geleitet. Schließlich wurden die erhaltenen einheitlichen Pulver mit Wasser gewaschen und bei 120 °C getrocknet, um die Aktivkohle zu erhalten.

Wir verwendeten die Co-Präzipitationsmethode, um Fe3O4- und Fe3O4/C-Nanokomposite zu synthetisieren. Für das Fe3O4/C-Nanokomposit stellten wir zunächst eine wässrige Mischung aus 200 ml her, die 0,2 mol/L FeCl3⋅6H2O und 0,1 mol/L FeCl2 · 0,4H2O mit einem Molverhältnis von Fe3+:Fe2+ = 2:1 enthielt. Die Lösung wurde 10 Minuten lang bei 80 °C gerührt. Anschließend wurde der obigen Lösung unter ständigem Rühren 30 Minuten lang bei 80 °C der erforderliche Molanteil (1:1) Aktivkohle zugesetzt. Danach wurden 50 ml Natriumhydroxidlösung (NaOH) mit einer Konzentration von 3,4 M tropfenweise zu der Mischung gegeben und 30 Minuten lang gerührt und dann vorsichtig zu der obigen Lösung gegeben (Abb. 15). Anschließend wurde das schwarze Pulver filtriert und mit entionisiertem Wasser gewaschen. Abschließend wurde das Endprodukt 24 Stunden lang bei Raumtemperatur getrocknet.

Kristallstrukturen und Phasen in jeder Probe wurden durch Röntgenbeugung (XRD-China; Asenware mit AW-XDM300) bestätigt. Die Morphologie der Nanopartikel wurde mittels Rasterelektronenmikroskopie FESEM Modell TESCAN-MIRA 3 untersucht, ausgestattet mit einer energiedispersiven Röntgenspektroskopie (EDX). Die Fourier-Transformations-Infrarotspektren wurden mit einem FTIR-Jasco, Modell 680 Plus, bei Umgebungstemperatur und im Bereich von 400–4000 cm−1 durchgeführt. Die Magnetisierungshystereseschleifen wurden mit einem Vibrationsprobenmagnetometer (VSM – Meghnatis daghigh kavir Co. Iran) bei 300 K analysiert. Bei der thermogravimetrischen Analyse (TGA) wird die Massenschwankung einer Probe als Funktion der Temperatur gemessen. Die Veränderungen der Masse von Aktivkohle und Fe3O4/C-Nanokomposit als Funktion der Temperatur in einer definierten und kontrollierten Umgebung von 25 bis 1000 °C wurden durch TGA/DTG-Kurven in einer N2-Atmosphäre bei einer Heizrate von 10 °C min gemessen 1. Die Messungen wurden mit einem NETZSCH STA 409 PC/PG, Deutschland, durchgeführt. Die Porencharakteristik der Proben wurde mit der Brunauer-Emmett-Teller-Methode (BET) mittels Stickstoffadsorptions-Desorptionsmessungen untersucht. Zur Bestimmung der Chromkonzentration in der Lösung wurde ein Atomabsorptionsspektrophotometer (Fa. AAS-Analytik Jena, Modell novaAA 400) verwendet.

Die während der aktuellen Studie verwendeten und/oder analysierten Datensätze sind auf begründete Anfrage beim entsprechenden Autor erhältlich.

Tamez, C., Hernandez, R. & Parsons, J. Entfernung von Cu (II) und Pb (II) aus wässriger Lösung mithilfe technischer Eisenoxid-Nanopartikel. Mikrochem. J. 125, 97–104 (2016).

Artikel CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Fahim, N., Barsoum, B., Eid, A. & Khalil, M. Entfernung von Chrom (III) aus Gerbereiabwässern mithilfe von Aktivkohle aus Zuckerindustrieabfällen. J. Hazard. Mater. 136, 303–309 (2006).

Artikel CAS PubMed Google Scholar

Kumar, A. & Jena, HM Adsorption von Cr(VI) aus wässriger Phase durch Aktivkohle mit großer Oberfläche, hergestellt durch chemische Aktivierung mit ZnCl2. Prozesssicher. Umgebung. Prot. 109, 63–71. https://doi.org/10.1016/j.psep.2017.03.032 (2017).

