폐수에서 Cr(VI) 및 Alizarin Red S 염료를 제거하기 위한 아마 섬유 기반 세미카바지드 생체 흡착제

Jul 26, 2023

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 8267(2023) 이 기사 인용

1115 액세스

1 인용

1 알트메트릭

측정항목 세부정보

본 연구에서는 아마 섬유 기반의 세미카바지드 생체흡착제를 두 가지 연속 단계로 제조했습니다. 첫 번째 단계에서는 과요오드산칼륨(KIO4)을 사용하여 아마 섬유를 산화시켜 다이아데하이드 셀룰로오스(DAC)를 생성했습니다. 그 다음, 디알데히드 셀룰로오스를 세미카르바지드·HCl로 환류하여 세미카르바지드 작용화된 디알데히드 셀룰로오스(DAC@SC)를 생성했습니다. 준비된 DAC@SC 생체흡착제는 Brunauer, Emmett and Teller(BET) 및 N2 흡착 등온선, 영전하점(pHPZC), 원소 분석(C:H:N), 주사 전자 현미경(SEM), 푸리에 변환 적외선을 사용하여 특성화되었습니다. 분광학(FTIR) 및 X선 회절(XRD) 분석. DAC@SC 생체흡착제는 6가 크롬(Cr(VI)) 이온과 알리자린 레드 S(ARS) 음이온 염료(개별적으로 또는 혼합하여)를 제거하기 위해 적용되었습니다. 온도, pH, 농도 등 실험 변수를 세부적으로 최적화했습니다. Langmuir 등온선 모델의 단층 흡착 용량은 Cr(VI) 및 ARS의 경우 각각 97.4 mg/g 및 18.84였습니다. DAC@SC의 흡착 동역학은 흡착 과정이 PSO 동역학 모델에 적합하다는 것을 나타냅니다. ΔG 및 ΔH의 음수 값은 DAC@SC에 대한 Cr(VI) 및 ARS의 흡착이 자발적인 발열 과정임을 나타냅니다. DAC@SC 생체 복합재는 합성 폐수 및 실제 폐수 샘플에서 Cr(VI) 및 ARS를 제거하는 데 성공적으로 적용되었으며 회수율(R, %)은 90% 이상입니다. 준비된 DAC@SC는 0.1M K2CO3 용리액을 사용하여 재생되었습니다. DAC@SC 생체복합체 표면에 대한 Cr(VI) 및 ARS의 그럴듯한 흡착 메커니즘이 밝혀졌습니다.

수용 가능한 수질의 가용성은 21세기에 직면한 주요 문제 중 하나입니다1. 다양한 인위적 활동, 계획되지 않은 도시화, 산업화 증가로 인해 수자원의 질이 나날이 저하되고 있습니다2.

최근 크롬 오염은 환경, 인간 건강, 농업에 미치는 유해한 영향으로 인해 큰 주목을 받고 있습니다. 크롬에는 3가 크롬(Cr(III))과 6가 크롬(Cr(VI))의 두 가지 형태가 있습니다. 6가 형태는 3가 형태보다 독성과 발암성이 더 높습니다. 크롬 화합물, 특히 Cr(VI)은 소화기 계통, 피부, 호흡기 계통에 해를 끼치므로 인체 건강에 위험합니다. Cr(VI)은 금속 마감, 전기 도금, 원자력 발전소, 야금 등 다양한 산업 분야에 진출합니다. 크롬의 배출 한계는 환경 오염을 줄이기 위해 일부 산업 국가에서 개발되었습니다. WHO 조직은 총 크롬 최대치를 0.05mg/L3으로 규정했습니다.

알리자린 레드 S(ARS)는 안트라퀴논 염료에 속하는 음이온성, 비생분해성, 수용성 나트륨염입니다. ARS를 수역으로 부적절하게 배출하면 해양 생물에 부정적인 영향을 미칠 수 있습니다. ARS가 환경으로 배출되는 것은 생태계에 직접적인 위협으로 간주됩니다4,5.

다양한 유형의 염료와 금속 이온은 폐수 배출수에서 발생하는 주요 오염물질로 수생 환경을 교란시킵니다6,7. 그래서 수질오염물질의 제거가 중요한 문제이다.

오염물질이 함유된 폐수를 처리하고 처리하기 위한 많은 기술이 등장했습니다. 일반적으로 사용되는 처리 기술에는 생물학적 처리, 막 공정, 화학 및 전기화학 기술, 역삼투, 이온 교환, 전기투석, 전기분해 및 흡착 기술이 포함됩니다8.

그러나 대부분의 이러한 방법의 한계에는 독성 슬러지 생성, 높은 운영 및 유지 관리 비용, 처리에 관련된 복잡한 기술이 포함됩니다9. 이에 비해 흡착법은 조작 용이성, 편의성, 설계 단순성으로 인해 폐수 처리 기술에서 더 나은 처리 공정으로 간주됩니다10,11. 그러나 다른 제거 공정과 마찬가지로 슬러지(사용 후 소모된 흡착제)가 발생하는 한계가 있습니다12.