Name: Ressourcenrecycling von roter Erde zur Synthese von Fe2O3/FAU-Zeolith-Verbundwerkstoff für die Schwermetallentfernung (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2022-06-02T15:00:00.000+00:00
Duration: 5 min 52 s
Description: Erfahren Sie die Synthese von Fe₂O₃/FAU-Zeolith-Verbundwerkstoffen aus roter Erde zur Schwermetallentfernung aus Wasser. Diese grüne Chemie-Methode ermöglicht nachhaltige Wasseraufbereitung.

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Diese Arbeit wurde finanziell unterstützt durch den Natural Science Funds for Distinguished Young Scholar der Provinz Guangdong, China, Nr. 2020B151502094; National Natural Science Foundation of China, Nr. 21777045 und 22106064; Gründung der Shenzhen Science, Technology and Innovation Commission, China, JCYJ20200109141625078; 2019 Jugendinnovationsprojekt der Universitäten und Hochschulen von Guangdong, China, Nr. 2019KQNCX133 und ein Sonderfonds für die Innovationsstrategie für Wissenschaft und Technologie der Provinz Guangdong (PDJH2021C0033). Diese Arbeit wurde vom Shenzhen Key Laboratory of Interfacial Science and Engineering of Materials (No. ZDSYS20200421111401738), Guangdong Provincial Key Laboratory of Soil and Groundwater Pollution Control (2017B030301012) und State Environmental Protection Key Laboratory of Integrated Surface Water-Groundwater Pollution Control. Insbesondere danken wir der technischen Unterstützung durch die SUSTech Core Research Facilities.