Artikel CAS Google Scholar

Prajapati, AK, Das, S. & Mondal, MK Umfassende Studien zum Mechanismus der toxischen Cr(VI)-Entfernung aus wässrigen Lösungen unter Verwendung von Aktivkohle aus Aloe-Vera-Abfallblättern. J. Mol. Liq. 307, 112956 (2020).

Artikel CAS Google Scholar

Ma, J. & Liu, C. Abfall in Schätze verwandeln: Wiederverwendung von mit Schadstoffen beladenen Adsorptionsmitteln (Cr(VI)-Fe3O4/C) als Anoden mit hoher Kaliumspeicherkapazität. J. Colloid Interface Sci. 582, 1107–1115 (2021).

Artikel ADS CAS PubMed Google Scholar

Ramirez, A. et al. Entfernung von Cr(VI) aus einer wässrigen Lösung mithilfe einer aus Teakholz-Sägemehl gewonnenen Aktivkohle: Berechnungen der Kinetik, des Gleichgewichts und der Dichtefunktionaltheorie. J. Umgebung. Chem. Ing. 8, 103702 (2020).

Artikel CAS Google Scholar

Mitra, S., Sarkar, A. & Sen, S. Entfernung von Chrom aus Industrieabwässern mittels Nanotechnologie: Ein Überblick. Nanotechnologie. Umgebung. Ing. 2, 1–14 (2017).

Artikel CAS Google Scholar

Yu, Y. et al. Aufklärung der Sorption von Cr(VI) aus wässriger Lösung durch FeCl3- und ZnCl2-modifizierte Maisstängel-Pflanzenkohle: Impliziter Mechanismus und Anwendung. Bioresour. Technol. 297, 122466 (2020).

Artikel CAS PubMed Google Scholar

Srivastava, V. et al. Zytotoxische Wasserschadstoffe und ihre Entfernung durch Sorbentien auf Nanokompositbasis. Chemosphere 258, 127324 (2020).

Artikel ADS CAS PubMed Google Scholar

Crini, G. & Lichtfouse, E. Vor- und Nachteile von Techniken zur Abwasserbehandlung. Umgebung. Chem. Lette. 17, 145–155 (2019).

Artikel CAS Google Scholar

Zare, EN, Motahari, A. & Sillanpää, M. Nanoadsorbentien auf Basis leitfähiger Polymer-Nanokomposite mit Schwerpunkt auf Polyanilin und seinen Derivaten zur Entfernung von Schwermetallionen/-farbstoffen: Eine Übersicht. Umgebung. Res. 162, 173–195 (2018).

Artikel CAS PubMed Google Scholar

Sims, RA, Harmer, SL & Quinton, JS Die Rolle von Physisorption und Chemisorption bei der oszillatorischen Adsorption von Organosilanen auf Aluminiumoxid. Polymere 11, 410 (2019).

Artikel PubMed PubMed Central Google Scholar

Choudhary, B. & Paul, D. Isothermen, Kinetik und Thermodynamik der Entfernung von sechswertigem Chrom mithilfe von Pflanzenkohle. J. Umgebung. Chem. Ing. 6, 2335–2343 (2018).

Artikel CAS Google Scholar

Liu, Z., Zhang, F.-S. & Sasai, R. Arsenatentfernung aus Wasser mithilfe von Fe3O4-beladener Aktivkohle, hergestellt aus Abfallbiomasse. Chem. Ing. J. 160, 57–62 (2010).

Artikel CAS Google Scholar

Alemu, A., Lemma, B., Gabbiye, N., Alula, MT & Desta, MT Entfernung von Chrom (VI) aus wässriger Lösung unter Verwendung von vesikulärem Basalt: Ein potenziell kostengünstiges Abwasserbehandlungssystem. Heliyon 4, e00682. https://doi.org/10.1016/j.heliyon.2018.e00682 (2018).

Artikel PubMed PubMed Central Google Scholar

Yao, L., Yang, J., Zhang, P. & Deng, L. In-situ-Oberflächendekoration von Fe3C/Fe3O4/C-Nanoblättern: Auf dem Weg zu bifunktionellen Aktivkohlen mit Superkapazität und effizienter Farbstoffadsorption. Bioresour. Technol. 256, 208–215 (2018).

Artikel CAS PubMed Google Scholar

Nassar, H. et al. Wässrige Nitrat-Ionen-Adsorption/Desorption durch mit ZnCl2 aktivierte Aktivkohle aus Olivenabfällen. Aufrechterhalten. Chem. Pharm. 18, 100335 (2020).

