מאמר זה מציג מסלול חדשני ונוח לסינתזה של חומר מרוכב מסוג Fe2O3/faujasite (FAU) מאדמה אדומה. פרמטרי הסינתזה המפורטים כווננו היטב. החומר המרוכב המתקבל יכול לשמש לתיקון יעיל של מים מזוהמים במתכות כבדות, מה שמעיד על היישומים הפוטנציאליים שלו בהנדסת סביבה.
הרשמה ל-JoVE נדרשת לצפייה בתוכן זה. התחברו או התחילו בגרסת ניסיון בחינם.
מאמר שיטה
מיחזור משאבים של אדמה אדומה לסינתזה Fe2O3 / חומר מרוכב Zeolite מסוג FAU להסרת מתכות כבדות
במאמר זה
סיכום
תקציר
מים כבדים מזוהמים במתכות מדאיגים מאוד את בריאות האדם ואת הסביבה האקולוגית. טכניקות תיקון מים באתרן המתאפשרות על ידי חומרי ספיחה יעילים ביותר הן בעלות חשיבות רבה בנסיבות אלה. מבין כל החומרים המשמשים לתיקון מים, ננו-חומרים מבוססי ברזל וחומרים נקבוביים הם בעלי עניין רב, ונהנים מתגובתיות חמצון-חיזור עשירה ותפקוד ספיחה. כאן, פיתחנו פרוטוקול facile להמרה ישירה של האדמה האדומה המתפשטת באופן נרחב בדרום סין כדי לייצר את החומר המרוכב מסוג Fe2O3/faujasite (FAU).
הליך הסינתזה המפורט ופרמטרים של סינתזה, כגון טמפרטורת התגובה, זמן התגובה ויחס Si/Al בחומרי הגלם, כווננו בקפידה. החומרים המרוכבים המסונתזים מראים יכולת ספיחה טובה עבור יוני מתכת כבדה טיפוסיים. עם 0.001 גרם/מ"ל Fe2O3/FAU של חומר מרוכב זאוליט שנוסף לתמיסות מימיות מזוהמות שונות של מתכות כבדות (loid) (סוג יחיד של ריכוז מתכות כבדות (loid): 1,000 מ"ג/ל' [ppm]), יכולת הספיחה הוכחה כ-172, 45, 170, 40, 429, 693, 94 ו-133 מ"ג/גרם עבור Cu (II), Cr (III), Cr (VI), כמו (III), Cd (II), Pb (II), Zn (II) ו Ni (II) הסרה, בהתאמה, אשר ניתן להרחיב עוד יותר עבור מים מזוהמים מתכת כבדה ושיקום הקרקע.
מבוא
מתכות כבדות מפעילויות אנתרופוגניות וטבעיות נמצאות בכל מקום בסביבת האוויר, המים והקרקע1. הם בעלי ניידות גבוהה ורעילות, ומהווים סיכון בריאותי פוטנציאלי לבני אדם על ידי מגע ישיר או באמצעות הובלת שרשרת מזון2. מים חיוניים לחיי האדם מכיוון שהם חומרי ההזנה של כל משפחה. שיקום בריאות המים הוא חיוני. לכן, יש חשיבות רבה לירידה בניידות ובזמינות הביולוגית של מתכות כבדות רעילות במים. כדי לשמור על בריאות טובה במים, חומרים לתיקון מים, כגון ביו-פחם, חומרים על בסיס ברזל וזאוליט, ממלאים תפקיד חיוני בשיתוק או בהסרה של מתכות כבדות מסביבות מימיות 3,4,5.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
פרוטוקול
1. איסוף חומרי גלם וטיפול בהם
- אוסף אדמה אדומה
- לאסוף את האדמה האדומה. מסירים את השכבה העליונה באורך 30 ס"מ של הקרקע המכילה צמחים ושאריות חומר אורגני.
הערה: בניסוי זה, האדמה האדומה נאספה בקמפוס של האוניברסיטה הדרומית למדע וטכנולוגיה (SUSTech), שנזן, גואנגדונג, סין (113°59' E, 22°36' N).