1. Rohstoffsammlung und -aufbereitung
<ol><li>Sammlung roter Erde<ol><li>Sammle die rote Erde. Entfernen Sie die 30 cm oberste Schicht des Bodens, die Pflanzen und organische Reststoffe enthält. HINWEIS: In diesem Experiment wurde die rote Erde auf dem Campus der Southern University of Science and Technology (SUSTech), Shenzhen, Guangdong, China (113°59' E, 22°36' N) gesammelt.</li>
	</ol></li>
	<li>Behandlung von roter Erde<ol><li>Trocknen Sie die gesammelte rote Erde an der Luft bei Raumtemperatur und filtern Sie sie durch ein 30-Maschen-Sieb. Entfernen Sie die meisten großen Steine und Blätter. Messen Sie die Schwermetallkonzentration (Tabelle 1) in der roten Erde mit der Massenspektrometrie mit induktiv gekoppeltem Plasma (ICP-MS)16 , um sicherzustellen, dass keine unerwünschte Verschmutzung eingeführt wird. HINWEIS: Ein Sieb mit kleinen Löchern wird empfohlen, da sich nur wenige große silizium- oder aluminiumhaltige Objekte im Rohmaterial befinden. Hier reicht ein 30-Maschen-Sieb aus, um das Rohmaterial in diesem Experiment zu behandeln.</li>
	</ol></li>
</ol>2.Fe2O3/FAU-Typ-Zeolithsynthese
<ol><li>Herstellung von Alkalimischpulver<ol><li>Wiegen Sie 5 g vorbehandelte rote Erde, 1 g SiO2 und 7,63 g NaOH und geben Sie sie zu einem natürlichen Achatmörser. Mahlen Sie sie für 2-3 min zu einem feinen Pulver. Stellen Sie sicher, dass die relative Luftfeuchtigkeit im Labor 65% -72% beträgt. HINWEIS: Achten Sie auf die Mahlzeit, da NaOH sehr hygroskopisch ist. Es kann leicht Wasser aus der Luftatmosphäre aufnehmen. Ein mittelfeuchtes Alkalipulver ist entscheidend für den nächsten Schritt des Experiments. Die Mahlzeit hängt von der Luftfeuchtigkeit im Labor ab.</li>
	</ol></li>
	<li>Alkalifusion/-aktivierung<ol><li>Das Alkaligemisch wird in eine 100 ml Teflon-Reaktorauskleidung ohne Außenverkleidung aus Edelstahl überführt. In einem 200 °C heißen Backofen 1 h erhitzen. ANMERKUNG: Der Zweck dieses Schritts besteht darin, die starke Base NaOH zu nutzen, um die Si-O-Bindung und die Al-O-Bindung17 zu aktivieren, so dass sich die Al-, Si- und O-Atome wieder zusammensetzen, um den gewünschten Aluminosilikat-Zeolith zu bilden.</li>
	</ol></li>
	<li>Herstellung von Zeolith-Vorläufersubstanz<ol><li>Geben Sie 60 ml entionisiertes Wasser in die Teflonreaktorauskleidung, die das aktivierte Alkaligemisch enthält. Fügen Sie einen Rührstab der entsprechenden Größe hinzu und rühren Sie das Gemisch bei 600 U/min auf dem Magnetrührer für 3 h bei 25 °C. Warten Sie, bis sich ein homogenes Gel als Zeolithvorläufer18 gebildet hat.</li>
	</ol></li>
	<li>Kristallisation<ol><li>Das homogene Gel in einen 100-ml-Edelstahlautoklaven geben und in einem 100-°C-Ofen 12 h erhitzen. Warten Sie, bis der Ofen nach dem Standardkühlprogramm auf Raumtemperatur abgekühlt ist, um die Tür des Ofens zu öffnen und den Autoklaven herauszunehmen. HINWEIS: Der Autoklav erzeugt unter hohen Temperaturen hohen Druck, um den Kristallisationsprozess zu beschleunigen. Warten Sie immer, bis Raumtemperatur erreicht ist, um eine unter hohem Druck erzeugte Explosion zu verhindern.</li>
	</ol></li>
