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May 24, 2024

수용액에서 Cr(VI) 제거 개선을 위한 Fe3O4/덩굴 새싹 유래 활성탄 나노복합체의 제조

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 3960(2023) 이 기사 인용 775 측정항목 세부 정보 액세스 이 연구에서 Fe3O4/활성 탄소 나노복합체는 다음과 같은 물질을 제거하기 위해 성공적으로 합성되었습니다.

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 3960(2023) 이 기사 인용

775 액세스

측정항목 세부정보

본 연구에서는 수용액에서 크롬을 제거하기 위한 Fe3O4/활성탄 나노복합체를 성공적으로 합성했습니다. Fe3O4 나노입자는 공침법을 이용하여 덩굴싹 유래 활성탄 위에 장식되었다. 제조된 흡착제에 의한 크롬 이온의 제거를 평가하기 위해 원자흡광분광계를 사용하였다. 흡착제 투여량, pH, 접촉 시간, 재사용성, 전기장, 초기 크롬 농도 등 다양한 매개변수의 영향을 조사하여 최적의 조건을 찾았습니다. 결과에 따르면, 합성된 나노복합체는 최적화된 pH 3에서 높은 크롬 제거능을 나타내었으며, 최적 조건에서는 90%의 높은 제거효율과 305.30 mg/g의 우수한 흡착능력을 나타내었다. 또한, 본 연구에서는 흡착 등온선과 흡착 동역학을 연구했습니다. 결과는 데이터가 Freundlich 등온선에 잘 들어맞고 흡착 과정이 자발적이고 유사 2차 모델을 따른다는 것을 보여주었습니다.

지난 몇 년 동안 수질 오염으로 인한 회복 불가능한 피해로 인해 많은 연구자들이 수질 오염을 줄이기 위해 다양한 나노복합체를 이용하여 오염을 제거하기 시작했습니다1. 크롬, 비소, 납, 니켈, 수은, 카드뮴 등과 같은 유기 또는 무기 불순물을 포함하는 산업 폐수 또는 하수는 수질 오염의 주요 원인입니다2. 크롬은 산업 오염의 모든 예인 가죽 태닝, 플라스틱, 야금 산업, 목재 방부제 및 전기 도금과 같은 다른 산업 공정에서 수역에서 발생하는 것으로 널리 사용되는 1차 중금속입니다3,4,5,6. 다른 예로, 냉각 시스템, 전기도금 산업, 태닝 산업 및 페인트 안료에서 사용된 크롬이 환경으로 방출되면 독성 배출물이 증가하여 먹이 사슬에 주요 문제가 발생합니다7. 크롬은 독성 금속이며 Cr(VI)과 Cr(III)은 크롬의 두 가지 안정적인 산화 상태입니다. Cr(III)에 비해 Cr(VI)은 발암성 및 돌연변이 유발 특성으로 인해 독성이 훨씬 더 강하고 용해도가 높으며 인간, 동물 및 식물에 더 치명적입니다8. Cr(VI)을 제거하기 위해 이온 교환, 화학적 환원, 한외여과, 흡착, 생물학적 처리 등 다양한 방법이 제시되었습니다9. 이전 연구에 따르면 흡착은 수용액에서 크롬(VI)을 제거하는 데 비용 효율적이고 효율적이며 접근 가능합니다. 흡수제는 바이오 숯 기반 복합 재료, 흡착제, 폴리머 및 활성탄의 네 가지 그룹으로 분류될 수 있습니다11,12,13,14,15. 높은 안정성과 뛰어난 성능으로 인해 다공성 탄소 재료는 에너지 저장 및 수질 정화에 광범위하게 사용되었습니다. 탄소나노섬유, 탄소나노튜브, 그래핀 등 다양한 종류의 탄소재료 중에서 바이오매스에서 유래한 활성탄은 환경적, 계층적 원료자원의 풍부함과 저렴한 가격으로 인해 매우 유용하다16. 올리브 핍17, 야자 껍질18, 사탕수수19, 땅콩 껍질20, 호두 껍질21, 감 열매22 등 수많은 바이오매스에서 추출된 탄소는 물에서 오염을 제거하는 데 탁월한 성능을 발휘합니다. 바이오 숯 기반 복합 재료는 더 낮은 비용, 더 나은 기능성, 더 높은 효율성 및 더 많은 잠재적인 흡착으로 간주됩니다23. 현재 Cr(VI) 제거 연구에 대한 바이오 숯 기반 재료는 일반적으로 자기 분리 및 제거 효율성 또는 재사용성에 중점을 두고 있습니다. 자성흡착제 합성에 있어서 자철광 나노입자는 일반적으로 금속이온과 유기오염물질을 분리하는 자성재료로 사용된다. 본 연구에서는 자성 나노입자 합성과 활성탄을 이용한 변형 등 두 단계로 Fe3O4/C를 제조하였다. 현재 연구에서는 포도나무 새싹에서 추출한 활성탄이 산업 기술에서 생산되는 가장 독성이 강한 중금속 중 하나로 간주되어 물에서 심각한 환경적, 경제적 문제를 일으키는 Cr(IV) 이온을 제거하는 능력을 조사합니다. 활성탄(Fe3O4/C) 나노복합체가 접목된 Fe3O4 자성나노입자를 흡착제로 사용하여 수용액에서 크롬을 제거함으로써 흡착능력과 효율을 높이는 데 중점을 두었습니다. 또한 배치 실험과 관련된 물리화학적 메커니즘을 사용하여 흡착 거동을 논의했습니다. 흡착에 영향을 미치는 다양한 매개변수의 영향을 조사하는 것 외에도 Fe3O4/C 복합재의 흡착 효율 및 재활용성에 대한 전기장이 미치는 영향도 평가되었습니다. 제조 방법과 시너지 상호작용은 나노입자/다공성 물질 시스템에 대한 일반화된 전략이 될 수 있습니다. 향상된 흡착 성능은 환경 보호 및 지속 가능한 자원에 적용될 수 있습니다.