Artikel Google Scholar

Lestari, I., Kurniawan, E. & Gusti, D. In der IOP-Konferenzreihe: Erd- und Umweltwissenschaften. 012046 (IOP Publishing).

Cai, Y., Liu, L., Tian, ​​H., Yang, Z. & Luo, X. Adsorptions- und Desorptionsleistung und Mechanismus von Tetracyclinhydrochlorid durch Adsorbentien auf Aktivkohlebasis, die aus mit ZnCl2 aktivierter Zuckerrohrbagasse gewonnen werden. Molecules 24, 4534 (2019).

Artikel CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Guo, F. et al. Synthese von in MgO/Fe3O4-Nanopartikeln eingebetteter Aktivkohle aus Biomasse zur hocheffizienten Adsorption von Malachitgrün. Mater. Chem. Physik. 240, 122240 (2020).

Artikel CAS Google Scholar

Zhou, P. et al. Nanoporöse Kohlenstoff@Fe3O4-Verbundwerkstoffe aus Walnussschalen für hervorragende Mikrowellenabsorptionsleistung. J. Legierung. Compd. 805, 1071–1080 (2019).

Artikel CAS Google Scholar

Li, Y. et al. Dotterschalen-Fe3O4-Nanopartikel, geladen auf aus Kaki gewonnenem porösem Kohlenstoff für den Aufbau von Superkondensatoren und die As(V)-Entfernung. J. Legierung. Compd. 810, 151887 (2019).

Artikel CAS Google Scholar

Zhang, S., Tao, L., Jiang, M., Gou, G. & Zhou, Z. Einstufige Synthese magnetischer Aktivkohle aus Erdnussschalen. Mater. Lette. 157, 281–284 (2015).

Artikel CAS Google Scholar

Afshin, S. et al. Anwendung des Box-Behnken-Designs zur Optimierung der Parameter der Entfernung von sechswertigem Chrom aus wässrigen Lösungen unter Verwendung von Fe3O4, geladen auf aus Algen hergestellter Aktivkohle: Kinetik- und Gleichgewichtsstudie. J. Water Process Eng. 42, 102113 (2021).

Artikel Google Scholar

Giri, AK, Patel, R. & Mandal, S. Entfernung von Cr(VI) aus wässriger Lösung durch aus der Wurzelbiomasse von Eichhornia crassipes gewonnene Aktivkohle. Chem. Ing. J. 185, 71–81 (2012).

Artikel Google Scholar

Prabu, D. et al. Machbarkeit eines mit Aktivkohle aus tierischen Knochenabfällen imprägnierten magnetischen Nanoadsorbens: Anwendung zur Chrom(VI)-Entfernung. Umgebung. Res. 203, 111813 (2022).

Artikel CAS PubMed Google Scholar

Li, Z., Yu, JW & Neretnieks, I. Entfernung von Cu(II) und Cr(III) aus natürlich kontaminiertem Lehm durch Elektromigration. J. Umgebung. Wissenschaft. Gesundheit Teil A 32, 1293–1308 (1997).

Google Scholar

Farmer, JC et al. Elektrosorption von Chromionen an Kohlenstoff-Aerogel-Elektroden als Mittel zur Grundwassersanierung. Energy Fuels 11, 337–347 (1997).

Artikel CAS Google Scholar

Ren, L., Lin, H., Meng, F. & Zhang, F. Einstufige Solvothermalsynthese von Fe3O4@Kohlenstoff-Verbundwerkstoffen und ihre Anwendung bei der Entfernung von Cr(VI) und Kongorot. Ceram. Int. 45, 9646–9652 (2019).

Artikel CAS Google Scholar

Demarchi, CA et al. Herstellung, Charakterisierung und Anwendung magnetischer Aktivkohle aus Termitenkot zur Adsorption von Cr(VI) aus wässrigen Lösungen. Pulvertechnologie. 354, 432–441 (2019).

Artikel CAS Google Scholar

Xu, Z. et al. Synthese von kohlebasierten Adsorptionsmitteln aus Baumwolltextilabfällen mit Unterstützung von Eisensalzen bei niedriger Pyrolysetemperatur zur Cr(VI)-Entfernung. Umgebung. Wissenschaft. Umweltverschmutzung. Res. 27, 11012–11025 (2020).