	<li>Waschen Sie den erhaltenen Zeolith mehrmals mit entionisiertem Wasser, bis der pH-Wert der Lösung nahe 7 liegt. Verwenden Sie eine Zentrifuge, um den Feststoff und die Flüssigkeit zu trennen, und sammeln Sie den Feststoff am Boden des 50-ml-Zentrifugenröhrchens. Zum Schluss wird das erhaltene Produkt 8 h in einem 80 °C-Ofen getrocknet und zur anschließenden Charakterisierung zu feinem Pulver gemahlen.</li>
	<li>Charakterisierung<ol><li>Erfassen Sie das Röntgenfluoreszenz- (RFA) Spektrometerergebnis für die rote Erde (Abbildung 2). Es wird verwendet, um die anorganische Elementkonzentration des Bodens genau zu messen19.</li>
		<li>Beziehen Sie die Kristallinformationsdatei (CIF) von Fe2O3 aus der Inorganic Crystal Structure Database (ICSD). Beziehen Sie die CIF-Datei des Zeoliths vom Typ FAU aus der Datenbank der Zeolithstrukturen. HINWEIS: Mercury und Materials Studio (MS) können beide als Visualisierungswerkzeuge für Kristallstrukturen verwendet werden. In dieser Arbeit wurde Merkur für die Visualisierung der Fe2O3-Struktur undMS für den Zeolith vomFAU-Typ verwendet (Abbildung 3).</li>
		<li>Erfassen Sie ein Pulverröntgenbeugungsmuster (PXRD), um die Phase des synthetisierten Zeolith-Verbundmaterials vom Typ Fe2O3/FAU zu bestätigen (Abbildung 4)20. Vergleichen Sie es mit dem simulierten PXRD-Muster von Fe2O3 und FAU-Zeolith mit JADE 6.5 Software. HINWEIS: Die vom Cambridge Crystallographic Data Centre (CCDC) entwickelte Mercury-Software kann das PXRD-Muster basierend auf der CIF-Datei der Standardmaterialien berechnen, die aus der ICSD - der weltweit größten Datenbank für vollständig identifizierte anorganische Kristallstrukturen - stammen.</li>
		<li>Erfassen Sie ein Rasterelektronenmikroskopiebild (REM) (Abbildung 5), um die Morphologiezu bestätigen 20.</li>
		<li>Erfassung einer energiedispersiven Röntgenspektroskopie (EDS) des Transmissionselektronenmikroskops (TEM) (Abbildung 6), um die chemische Zusammensetzungzu bestimmen 6. HINWEIS: Im Vergleich zum SEM-EDS-Mapping kann das TEM-EDS-Mapping geringe Mengen an Elementzusammensetzung erkennen.</li>
	</ol></li>
</ol>3. Batch-Adsorptionsexperiment
<ol><li>Bereiten Sie 50 ml 1.000 ppm Cu (II), Cr (III), Cr (VI), As (III), Cd (II), Pb (II), Zn (II) und Ni (II) wässrige Lösungen vor. Beachten Sie den pH-Wert jeder Lösung.</li>
	<li>Fügen Sie 50 mg Zeolith zu jeder Schwermetall(loid)-Lösung hinzu. Der pH-Wert der Mixlösung wird mit 0,1 M HCl oder 0,1 M NaOH fein eingestellt. Die Mischung bei 600 U/min 48 h bei 25 °C umrühren. HINWEIS: Jedes Schwermetall (Loid) -Ion hat einen stabilen pH-Bereich ohne die Metallhydroxidfällung. Stellen Sie den pH-Wert der endgültigen gemischten Lösung auf einen pH-Bereich ein, so dass die Abnahme der Schwermetallkonzentration auf die Leistung des Zeoliths zurückzuführen ist.</li>
	<li>Stellen Sie den pH-Wert der endgültigen gemischten Lösungen von Cu (II), Cr (III), Cr (VI), As (III), Cd (II), Pb (II), Zn (II) und Ni (II) auf 4,2, 3,9, 6,4, 7,8, 5,8, 5,2, 5,7 bzw. 6,4 ein.</li>
	<li>Filtern Sie die Mischlösungen durch 0,22 μm Membranen. Verdünnen Sie sie 1.000x, indem Sie 2% ige HNO3-Lösung hinzufügen. Messung der Restkonzentrationen von Schwermetallen (loid) (Abbildung 6) mit der Massenspektrometrie mit induktiv gekoppeltem Plasma (ICP-MS)16 mit einem Testbereich von 0,001 ppm bis 1 ppm. Die Betriebsparameter des ICP-MS finden Sie in Tabelle 2 .</li>
</ol>

