Name: 水酸化鉄を含浸させたカチオン性ポリマーゲルを用いたヒ素の除去 (動画) | JoVE Journal
Uploaded: 2019-06-28T14:00:00.000+00:00
Duration: 8 min 1 s
Description: 学ぶ水酸化鉄を含浸させたカチオン性ポリマーゲルを用いたヒ素吸着法。高濃度ヒ素を選択的に除去し、ゲルの再生が可能な環境科学における水処理技術です。

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

本研究は、JSPS KAKENHI助成金番号(26420764,JP17K06892)の支援を受けています。国土交通省「建設技術研究開発助成事業」に対する国土交通省の本研究への貢献も認められています。 また、本研究への千本清隆氏の貢献も認めます。広島大学ライティングセンターシニアライティングアドバイザーフェローのアデール・ピトケアス氏も、英語の訂正や提案を認めています。本研究は、第7回IWA-Aspireカンファレンス、2017年、2018年水・環境技術会議で発表されました。

注意:ヒ素は非常に有毒です。実験中は常に手袋、長袖衣類、実験用ゴーグルを使用し、皮膚や目にヒ素溶液が接触するのを防ぎます。ヒ素が体の一部に接触した場合は、すぐに石鹸で洗ってください。また、実験が行われていない場合でも、あなたと他の人がヒ素に接触しないように、定期的に実験環境をクリーンアップしてください。ヒ素暴露の症状は、長い時間の後に現れることがあります。設備を清掃する前に、まずきれいな水で洗い流し、ヒ素に指定された実験廃棄物容器に別々に水を処分してください。その後、洗剤で機器をよくきれいにします。環境のヒ素汚染を防ぐために、ヒ素サンプルを処分しながら予防措置を講じます。ヒ素に指定された実験廃棄物容器に別々に処分する。吸着または脱着実験が行われた後、ゲルは多量のヒ素を含有する。従って、ヒ素含有ゲルのみの指定実験廃棄物ビンに別々にゲルを処分する。
1. DMAPAAQ+FeOOHゲル複合材料の合成
<ol><li>2つの20 mL測定フラスコと磁気攪拌棒を装備した20 mLビーカーを2つ乾燥させます。</li>
	<li>DMAPAAQの2.07g(75%)、N、N'-メチレンビサクリラム化物(MBAA)の0.15g、亜硫酸ナトリウムの0.25g、NaOHの1.68gを1つの20mLビーカーに移す。</li>
	<li>蒸留水に完全に溶かし「溶剤」として溶かし、磁気攪拌バーで30分間撹拌します。</li>
	<li>ビーカーから1つの20 mL測定フラスコに混合物を移し、蒸留水を加えて20mL溶液を生成します。溶液に「モノマー溶液」としてラベルを付けます。</li>
	<li>同様に、別の20 mLビーカーで0.27gのペルロキソジスルフェート(APS)とFeCl3の3.78gを取ります。</li>
	<li>溶液を蒸留水に完全に溶かし、磁気攪拌バーで30分間撹拌します。</li>
	<li>ビーカーから別の20 mL測定フラスコに混合物を移し、蒸留水を加えて20mL溶液を構成する。ソリューションに「イニシエータ ソリューション」としてラベルを付けます。</li>
	<li>図 1に示すように、実験セットアップを準備します。</li>
	<li>溶液をそれぞれの20 mL分離ファネルに移します。</li>
	<li>N2ガスで溶液を 10 分間パージします。</li>
	<li>溶液を一緒に混ぜ、電気攪拌機で50 mL試験管でそれらを攪拌し、その後40分間10°Cで維持された冷却器に混合物を置きます。</li>
	<li>試験管からゲルブロックを取り出し、平らなまな板の上に置きます。</li>
	<li>ゲルブロックを立方体の形に切り、長さ5mm。</li>
	<li>ゲルスライスを24時間脱イオン水で浸し、不純物を除去します。</li>
	<li>12時間後、水を交換し、再びゲルスライスを浸します。</li>
	<li>ゲルスライスをペトリ皿に広げ、室温で24時間乾燥させます。</li>
	<li>24時間50°Cでオーブンにゲルスライスとペトリ皿を置きます。</li>
</ol>2. pH感度分析
<ol><li>乾燥した9つの40 mLプラスチック容器。</li>