Artikel CAS Google Scholar

Asimakopoulos, G. et al. Fortschrittliche Cr(VI)-Sorptionseigenschaften von Aktivkohle, die durch Pyrolyse des Seegrases „Posidonia Oceanica“ hergestellt wird. J. Hazard. Mater. 405, 124274 (2021).

Artikel PubMed Google Scholar

Norouzi, S. et al. Vorbereitung, Charakterisierung und Cr(VI)-Adsorptionsbewertung von NaOH-Aktivkohle, hergestellt aus Dattelpresskuchen; ein agroindustrieller Abfall. Bioresour. Technol. 258, 48–56 (2018).

Artikel CAS PubMed Google Scholar

Su, Q. et al. Verbesserte Entfernung von Cr(VI) durch magnetische Fe3O4/C-Nanokomposite auf Basis von Kaliumfulvinsäure. ChemistrySelect 4, 13656–13662 (2019).

Artikel CAS Google Scholar

Islam, MA, Angove, MJ & Morton, DW Aktuelle innovative Forschung zum Chrom(VI)-Adsorptionsmechanismus. Umgebung. Nanotechnologie. Überwachen. Geschäftsführer 12, 100267 (2019).

Google Scholar

Yang, J., Yu, M. & Chen, W. Adsorption von sechswertigem Chrom aus wässriger Lösung durch aus Longansamen hergestellte Aktivkohle: Kinetik, Gleichgewicht und Thermodynamik. J. Ind. Eng. Chem. 21, 414–422 (2015).

Artikel CAS Google Scholar

Li, S. et al. Fe3O4-modifizierte mesoporöse Kohlenstoff-Nanokugeln: Magnetisch trennbares Adsorptionsmittel für sechswertiges Chrom. J. Legierung. Compd. 698, 20–26 (2017).

Artikel CAS Google Scholar

Pholosi, A., Naidoo, EB & Ofomaja, AE Batch- und kontinuierliche Durchflussstudien der Cr(VI)-Adsorption aus synthetischem und echtem Abwasser durch magnetisches Tannenzapfen-Komposit. Chem. Ing. Res. Des. 153, 806–818 (2020).

Artikel CAS Google Scholar

Labied, R., Benturki, O., EddineHamitouche, AY & Donnot, A. Adsorption von sechswertigem Chrom durch Aktivkohle, die aus einem lignozellulosehaltigen Abfallmaterial (Ziziphus jujuba-Kerne) gewonnen wird: Kinetische, Gleichgewichts- und thermodynamische Untersuchung. Adsorbieren. Wissenschaft. Technol. 36, 1066–1099 (2018).

Artikel CAS Google Scholar

Chen, C., Zhao, P., Li, Z. & Tong, Z. Adsorptionsverhalten von Chrom (VI) auf Aktivkohle aus Eukalyptus-Sägemehl, hergestellt durch mikrowellenunterstützte Aktivierung mit ZnCl2. Entsalzung. Wassergenuss. 57, 12572–12584 (2016).

Artikel CAS Google Scholar

Gottipati, R. & Mishra, S. Herstellung von mikroporöser Aktivkohle aus der Fruchtschale von Aegle Marmelos und ihre Anwendung zur Entfernung von Chrom (VI) aus der wässrigen Phase. J. Ind. Eng. Chem. 36, 355–363 (2016).

Artikel CAS Google Scholar

Miao, M.-S., Wang, Y.-N., Kong, Q. & Shu, L. Adsorptionskinetik und optimale Bedingungen für die Cr(VI)-Entfernung durch aus Luffa-Schwamm hergestellte Aktivkohle. Entsalzung. Wassergenuss. 57, 7763–7772 (2016).

Artikel CAS Google Scholar

Niazi, L., Lashanizadegan, A. & Sharififard, H. Aktivkohle aus Kastanien-Eichenschalen: Vorbereitung, Charakterisierung und Anwendung zur Cr(VI)-Entfernung aus verdünnten wässrigen Lösungen. J. Sauber. Prod. 185, 554–561 (2018).

Artikel CAS Google Scholar

Rambabu, K. et al. Aktivkohle aus Dattelsamen zur Chromentfernung in wässriger Lösung. Desalin Water Treat 156, 267–277 (2019).