<ol><li>Qin, G., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Soil+heavy+metal+pollution+and+food+safety+in+China%3A+Effects%2C+sources+and+removing+technology%5BTitle%5D)+AND+%22Chemosphere%22%5BJournal%5D)">Soil heavy metal pollution and food safety in China: Effects, sources and removing technology.</a> Chemosphere. 267, 129205(2021).</li>
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<li>Zheng, R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Converting+loess+into+zeolite+for+heavy+metal+polluted+soil+remediation+based+on+%26%2334%3Bsoil+for+soil-remediation%26%2334%3B+strategy%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Hazardous+Materials%22%5BJournal%5D)">Converting loess into zeolite for heavy metal polluted soil remediation based on &#34;soil for soil-remediation&#34; strategy.</a> Journal of Hazardous Materials. 412, 125199(2021).</li>
<li>Cheng, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Feasible+low-cost+conversion+of+red+mud+into+magnetically+separated+and+recycled+hybrid+SrFe12O19%40NaP1+zeolite+as+a+novel+wastewater+adsorbent%5BTitle%5D)+AND+%22Chemical+Engineering+Journal%22%5BJournal%5D)">Feasible low-cost conversion of red mud into magnetically separated and recycled hybrid SrFe12O19@NaP1 zeolite as a novel wastewater adsorbent.</a> Chemical Engineering Journal. 417, 128090(2021).</li>
<li>Yang, D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Remediation+of+Cu-polluted+soil+with+analcime+synthesized+from+engineering+abandoned+soils+through+green+chemistry+approaches%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Hazardous+Materials%22%5BJournal%5D)">Remediation of Cu-polluted soil with analcime synthesized from engineering abandoned soils through green chemistry approaches.</a> Journal of Hazardous Materials. 406, 124673(2021).</li>
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<li>Jin, Y., Li, L., Liu, Z., Zhu, S., Wang, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Synthesis+and+characterization+of+low-cost+zeolite+NaA+from+coal+gangue+by+hydrothermal+method%5BTitle%5D)+AND+%22Advanced+Powder+Technology%22%5BJournal%5D)">Synthesis and characterization of low-cost zeolite NaA from coal gangue by hydrothermal method.</a> Advanced Powder Technology. 32 (3), 791-801 (2021).</li>
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<li>Azizi, D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Microporous+and+macroporous+materials+state-of-the-art+of+the+technologies+in+zeolitization+of+aluminosilicate+bearing+residues+from+mining+and+metallurgical+industries%3A+A+comprehensive+review%5BTitle%5D)+AND+%22Microporous+and+Mesoporous+Materials%22%5BJournal%5D)">Microporous and macroporous materials state-of-the-art of the technologies in zeolitization of aluminosilicate bearing residues from mining and metallurgical industries: A comprehensive review.</a> Microporous and Mesoporous Materials. 318, 111029(2021).</li>
<li>Yang, D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Transferring+waste+red+mud+into+ferric+oxide+decorated+ANA-type+zeolite+for+multiple+heavy+metals+polluted+soil+remediation%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Hazardous+Materials%22%5BJournal%5D)">Transferring waste red mud into ferric oxide decorated ANA-type zeolite for multiple heavy metals polluted soil remediation.</a> Journal of Hazardous Materials. 424, Pt A 127244(2022).</li>
<li>Kirdeciler, S. K., Akata, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((One+pot+fusion+route+for+the+synthesis+of+zeolite+4A+using+kaolin%29%5BTitle%5D)+AND+%22Advanced+Powder+Technology%22%5BJournal%5D)">One pot fusion route for the synthesis of zeolite 4A using kaolin).</a> Advanced Powder Technology. 31 (10), 4336-4343 (2020).</li>
<li>Rubtsova, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Nanoarchitectural+approach+for+synthesis+of+highly+crystalline+zeolites+with+a+low+Si%2FAl+ratio+from+natural+clay+nanotubes%5BTitle%5D)+AND+%22Microporous+and+Mesoporous+Materials%22%5BJournal%5D)">Nanoarchitectural approach for synthesis of highly crystalline zeolites with a low Si/Al ratio from natural clay nanotubes.</a> Microporous and Mesoporous Materials. 330, 111622(2022).</li>
<li>Setthaya, N., Chindaprasirt, P., Pimraksa, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Preparation+of+zeolite+nanocrystals+via+hydrothermal+and+solvothermal+synthesis+using+of+rice+husk+ash+and+metakaolin%5BTitle%5D)+AND+%22Materials+Science+Forum%22%5BJournal%5D)">Preparation of zeolite nanocrystals via hydrothermal and solvothermal synthesis using of rice husk ash and metakaolin.</a> Materials Science Forum. 872, 242-247 (2016).</li>
<li>Belviso, C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Red+mud+as+aluminium+source+for+the+synthesis+of+magnetic+zeolite%5BTitle%5D)+AND+%22Microporous+and+Mesoporous+Materials%22%5BJournal%5D)">Red mud as aluminium source for the synthesis of magnetic zeolite.</a> Microporous and Mesoporous Materials. 270, 24-29 (2018).</li>
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<li>Meng, Q., Chen, H., Lin, J., Lin, Z., Sun, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Zeolite+A+synthesized+from+alkaline+assisted+pre-activated+halloysite+for+efficient+heavy+metal+removal+in+polluted+river+water+and+industrial+wastewater%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Environmental+Sciences+%28China%29%22%5BJournal%5D)">Zeolite A synthesized from alkaline assisted pre-activated halloysite for efficient heavy metal removal in polluted river water and industrial wastewater.</a> Journal of Environmental Sciences (China). 56, 254-262 (2017).</li>
<li>Wang, X., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Synthesis+of+substrate-bound+Au+nanowires+via+an+active+surface+growth+mechanism%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Visualized+Experiments%22%5BJournal%5D)">Synthesis of substrate-bound Au nanowires via an active surface growth mechanism.</a> Journal of Visualized Experiments. (137), e57808(2018).</li>
<li>Asundi, A. S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Understanding+structure-property+relationships+of+MoO3-promoted+Rh+catalysts+for+syngas+conversion+to+alcohols%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+the+American+Chemical+Society%22%5BJournal%5D)">Understanding structure-property relationships of MoO3-promoted Rh catalysts for syngas conversion to alcohols.</a> Journal of the American Chemical Society. 141 (50), 19655-19668 (2019).</li>
<li>Zhu, Q., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Solvent-free+crystallization+of+ZSM-5+zeolite+on+SiC+foam+as+a+monolith+catalyst+for+biofuel+upgrading%5BTitle%5D)+AND+%22Chinese+Journal+of+Catalysis%22%5BJournal%5D)">Solvent-free crystallization of ZSM-5 zeolite on SiC foam as a monolith catalyst for biofuel upgrading.</a> Chinese Journal of Catalysis. 41 (7), 1118-1124 (2020).</li>
<li>Ghrear, T. M. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((low-pressure%2C+low-temperature+microwave+synthesis+of+ABW+cesium+aluminosilicate+zeolite+nanocatalyst+in+organotemplate-free+hydrogel+system%5BTitle%5D)+AND+%22Materials+Research+Bulletin%22%5BJournal%5D)">low-pressure, low-temperature microwave synthesis of ABW cesium aluminosilicate zeolite nanocatalyst in organotemplate-free hydrogel system.</a> Materials Research Bulletin. 122, 110691(2020).</li>
</ol>

