Ressourcenrecycling von roter Erde zur Synthese von Fe₂O₃/FAU-Zeolith-Verbundwerkstoff für die Schwermetallentfernung

Um die weit verbreitete rote Erde in den Eisenoxid-FAU-Zeolith-Verbundwerkstoff umzuwandeln, wurde ein grünchemischer Ansatz entwickelt. Dieses Material ist in der Lage, die Haarmetallbügeleisen in Wasser zu entfernen und die Wassergesundheit wiederherzustellen. Dieses Protokoll demonstriert die Strategie, den Boden direkt als Rohstoff für Ökomaterialsensoren zu nutzen, und bietet Einblicke in die Ressourcennutzung von vier typischen Böden basierend auf der Philosophie des Elementarkreislaufs.

Die vorliegende Studie kann für die verwandten Forscher, die an der Nutzung von Bodenressourcen interessiert sind, informativ sein. Das kann Materialsynthese und Wasservermittlung sein. Entfernen Sie zunächst die 30 Zentimeter oberste Schicht des Bodens, die Pflanzen und organische Reststoffe an der Sammelstelle enthält, sammeln Sie die rote Erde und trocknen Sie sie bei Raumtemperatur an der Luft.

Filtern Sie den Boden nach ordnungsgemäßer Trocknung durch ein Sieb mit 30 Maschen. Wiegen Sie fünf Gramm dieser vorbehandelten roten Erde, ein Gramm Siliziumdioxid und 7,63 Gramm Natriumhydroxid und fügen Sie sie einem natürlichen Achatmörser hinzu. Als nächstes mahlen Sie sie für zwei bis drei Minuten zu einem feinen Pulver.

Zur Alkaliaktivierung wird dieses alkalische Gemisch in eine 100-Milliliter-Teflon-Reaktorauskleidung ohne Außenverkleidung aus Edelstahl überführt und im 200-Grad-Ofen eine Stunde lang erhitzt. Dann werden 60 Milliliter entionisiertes Wasser in die Teflonreaktorauskleidung gegeben, die das aktivierte alkalische Gemisch enthält. Fügen Sie einen Rührstab der entsprechenden Größe hinzu und rühren Sie die Mischung bei 600 U/min auf dem Magnetrührer drei Stunden lang bei 25 Grad Celsius um.

Für den Kristallisationsprozess das homogene Gel in einen 100-Milliliter-Edelstahlautoklaven geben und das Gel in einem 100-Grad-Celsius-Ofen für 12 Stunden erhitzen. Als nächstes waschen Sie den erhaltenen Zeolith mehrmals mit entionisiertem Wasser, bis der pH-Wert der Lösung nahe bei sieben liegt. Verwenden Sie eine Zentrifuge, um den Feststoff und die Flüssigkeit zu trennen und den Feststoff am Boden des 50-Milliliter-Zentrifugenröhrchens zu sammeln.

Schließlich wird das erhaltene Produkt acht Stunden lang in einem 80-Grad-Celsius-Ofen getrocknet, gefolgt von einem Mahlen zu einem feinen Pulver zur anschließenden Charakterisierung. Bereiten Sie 50 Milliliter mit 1000 Teilen pro Million wässriger Lösungen von zweiwertigen Kupferionen, dreiwertigen Chromionen, sechswertigen Chromionen, dreiwertigen Arsenionen, zweiwertigen Cadmiumionen, zweiwertigen Bleiionen, zweiwertigen Zinkionen und zweiwertigen Nickelionen her. Und beachten Sie den pH-Wert jeder Lösung.

Als nächstes fügen Sie 50 Milligramm Zeolith zu jeder Schwermetalloidlösung hinzu. Schließlich wird der pH-Wert der Lösung mit 0,1 Molar Salzsäure oder 0,1 Mol Natriumhydroxid eingestellt und die Mischung bei 600 Umdrehungen pro Minute für 48 Stunden bei 25 Grad Celsius gerührt. Dann filtrieren Sie die gemischten Lösungen durch 0,22 μm Membranen.

Verdünnen Sie sie auf 1000 x durch Zugabe von 2% Salpetersäurelösung und messen Sie die verbleibenden Schwermetalloidkonzentrationen mit induktiv gekoppelter Plasma-Massenspektrometrie mit einem Testbereich von 0,001 Teilen pro Million bis einem Teil pro Million. Die Kristallstruktur des FAU-Typs Zeolithgerüst und Eisenoxid zeigt, dass der FAU-Zeolith aus dreidimensionalen, 12-gliedrigen Ringen besteht. Es gehört zum kubischen Kristallsystem.

Die Raumgruppe ist FD 3M und der Elementarzellenparameter ist 24,3450 Angström. Das Pulver-Röntgenfraktionsmuster des Eisenoxid-Zeolith-Verbundmaterials vom Typ Eisenoxid FAU zeigte eine große Übereinstimmung dieser Probe mit den simulierten Standardmaterialien, was auf den Erfolg der Synthese hindeutet. Das rasterelektronenmikroskopische Bild verdeutlichte, dass der Eisenoxid-Zeolith-Verbundwerkstoff vom Typ FAU eine nadelartige Morphologie mit hoher Reinheit aufweist.

Energiedispersive Röntgenspektroskopie-Kartierungen zeigen, dass die typischen Zeolith-Zusammensetzungselemente wie Silizium, Aluminium, Natrium und Sauerstoff gleichmäßig auf dem Material verteilt waren und Eisen diskret im Verbundmaterial verteilt war. Die Absorptionskapazität des Eisenoxid-Zeolith-Verbundwerkstoffs vom Typ FAU für acht typische Schwermetalllösungen zeigte eine faszinierend hohe Kapazität zur bivalenten Bleiionen- und bivalenten Cadmiumionenabsorption. Zu den wichtigsten Schritten der validen gezählten Materialsynthese gehören die Alkaliaktivierung, die Vorläufervorbereitung und die Kristallisation.

Diese Arbeit ebnet den Weg für die direkte Nutzung von Boden als Rohstoff für Ihre Mentor-Materialsynthese, die für breite umwelttechnische Anwendungen auf andere Bodentypen ausgeweitet werden kann.