- לאסוף את האדמה האדומה. מסירים את השכבה העליונה באורך 30 ס"מ של הקרקע המכילה צמחים ושאריות חומר אורגני.
- טיפול בקרקע אדומה
- יש לייבש באוויר את האדמה האדומה שנאספה בטמפרטורת החדר ולסנן אותה דרך מסננת של 30 רשת. מסירים את רוב האבנים והעלים הגדולים. מדוד את ריכוז המתכת הכבדה (loid) (טבלה 1) בקרקע האדומה באמצעות ספקטרומטריית מסת פלזמה מצומדת אינדוקטיבית (ICP-MS)16 כדי לוודא שלא נוצר זיהום ל....
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
תוצאות
איור 1 ממחיש את מסלול הסינתזה הכולל של זאוליט בהתבסס על אסטרטגיית "קרקע לשיקום קרקע"6. עם מסלול פשוט ללא אורגניות, ניתן להמיר אדמה אדומה לחומר מרוכב זאוליט מסוג Fe2O3/FAU מבלי להוסיף מקור Fe או Al כלשהו. החומר המרוכב זאוליט המסונתז מפגין יכולת הסרה מצוינת לשיקום מים מזוהמים במתכות כבדות וניתן להשתמש בו לשיקום הקרקע.
איור 2 מציג את התוצאה של ניתוח XRF עבור אדמה אדומה. ההרכב העיקרי של אדמה א.......
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
דיון
זאוליט הוא בדרך כלל חומר אלומינוסיליקט. בתיאוריה, חומרים עשירים בסיליקט ואלומיניום יכולים להיבחר כחומרי גלם לסינתזה של זאוליט. יחס Si/Al של חומר הגלם חייב להיות דומה לזה של סוג הזאוליט הנבחר כדי למזער את השימוש במקורות סיליקון/אלומיניום נוספים 6,8,16. יחס Si/Al של זאוליט מסוג FAU הוא 1.2, ויחס Si/Al של אדמה אדומה הוא 1.3. לכן, אדמה אדומה היא מקור Si ו-Al מושלם לסינתזת זאוליטים מסוג FAU. עם זאת, בשיטה זו, לא כל SiO2 בא.......
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
גילויים
למחברים אין ניגודי עניינים לחשוף.
תודות
עבודה זו נתמכה כספית על ידי קרנות מדעי הטבע לחוקר צעיר מכובד של מחוז גואנגדונג, סין, מס '2020B151502094; הקרן הלאומית למדעי הטבע של סין, מס '21777045 ו 22106064; קרן ועדת המדע, הטכנולוגיה והחדשנות של שנזן, סין, JCYJ20200109141625078; 2019 פרויקט חדשנות לנוער של אוניברסיטאות ומכללות גואנגדונג, סין, מס '2019KQNCX133 וקרן מיוחדת לאסטרטגיית החדשנות המדעית והטכנולוגית של מחוז גואנגדונג (PDJH2021C0033). עבודה זו מומנה על ידי מעבדת המפתח של שנזן למדע בין-פאזי והנדסה של חומרים (לא. ZDSYS20200421111401738), מעבדת המפתח המחוזית של גואנגדונג לבקרת זיהום קרקע ומי תהום (2017B030301012), והמעבדה המרכזית להגנת הסביבה של המדינה לבקרת זיהום משולבת של מים עיליים ומי תהום. בפרט, אנו מכי....