Die Autoren haben keine Interessenkonflikte offenzulegen.

Zeolith ist typischerweise ein Aluminosilikatmaterial. Theoretisch können silikat- und aluminatreiche Materialien als Rohstoffe für die Zeolithsynthese gewählt werden. Das Si/Al-Verhältnis des Rohmaterials muss dem des ausgewählten Zeolithtyps ähnlich sein, um den Einsatz zusätzlicher Silizium/Aluminium-Quellenzu minimieren 6,8,16. Das Si / Al-Verhältnis von Zeolith vom Typ FAU beträgt 1,2 und das Si / Al-Verhältnis von roter Er...

Schwermetalle aus anthropogenen und natürlichen Aktivitäten sind in Luft, Wasser und Boden allgegenwärtig1. Sie sind von hoher Mobilität und Toxizität und stellen ein potenzielles Gesundheitsrisiko für den Menschen durch direkten Kontakt oder über den Transport in der Nahrungskette dar2. Wasser ist lebenswichtig für das Leben der Menschen, da es der Rohstoff jeder Familie ist. Die Wiederherstellung der Wassergesundheit ist von entscheidender Bedeutung. Daher ist es von großer Bedeutung, die Mobilität und Bioverfügbarkeit von toxischen Schwermetallen im Wasser zu verringern. Um eine gute Gesundheit im Wasser zu erhalten, spielen Wasseraufbereitungsmaterialien wie Pflanzenkohle, eisenbasierte Materialien und Zeolith eine wesentliche Rolle bei der Immobilisierung oder Entfernung von Schwermetallen aus wässrigen Umgebungen 3,4,5.
Zeolithe sind hochkristalline Materialien mit einzigartigen Poren und Kanälen in ihren Kristallstrukturen. Sie bestehen aus TO4-Tetraedern (T ist das Zentralatom, normalerweise Si, Al oder P), die durch gemeinsame O-Atome verbunden sind. Die negative Oberflächenladung und austauschbare Ionen in den Poren machen es zu einem beliebten Adsorbens für den Ioneneinfang, der in großem Umfang bei der schwermetallbelasteten Wasser- und Bodensanierung eingesetzt wurde. Die Sanierungsmechanismen, die an der Schadstoffentfernung durch Zeolithe beteiligt sind, profitieren von ihren Strukturen und umfassen hauptsächlich chemische Bindungen6, elektrostatische Oberflächenwechselwirkung7 und Ionenaustausch8.
Zeolith vom Typ Faujasit (FAU) hat relativ große Poren mit einem maximalen Porendurchmesser von 11,24 Å. Es zeigt eine hohe Effizienz und breite Anwendungen für die Fremdkörperentfernung 9,10. In den letzten Jahren wurden umfangreiche Forschungsarbeiten der Entwicklung umweltfreundlicher und kostengünstiger Routinen für die Zeolithsynthese gewidmet, wie z. B. die Verwendung industrieller fester Abfälle11 als Rohstoff zur Bereitstellung von Silizium- und Aluminiumquellen oder die Einführung von Rezepturen ohne Leitmittel12. Zu den gemeldeten alternativen industriellen festen Abfällen, bei denen es sich um Silizium- und Aluminiumquellen handeln kann, gehören Kohlegangart 13, Flugasche11, Abfallmolekularsiebe 14, Bergbau- und Hüttenabfälle 15, technisch aufgegebener Boden 8 und landwirtschaftlicher Boden6 usw.
Hier wurde rote Erde, ein reichlich vorhandenes und leicht erhältliches silizium- und aluminiumreiches Material, als Rohstoff angenommen, und es wurde ein einfacher grüner Chemieansatz für die Synthese von Zeolith-Verbundwerkstoffen vom Typ Fe2O3 / FAU entwickelt (Abbildung 1). Die detaillierten Syntheseparameter wurden fein abgestimmt. Das synthetisierte Material weist eine hohe Immobilisierungskapazität für die schwermetallbelastete Wassersanierung auf. Die vorliegende Studie sollte für verwandte Forscher, die sich für diesen Bereich interessieren, aufschlussreich sein, Boden als Rohstoff für die Ökomaterialsynthese zu verwenden.

