Jan 19, 2024
Получение и характеристика низких
Scientific Reports, том 13, Номер статьи: 4493 (2023) Цитировать эту статью 1661 Доступов 1 Цитирование Подробности о показателях Малахитовый зеленый, используемый в текстильной и красильной промышленности, является распространенным стойким веществом.
Научные отчеты, том 13, Номер статьи: 4493 (2023) Цитировать эту статью
1661 Доступов
1 Цитаты
Подробности о метриках
Малахитовый зеленый, используемый в текстильной и красильной промышленности, является распространенным стойким загрязнителем сточных вод и окружающей среды, вызывающим серьезную опасность для здоровья человека и водных организмов. В этом исследовании методология поверхности отклика была применена для оптимизации адсорбционного удаления малахитового зеленого с использованием нанобентонита, глины, пропитанной MgO, и Mucor sp. композиты. Наноматериалы и компания Mucor sp. Композит охарактеризован методами FTIR, SEM и рентгеновской дифрактометрии. Согласно полученным результатам, нанобентонит демонстрирует максимальную эффективность адсорбции МГ 98,6% при 35 °С, рН 7,0, времени контакта 60 мин, дозировке адсорбента 1,0 г/л и начальной концентрации МГ 50 мг/л. С другой стороны, максимальная эффективность адсорбции МГ на глине, пропитанной MgO, равная 97,04%, наблюдается при pH 9,0, времени контакта 60 мин, дозировке адсорбента 0,7 г/л и начальной концентрации МГ 50 мг/л. Изотерма адсорбции малахитового зеленого (МГ) на глине, пропитанной MgO, соответствовала изотерме Фрейндлиха с коэффициентом корреляции (R2) 0,982. Однако изотерма адсорбции Ленгмюра лучше всего подходит для нанобентонита (R2 = 0,992). Адсорбционная активность нанобентонита и глины, пропитанной MgO, была вписана в кинетическую модель псевдовторого порядка с R2 0,996 и 0,995 соответственно. Кроме того, несмотря на многократную переработку, адсорбент сохранил высокую структурную стабильность и эффективность удаления нанобентонита (94,5–86%) и глины, пропитанной MgO (92–83%).
Загрязнение воды сточными водами текстильной промышленности является серьезной глобальной проблемой. Одна из самых сложных задач, с которыми сталкиваются исследователи во всем мире в XXI веке, — обеспечение чистой водой, необходимой для промышленной, бытовой и сельскохозяйственной деятельности1. Текстильные фабрики несут ответственность за одну из основных проблем загрязнения окружающей среды в мире, поскольку они сбрасывают нежелательные отходы красителей2. Текстильная промышленность потребляет 100–200 л воды на кг произведенного текстиля, что приводит к образованию большого количества сточных вод в процессе крашения3. Во всем мире около 280 000 тонн синтетических красителей ежегодно сбрасывается в природные водотоки из сточных вод, образующихся в различных отраслях промышленности, таких как кожевенная, пищевая, текстильная, бумажная, косметическая, полиграфическая и ковровая промышленность4. Указанные сбросы отрицательно влияют на визуальное качество водоемов, нарушают жизненный цикл водных организмов за счет уменьшения проникновения в воду солнечных лучей, что угнетает фотосинтез и рост растений, влияя тем самым на биологическую активность водных животных; кроме того, синтетические красители, присутствующие в водоемах, также вызывают загрязнение почвы5. Малахитовый зеленый (МГ) – синтетический краситель, используемый для окраски шелка, хлопка, кожи, шерсти и бумаги, а также используется в качестве фунгицида и дезинфицирующего средства в рыбоводстве, поскольку позволяет бороться с паразитами и болезнями рыб6. МГ представляет собой катионное соединение трифенилметана, хорошо растворимое в воде7. Он также очень токсичен для клеток млекопитающих при концентрациях ниже 0,1 г/мл8. МГ характеризуется сложной молекулярной структурой, высокой стабильностью, небиоразлагаемостью, высокой устойчивостью к свету и окислителям7. Когда он попадает в принимающий поток, этот краситель отрицательно влияет на жизненные циклы водных организмов, нарушая физиологию гипофиза печени, жабр, почек, кишечника, половых желез и вегетативных клеток гонад9. У человека вдыхание МГ может вызвать воспаление дыхательных путей, а его проглатывание – воспаление пищеварительного тракта10. МГ опасен для человека и мутагенен; кроме того, его присутствие влияет на иммунную и репродуктивную системы11. Малахитовый