Artikel CAS Google Scholar

Jain, M. et al. Entwicklung eines Eisenoxid/Aktivkohlenstoff-Nanopartikel-Komposits zur Entfernung von Cr(VI), Cu(II)- und Cd(II)-Ionen aus wässriger Lösung. Wasserressource. Ind. 20, 54–74 (2018).

Artikel Google Scholar

Gupta, VK, Rastogi, A. & Nayak, A. Adsorptionsstudien zur Entfernung von sechswertigem Chrom aus wässrigen Lösungen unter Verwendung eines kostengünstigen Abfallmaterials der Düngemittelindustrie. J. Colloid Interface Sci. 342, 135–141 (2010).

Artikel ADS CAS PubMed Google Scholar

Dang, LH et al. Synthese und Untersuchung superparamagnetischer Fe3O4/C-Kern-Schalen-Nanopartikel für die Cd2+-Adsorption. Vietnam J. Chem. 60, 700–707 (2022).

CAS Google Scholar

Referenzen herunterladen

Die Autoren danken der Universität Tabriz für die Unterstützung.

Fakultät für Physik, Universität Tabriz, Tabriz, Iran

Maryam Bagherzadeh & Bagher Aslibiki

Forschungslabor für Polymere, Abteilung für Organische Chemie und Biochemie, Fakultät für Chemie, Universität Tabriz, Tabriz, Iran

Nasser Arsalani

Sie können diesen Autor auch in PubMed Google Scholar suchen

Sie können diesen Autor auch in PubMed Google Scholar suchen

Sie können diesen Autor auch in PubMed Google Scholar suchen

MB: Verfassen des Originalentwurfs, formale Analyse, Untersuchung. BA: Projektverwaltung, Supervision, Schreiben – Überprüfung und Bearbeitung. NA: Validierung, Überprüfung und Bearbeitung. Alle Autoren haben das Manuskript überprüft.

Korrespondenz mit Bagher Aslibeiki.

Die Autoren geben an, dass keine Interessenkonflikte bestehen.

Springer Nature bleibt neutral hinsichtlich der Zuständigkeitsansprüche in veröffentlichten Karten und institutionellen Zugehörigkeiten.

Open Access Dieser Artikel ist unter einer Creative Commons Attribution 4.0 International License lizenziert, die die Nutzung, Weitergabe, Anpassung, Verbreitung und Reproduktion in jedem Medium oder Format erlaubt, sofern Sie den/die ursprünglichen Autor(en) und die Quelle angemessen angeben. Geben Sie einen Link zur Creative Commons-Lizenz an und geben Sie an, ob Änderungen vorgenommen wurden. Die Bilder oder anderes Material Dritter in diesem Artikel sind in der Creative-Commons-Lizenz des Artikels enthalten, sofern in der Quellenangabe für das Material nichts anderes angegeben ist. Wenn Material nicht in der Creative-Commons-Lizenz des Artikels enthalten ist und Ihre beabsichtigte Nutzung nicht durch gesetzliche Vorschriften zulässig ist oder über die zulässige Nutzung hinausgeht, müssen Sie die Genehmigung direkt vom Urheberrechtsinhaber einholen. Um eine Kopie dieser Lizenz anzuzeigen, besuchen Sie http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/.

Nachdrucke und Genehmigungen

Bagherzadeh, M., Aslibeiki, B. & Arsalani, N. Herstellung eines aus Fe3O4/Weinrebentrieben gewonnenen Aktivkohle-Nanokomposits zur verbesserten Entfernung von Cr(VI) aus wässrigen Lösungen. Sci Rep 13, 3960 (2023). https://doi.org/10.1038/s41598-023-31015-x

Zitat herunterladen

Eingegangen: 11. Dezember 2022

Angenommen: 06. März 2023

Veröffentlicht: 09. März 2023

DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-023-31015-x

Jeder, mit dem Sie den folgenden Link teilen, kann diesen Inhalt lesen:

Leider ist für diesen Artikel derzeit kein Link zum Teilen verfügbar.

Bereitgestellt von der Content-Sharing-Initiative Springer Nature SharedIt

Durch das Absenden eines Kommentars erklären Sie sich damit einverstanden, unsere Nutzungsbedingungen und Community-Richtlinien einzuhalten. Wenn Sie etwas als missbräuchlich empfinden oder etwas nicht unseren Bedingungen oder Richtlinien entspricht, kennzeichnen Sie es bitte als unangemessen.