<table><tbody><tr><td>Chemicals</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Cadmiumnitrat-Tetrahydrat</td><td>Shanghai Aladdin Bio-Chem Technology Co., Ltd</td><td>C102676</td><td>AR, 99%. 1.000 Seiten/Min. herstellen; Stammlösung für die Prüfung der Adsorptionsleistung von Zeolith.</td></tr><tr><td>Chrom(III)-nitrat-Nonahydrat</td><td>Shanghai Aladdin Bio-Chem Technology Co., LTD</td><td>C116446</td><td>AR, 99%. 1.000 Seiten/Min. herstellen; Stammlösung für die Prüfung der Adsorptionsleistung von Zeolith.</td></tr><tr><td>Kupfersulfat-Pentahydrat</td><td>Shanghai Aladdin Bio-Chem Technology Co., LTD</td><td>C112396</td><td>AR, 99%. 1.000 Seiten/Min. herstellen; Stammlösung für die Prüfung der Adsorptionsleistung von Zeolith.</td></tr><tr><td>Bleinitrat</td><td>Shanghai Aladdin Bio-Chem Technology Co., Ltd</td><td>L112118</td><td>AR, 99%. Stellen Sie eine 1.000 ppm Stammlösung für den Test der Adsorptionsleistung von Zeolith her.</td></tr><tr><td>Nickelnitrat-Hexahydrat</td><td>Shanghai Aladdin Bio-Chem Technology Co., LTD</td><td>N108891</td><td>AR, 98%. 1.000 Seiten/Min. herstellen; Stammlösung für die Prüfung der Adsorptionsleistung von Zeolith.</td></tr><tr><td>Salpetersäure</td><td>Shanghai Aladdin Bio-Chem Technology Co., Ltd</td><td>N116238</td><td>AR, 69,2 %. Wird als Lösungsmittel im ICP-MS-Test verwendet.</td></tr><tr><td>Kaliumdichromat</td><td>Shanghai Aladdin Bio-Chem Technology Co., Ltd</td><td>P112163</td><td>AR, 99,8 %. 1.000 Seiten/Min. herstellen; Stammlösung für die Prüfung der Adsorptionsleistung von Zeolith.</td></tr><tr><td>Siliziumdioxid</td><td>Shanghai Aladdin Bio-Chem Technology Co., Ltd</td><td>S116482</td><td>AR, 99%. Zur Synthese von Zeolith.</td></tr><tr><td>Natrium(meta)arsenit</td><td>Sigma-aldrich</td><td>S7400-100G</td><td>AR, 90%. Stellen Sie eine 1.000 ppm Stammlösung für den Test der Adsorptionsleistung von Zeolith her.</td></tr><tr><td>Natriumhydroxid</td><td>Shanghai Aladdin Bio-Chem Technology Co., Ltd</td><td>S111502</td><td>Pellets. Für die Synthese von Zeolith.</td></tr><tr><td>Zinknitrat-Hexahydrat</td><td>Shanghai Aladdin Bio-Chem Technology Co., Ltd</td><td>Z111703</td><td>AR, 99%. 1.000 Seiten/Min. herstellen; Stammlösung für die Prüfung der Adsorptionsleistung von Zeolith.</td></tr><tr><td>Equipment</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Lufttrockenofen</td><td>Shanghai Yiheng Technology Instrument Co., LTD.</td><td>DHG-9075A</td><td>Wird für die hydrothermale Kristallisation und Trocknung von Proben verwendet</td></tr><tr><td>Analysenwaage</td><td>Sartorius Scientific Instruments Co.LTD</td><td>BSA224S-CW</td><td>Wird zum Wiegen von Proben</td></tr><tr><td>verwendet Zentrifugenröhrchen</td><td>Nantong Supin Experimental Equipment Co., LTD</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Hochgeschwindigkeitszentrifuge</td><td>Hunan Xiang Yi Laboratory Instrument Development Co., LTD</td><td>H1850</td><td>Wird zur Trennung von Feststoffen und flüssige Proben</td></tr><tr><td>Mehrpunkt-Magnetrührer</td><td>IKA Equipment Co.,LTD.</td><td>RT15</td><td>Wird zum Rühren von Proben</td></tr><tr><td>verwendet Oszillator</td><td>Changzhou Guohua Electric Appliances Co., LTD.</td><td>SHA-B</td><td>Für das gleichmäßige Mischen von Proben</td></tr><tr><td>: Spritzengetriebener Filter</td><td>Tianjin Jinteng Experimental Equipment Co., LTD.</td><td></td><td>0,22 μm für die Filtration.</td></tr><tr><td>Softwares</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>JADE 6.5</td><td>Materialdaten& (MDI)</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Mercury</td><td>Cambridge Crystallographic Data Centre (CCDC)</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Materials Studio</td><td>Accelrys Software Inc.</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Websites</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Datenbank der Zeolithstrukturen: http://www.iza-structure.org/databases/</td><td></td><td></td><td></td></tr> <tr><td>ICSD: https://icsd.products.fiz-karlsruhe.de/en</td><td></td><td></td><td></td></tr></tbody></table>

ressourcenrecycling von roter erde zur synthese von fe2o3/fau-zeolith-verbundwerkstoff für die schwermetallentfernung

Resource Recycling of Red Soil to Synthesize Fe2O3/FAU-type Zeolite Composite Material for Heavy Metal Removal