зеленый может превращаться в лейкоМалахитовый зеленый и карбинол, токсичный для человека. В мышцах, жире и внутренних органах рыб период полураспада MG составляет 10 дней12. Этот катионный краситель также устойчив в окружающей среде: период полураспада в осадке составляет 12,9–50,34 дня13. Для очистки сточных вод текстильной промышленности используется множество технологий, включая физические, химические и передовые методы очистки, такие как мембранная фильтрация, ионный обмен, электрохимическая технология, коагуляция, флокуляция, обратный осмос, химическое окисление, озонирование14 и биологическая очистка от грибков и бактерий. эффекты15. Однако большинство этих технологий имеют различные недостатки, в том числе низкую эффективность, большие капиталовложения, высокое энергопотребление, высокую стоимость, неселективность, непригодность для крупномасштабного применения и образование вредных вторичных шламов16. Среди стратегий очистки адсорбция является одним из наиболее привлекательных и эффективных методов удаления красителей из проб загрязненной воды. Этот метод обеспечивает различные преимущества, в том числе простую конструкцию, пригодные для вторичной переработки адсорбенты, простоту эксплуатации, нетоксичность, низкую стоимость и скромные первоначальные инвестиции17. К таким пригодным для вторичной переработки адсорбентам относятся активированный уголь (AC)18, известковая кожура19 и пемза20. Однако у различных адсорбентов, используемых для очистки воды, есть свои недостатки. Например, повторное использование переменного тока требует регенерации, которая является дорогостоящей и ограничивает его широкомасштабное применение при очистке сточных вод. Кроме того, некоторые адсорбенты эффективны против ограниченного числа красителей и их трудно отделить от очищенной воды21. В работе22 основное внимание уделялось иммобилизации пероксидазы хрена на носителях типа электропряденых волокон полиамида-6, которые использовались для обесцвечивания реактивного черного 5 и малахитового зеленого текстильных красителей из растворов, имитирующих загрязненные морские воды, и достигали более 70%. В ссылке23 представлено применение иммобилизации лакказы Trichoderma versicolor на различных носителях, таких как TiO2-ZrO2-SiO2, для удаления азокрасителя реактивного черного 5 (RB5), антрахинонового красителя реактивного синего 4 (RB4), эффективность деградации достигает 100%. , 91% и 77% соответственно, они приобрели более 70% каталитической активности иммобилизованной лакказы на TiO2–ZrO2–SiO2 даже после пяти циклов запуска. Недавно ученые разработали эффективный и экономичный адсорбирующий материал — полимерные композиты наноглины, чтобы преодолеть недостатки традиционных методов очистки сточных вод текстильной промышленности и снизить их экологическую угрозу. В настоящее время глина широко используется в различных отраслях промышленности, включая косметику, разведку нефти, фармацевтику, пищевую промышленность и производство бумаги, поскольку она легко доступна, нетоксична и обладает потенциалом ионного обмена для удаления красителей из сточных вод24. Среди изученных глинистых материалов бентонит привлек значительное внимание в качестве адсорбента из-за его низкой стоимости, возобновляемости, большой площади поверхности, хорошей химической и механической стабильности и широкого распространения в природе25. Кроме того, бентонит в основном состоит из монтмориллонита26. Сырой бентонит обладает плохой адсорбционной способностью по отношению к катионным красителям, поэтому его модифицируют с помощью физических и химических обработок. Однако отрицательно заряженная поверхностная решетка бентонитовой глины может иметь превосходную поглощающую способность для катионных красителей27. Химически обработанный модифицированный бентонит использовался для удаления катионного основного метиленового синего28, ионов металлов29 и кристаллического фиолетового30. Таким образом, данное исследование направлено на оценку эффективности моделирования методологии поверхности отклика, которая была проанализирована в ходе экспериментов по оптимизации и оценке интерактивных эффектов нанобентонита, глины, пропитанной MgO, и Mucor sp. об удалении МГ. Кроме того, были определены изотермы, модели псевдопервого и псевдовторого порядка и термодинамические параметры.