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
חומרים
| שם | חברה | מספר קטלוג | הערות |
|---|---|---|---|
| <חזק>כימיקלים | |||
| קדמיום חנקתי טטרהידרט | שנחאי אלאדין ביו-כימיה טכנולוגיה ושות', בע"מ | C102676 | AR, 99%. יצירת 1,000 עמודים לדקה פתרון מלאי לבדיקת ביצועי ספיחה של זאוליט. |
| כרום (III) חנקתי nonahydrate | שנחאי אלאדין ביו-כימיה טכנולוגיה ושות', בע"מ | C116446 | AR, 99%. יצירת 1,000 עמודים לדקה פתרון מלאי לבדיקת ביצועי ספיחה של זאוליט. |
| נחושת סולפט פנטהידראט | שנחאי אלאדין ביו-כימיה טכנולוגיה ושות', בע"מ | C112396 | AR, 99%. יצירת 1,000 עמודים לדקה פתרון מלאי לבדיקת ביצועי ספיחה של זאוליט. |
| חנקת עופרת | שנחאי אלאדין ביו-כימיה טכנולוגיה ושות', בע"מ | L112118 | AR, 99%. הכינו תמיסת מלאי של 1,000 עמודים לדקה לבדיקת ביצועי ספיחה של זאוליט. |
| ניקל חנקתי הקסהידרט | שנחאי אלאדין ביו-כימיה טכנולוגיה ושות', בע"מ | N108891 | AR, 98%. יצירת 1,000 עמודים לדקה פתרון מלאי לבדיקת ביצועי ספיחה של זאוליט. |
| חומצה חנקתית | שנחאי אלאדין ביו-כימיה טכנולוגיה ושות', בע"מ | N116238 | AR, 69.2%. משמש כממס בבדיקת ICP-MS. |
| אשלגן דיכרומט | שנחאי אלאדין ביו-כימיה טכנולוגיה ושות', בע"מ | P112163 | AR, 99.8%. יצירת 1,000 עמודים לדקה פתרון מלאי לבדיקת ביצועי ספיחה של זאוליט. |
| צורן דו חמצני | שנחאי אלאדין ביו-כימיה טכנולוגיה ושות', בע"מ | S116482 | AR, 99%. לסינתזה של זאוליט. |
| נתרן (מטה)ארסניט | סיגמא-אולדריץ' | S7400-100G | AR, 90%. הכינו תמיסת מלאי של 1,000 עמודים לדקה לבדיקת ביצועי ספיחה של זאוליט. |
| נתרן הידרוקסיד | שנחאי אלאדין ביו-כימיה טכנולוגיה ושות', בע"מ | S111502 | כדורים. לסינתזה של זאוליט. |
| אבץ חנקתי הקסהידרט | שנחאי אלאדין ביו-כימיה טכנולוגיה ושות', בע"מ | Z111703 | AR, 99%. יצירת 1,000 עמודים לדקה פתרון מלאי לבדיקת ביצועי ספיחה של זאוליט. |
| <חזק>ציוד | |||
| תנור יבש באוויר | שנחאי Yiheng טכנולוגיה מכשיר ושות', בע"מ. | DHG-9075A | משמש להתגבשות הידרותרמית וייבוש של דגימה |
| איזון אנליטי | Sartorius Scientific Instruments Co.LTD | BSA224S-CW | משמש לשקילת |
| דגימות צינורות צנטריפוגה | Nantong Supin ציוד ניסיוני ושות', בע"מ | ||
| צנטריפוגה במהירות גבוהה | Hunan Xiang Yi מעבדה פיתוח מכשירים ושות', בע"מ | H1850 | משמש להפרדה של מוצק ו דגימות נוזליות |
| מערבל מגנטי רב-נקודתי | IKA ציוד ושות', בע"מ | RT15 | משמש לערבוב דגימות |
| מתנד | Changzhou Guohua Electric Appliances Co., LTD. | SHA-B | לערבוב אחיד של דגימות |
| מסנן מונע מזרק | טיאנג'ין ג'ינטנג ציוד ניסיוני ושות', בע"מ | 0.22 μ m. לסינון. | |
| Softwares | |||
| JADE 6.5 | חומרים נתונים & (מד"י) | ||
| מרקורי | קיימברידג' מרכז נתונים קריסטלוגרפי (CCDC) | ||
| Materials Studio | Accelrys Software Inc. | ||
| Websites | |||
| מסד נתונים של מבני זאוליט: http://www.iza-structure.org/databases/ | |||
| ICSD: https://icsd.products.fiz-karlsruhe.de/en |
מקורות
- Qin, G., et al. Soil heavy metal pollution and food safety in China: Effects, sources and removing technology. Chemosphere. 267, 129205(2021).
- Xu, D. M., Fu, R. B., Liu, H. Q., Guo, X. P.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
הדפסות חוזרות והרשאות