Schwermetallbelastetes Wasser ist für die menschliche Gesundheit und die Umwelt von großer Bedeutung. In situ Wasseraufbereitungstechniken, die durch hocheffiziente Adsorptionsmaterialien ermöglicht werden, sind unter diesen Umständen von großer Bedeutung. Unter allen Materialien, die in der Wasseraufbereitung verwendet werden, sind eisenbasierte Nanomaterialien und poröse Materialien von großem Interesse, die von ihrer reichen Redoxreaktivität und Adsorptionsfunktion profitieren. Hier haben wir ein einfaches Protokoll entwickelt, um die weit verbreitete rote Erde in Südchina direkt in die Herstellung des Zeolith-Verbundmaterials vom Typ Fe2O3 / Faujasit (FAU) umzuwandeln. 
Das detaillierte Syntheseverfahren und die Syntheseparameter wie Reaktionstemperatur, Reaktionszeit und Si/Al-Verhältnis in den Rohstoffen wurden sorgfältig abgestimmt. Die synthetisierten Verbundwerkstoffe zeigen eine gute Adsorptionskapazität für typische Schwermetall(loid)-Ionen. Mit 0,001 g/ml Fe2O3/FAU-Typ Zeolith-Verbundmaterial, das zu verschiedenen Schwermetall(loid)-verunreinigten wässrigen Lösungen (Einzeltyp von Schwermetall(loid)-Konzentration: 1.000 mg/L [ppm]) gegeben wurde, wurde die Adsorptionskapazität mit 172, 45, 170, 40, 429, 693, 94 und 133 mg/g für Cu (II), Cr (III), Cr (VI) gezeigt. As (III), Cd (II), Pb (II), Zn (II) und Ni (II) Entfernung, die für schwermetallbelastetes Wasser und Bodensanierung weiter ausgebaut werden können.

Abbildung 1 zeigt den gesamten Syntheseweg von Zeolith auf der Grundlage der Strategie "Boden zur Bodensanierung"6. Mit einem einfachen, organisch freien Weg kann rote Erde in Fe2O3/FAU-Zeolith-Verbundmaterial umgewandelt werden, ohne dass eine Fe- oder Al-Quelle hinzugefügt wird. Der synthetisierte Zeolith-Verbundwerkstoff weist eine hervorragende Abtragsfähigkeit für die schwermetallbelastete Wassersanierung auf und kann zur Bodensanierung eing...

Dieser Artikel stellt einen neuartigen und bequemen Weg zur Synthese von Fe2O3 / Faujasit (FAU) Zeolith-Verbundmaterial aus roter Erde vor. Die detaillierten Syntheseparameter wurden fein abgestimmt. Der erhaltene Verbundwerkstoff kann für eine effiziente schwermetallbelastete Wassersanierung eingesetzt werden, was auf seine Einsatzmöglichkeiten in der Umwelttechnik hinweist.

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

Heavy metal-polluted water is of great concern to human health and the eco-environment. In situ water remediation techniques enabled by highly efficient ...

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.

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Research

Forschung

JoVE Journal

Environment

Umwelt

Wegen der Bedeutung und umfangreiche Verwendung von Palladium, Gold und Kobalt   Metalle in High-Tech-Geräte, ihre Verwertung und Recycling bilden eine wichtige industrielle Herausforderung. Die hier beschriebene Metallrückgewinnungssystem ist ein einfaches, kostengünstiges Mittel für die effektive Erkennung, Beseitigung und Wiederherstellung dieser Metalle aus dem städtischen Bergwerk.

Erkennung und Wiedergewinnung von Palladium, Gold und Kobalt-Metalle aus der Urban-Mine mit Hilfe neuartiger Sensoren / Adsorbentien mit nanoskaligen Wagon-Rad-förmigen Poren Ausgewiesene

Hier stellen wir ein Protokoll zu synthetisieren und Fe-dotierte Aluminosilicat-Nanoröhrchen charakterisieren. Die Materialien werden entweder durch Sol-Gel - Synthese durch Zugabe von FeCl 3 • 6H 2 O zu der Mischung erhalten , die Si und Al - Vorstufen oder durch nach der Synthese Ionenaustausch von vorgeformten Aluminiumsilicat - Nanoröhrchen enthält.

Synthese und Charakterisierung von Fe-dotierten Aluminosilikatgerüststoffe Nanoröhrchen mit Enhanced Electron leitenden Eigenschaften

Ein Protokoll für die parallele Herstellung von gefälltem Calciumcarbonat und zeolithischem Material aus Hochofenschlacke durch mineralische Karbonatisierung bzw. alkalische hydrothermale Umwandlung wird vorgestellt. Die Leistungsfähigkeit des zeolithischen Materials gegenüber der Nickeladsorption wird getestet.

