Активированный уголь, полученный из сахарного тростника и модифицированный природным цеолитом для эффективной адсорбции красителя метиленового синего: экспериментальные и теоретические подходы

Том 12 научных докладов, номер статьи: 18031 (2022) Цитировать эту статью

2694 Доступа

4 цитаты

1 Альтметрика

Подробности о метриках

Внедрение активированного угля/природного цеолита (AC/NZ) в качестве эффективного и надежного наноадсорбента для усиления адсорбции красителя метиленового синего (МБ). При прокаливании отходов сахарного тростника при различных температурах от 500 до 900 °C образуются активированные угли (АУ). Для характеристики приготовленных адсорбентов использовались как РФА, так и СЭМ. Измерения адсорбции для удаления красителя MB проводились с учетом влияния pH, начальной концентрации MB и времени контакта. Было обнаружено, что максимальная адсорбционная способность AC500/NZ для красителя MB при 25 °C, pH 7 и массе AC500/NZ 50 мг составляет примерно 51 мг/г при начальной концентрации 30 частей на миллион. Модель кинетики псевдовторого порядка и модель изотермы Темкина описывают процесс адсорбции. Модель Темкина показывает, что энергия адсорбции составляет 1,0 ккал/моль, что указывает на физический процесс адсорбции MB-AC500/NZ. Наши исследования по моделированию Монте-Карло (MC) подтвердили наши выводы и показали, что дисперсионная сила Ван-дер-Ваальса ответственна за физическую адсорбцию молекулы MB. Адсорбент AC500/NZ считается сильным претендентом на очистку воды.

Из-за быстрой индустриализации в озеро ежегодно сбрасывается огромное количество вредных отходов. Загрязнение воды считается серьезной угрозой для людей и других форм жизни. Органические красители попадают в воду в результате текстильной, полиграфической, пищевой и кожевенной промышленности1. Эти красители могут вызвать опасные проблемы со здоровьем, такие как рак, дерматит и аллергия2,3. Поскольку красители не являются биоразлагаемыми в природе, крайне важно удалять их из сточных вод. Один из распространенных красителей, метиленовый синий (МБ), широко используется в пищевой, текстильной, косметической и фармацевтической промышленности. Присутствие MB в воде увеличивает потребность в кислороде, что, в свою очередь, влияет на водных животных. Для удаления красителей используется множество методов, таких как адсорбция, фотолиз, фотодеградация Фентона, а также фотокатализ2,4,5,6,7,8,9. К сожалению, большинство этих методов имеют существенные недостатки, такие как высокие эксплуатационные расходы, длительное время, низкая эффективность, образование осадка и вторичных загрязнителей. Среди этих методов процесс адсорбции превосходит другие методы благодаря высокой эффективности удаления, простоте конструкции, минимальному образованию отходов и низкому потреблению энергии10,11. Также его можно применять при обработке красителей в высококонцентрированных растворах. Разработка экономически эффективных и экологически чистых высокоэффективных гетерогенных катализаторов является основной задачей для коммерческого применения в больших масштабах12.

Активированный уголь (АУ) представляет собой углеродный материал, подобный графиту, с нерегулярной и несовершенной структурой микрокристаллического углерода. Активированный уголь имеет пористую структуру, которая увеличивает площадь поверхности и снижает плотность. АУ является одним из лучших адсорбентов для удаления микропримесей из воздуха, почвы и воды благодаря его сильной физической адсорбции13. Это обусловлено такими преимуществами AC, как пористые свойства, высокая химическая/термическая стабильность, уникальная площадь поверхности, поверхностные функциональные группы и физико-химическая природа AC14. Активированный уголь получают методами физической или химической активации. Сообщается, что физическая активация более выгодна из-за большей площади поверхности, более высоких выходов и высокоразвитой пористой структуры15. Активированный уголь можно производить из различных сельскохозяйственных отходов, таких как сахарный тростник, торф, бурый уголь, древесина и скорлупа кокосовых орехов. Багасса сахарного тростника (SCB) представляет собой превосходную биомассу для синтеза АУ благодаря своей доступности и низкой стоимости. Жом сахарного тростника производится на предприятиях по производству биоэтанола, сахара, полиэтилена и этанола16. В состав СХБ входят лигнин (20–25 %), гемицеллюлозы (25–30 %) и целлюлоза (40–50 %). Утилизация большого количества отходов жома сахарного тростника стала серьезным загрязнением окружающей среды и, как следствие, угрозой для здоровья в этом регионе. В результате преобразование SCB в AC уменьшает количество сельскохозяйственных отходов, одновременно производя полезный адсорбент по разумной цене17.