Zwei-Wege-Valorisierung von Hochofenschlacke: Synthese von gefälltes Calciumcarbonat und Zeolithmaterialien Heavy Metal Adsorbent

Hier präsentieren wir ein Protokoll, um Stickstoff/Sauerstoff Dual-dotierte mesoporösen Kohlenstoff aus Biomasse durch chemische Aktivierung in verschiedenen Pyrolyse Modi gefolgt von Modifikation zu synthetisieren. Wir zeigen, dass die Mikrowelle Pyrolyse profitiert die nachträgliche Änderungsprozess gleichzeitig mehr Stickstoff und Sauerstoff Funktionsgruppen auf die Kohlenstoff einzuführen.

Vorbereitung von biomassebasierten mesoporösen Carbon mit höheren Stickstoff-/ Sauerstoff chelatisierenden Adsorption für die 600-fache durch Mikrowelle Pre-Pyrolyse

Kombinierte Größe und Dichte Fraktionierung (CSDF) ist eine Methode, um körperlich Boden in Fraktionen unterschiedlicher Beschaffenheit (Korngröße) und Mineralogie (Dichte) zu trennen. Der Zweck ist, Brüche mit unterschiedlichen Reaktivitäten gegenüber organischen Bodensubstanz (SOM), zu isolieren, um besser zu verstehen, Organo-mineralische Interaktionen und SOM Dynamik.

Kombinierte Größe und Dichte Fraktionierung von Böden für Untersuchungen von Organo-mineralische Interaktionen

In dieser Arbeit haben wir ein Adsorbensausbau aus dem kationischen N,N-Dimethylamino Propylacrylamid methylchlorid quaternary (DMAPAAQ) Polymergel und Eisenhydroxid zur Adsorbierung von Arsen aus grundwasser hergestellt.  Das Gel wurde mit einer neuartigen Methode hergestellt, die den maximalen Gehalt an Eisenpartikeln in seiner Struktur gewährleisten soll.

Entfernung von Arsen mit einem kationischen Polymergel imprägniert mit Eisenhydroxid

Ein Protokoll für die rationelle Konstruktion eines dual-funktionalen elektroaktiven Filters bestehend aus Kohlenstoff-Nanoröhren und Titanat-Nanodrähten wird gemeldet und ihre Umweltanwendungen für die Oxidation und Sequestrierung von Sb(III) vorgestellt.

Ein dual-funktionaler elektroaktiver Filter zur gleichzeitigen Sb(III) Oxidation und Sequestrierung

Hier stellen wir ein Protokoll für das Screening der Bodenbiodiversität vor, um nach Pilzstämmen zu suchen, die am Abbau von widerspenstigen Materialien beteiligt sind. Zuerst werden Pilzstämme, die auf Huminsäuren oder Lignocellulose wachsen können, isoliert. Ihre Aktivität wird dann sowohl in enzymatischen Assays als auch an Schadstoffen wie Kohlenwasserstoffen und Kunststoffen getestet.

Isolierung und Screening aus der Bodenbiodiversität auf Pilze, die am Abbau widerspenstiger Materialien beteiligt sind

Ex-situ-Magnetfelduntersuchungen können direkt Bulk- und lokale Informationen über eine magnetische Elektrode liefern, um ihren Ladungsspeichermechanismus Schritt für Schritt aufzudecken. In dieser Arbeit werden Elektronenspinresonanz (ESR) und magnetische Suszeptibilität demonstriert, um die Bewertung paramagnetischer Spezies und ihrer Konzentration in einem redoxaktiven metallorganischen Gerüst (MOF) zu überwachen.

Magnetometrische Charakterisierung von Zwischenprodukten in der Festkörperelektrochemie redoxaktiver metallorganischer Gerüstverbindungen

Dieses Protokoll stellt ein mikrofluidisches System zur Untersuchung der mikrobiellen Niederschlagung von Manganoxidmineralien vor. Die Biomineralbildung wird in situ mittels optischer Mikroskopie und Bildanalyse gemessen. Dieser Ansatz kann angepasst werden, um die Niederschlagung anderer deutlich gefärbter biogener Minerale in porösen Umgebungen zu untersuchen.

Eine mikrofluidische Plattform zur Untersuchung der mikrobiellen Niederschlagung von Metalloxiden in porösen Medien

Erfahren Sie die Synthese von Fe₂O₃/FAU-Zeolith-Verbundwerkstoffen aus roter Erde zur Schwermetallentfernung aus Wasser. Diese grüne Chemie-Methode ermöglicht nachhaltige Wasseraufbereitung.

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

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