	<li>9つの20mgの乾燥したゲル片を測定し、それぞれを別々の40 mLプラスチック容器に入れます。</li>
	<li>4mMの水素ナトリウムヘプタハイドレート(Na2 HAsO4~7H2O)溶液を各容器に20mL添加する。</li>
	<li>pHレベルを制御するには、異なる濃度(0.1、0.01、0.001、0.0001 M)のNaOH溶液またはHCL溶液の20 mLを各容器に追加し、pHレベルを2、6、8、10、12、13に維持し、ラベルを付けます。</li>
	<li>容器は20°C、120rpmは24時間で撹拌機に入れたままにしておきます。</li>
	<li>各容器から5mLのサンプルを収集し、マイクロピペットを使用してプラスチックチューブに各サンプルを配置します。</li>
	<li>すべてのサンプルの平衡pHを測定します。</li>
	<li>高性能液体クロマトグラフィー(HPLC)を用いて溶液中のヒ素の残量を測定する。分析カラム (4 x 200 mm)、ガードカラム (4 x 50 mm) および 4 mm サプレッサーを次の条件で使用します。 流量:1.5メートルL/分。 注入されたサンプルの量: 10 mL; カラム温度: 30 °C; 溶出液:2.7 mM Na2CO3および0.3 mM NaHCO3; ポンプ圧力:2000 psi; 電気伝導度検出:サプレッサー法。 注:1 mLの単一使用注射器にサンプルの1 mLを調達しました。注射器をシリンジ膜フィルター(細孔サイズ:0.22mm、直径:13mm)と組み合わせて、サンプルからゲルの微細断片を離散させる。約0.7mLの試料をカラムに注入した。蒸留水は、サンプルをブランク試料として注入する開始前に注入した。試料中のヒ素の存在を示すピークは13分で検出された。 注意:サンプルを注入した後、HPLCの吸引ヘッドに注射器を約2分間放置し、約0.2~0.3mLのサンプルが残っています。ほこりや空気が柱を貫通し、その熟達を変える可能性があるため、誤った結果をもたらす可能性があります。</li>
</ol>3. ヒ素吸着実験
<ol><li>乾燥5 40 mLプラスチック容器。</li>
	<li>各40 mLプラスチック容器に乾燥ゲル20mgを測定し、配置します。</li>
	<li>次の濃度で各容器に40 mLの水素水素二原ヘプタヒドレート(Na2 HAsO 4~7H2O)溶液を加えます:0.1、0.2、0.5、1、2mM。</li>
	<li>容器は20°C、120rpmは24時間で撹拌機に入れたままにしておきます。</li>
	<li>各容器から5mLのサンプルを収集し、マイクロピペットを使用してプラスチックチューブに入れます。</li>
	<li>ステップ 2.8 に従って、HPLC を使用した溶液の平衡ヒ素レベルを評価します。</li>
</ol>4. DMAPAAQ+FeOOHゲルの選択性分析
<ol><li>乾燥5 40 mLプラスチック容器。</li>
	<li>5つの40 mLプラスチック容器のそれぞれに乾燥ゲルの20mgを置きます。</li>
	<li>0.4mMの水素ナトリウムヘプタヒドレート(Na2 HAsO4~7H2O)溶液を各容器に20mL添加する。</li>
	<li>0.5、1、2、5、10 mMNa 2SO4の濃度で20 mLを5つの容器に加えます。</li>
	<li>容器は20°C、120rpmは24時間で撹拌機に入れたままにしておきます。</li>
	<li>各容器から5mLのサンプルを収集し、マイクロピペットを使用して別々のプラスチックチューブに配置します。</li>
	<li>ステップ2.8に従って、HPLCを使用して溶液中のヒ素の残りの濃度を定量化します。</li>
</ol>5. 均衡率分析
<ol><li>乾燥7 40 mLプラスチック容器。</li>
	<li>40mLのプラスチック容器のそれぞれに乾燥ゲルの20mgを置きます。</li>
	<li>0.2mMの水素ナトリウムヘプタヒドレート(Na2 HAsO4~7H2O)溶液の40mLを各容器に添加する。</li>
	<li>指定された時間の間、120 rpmで20 °Cで攪拌機の容器を保管してください。</li>
	<li>0.5、1、3、7、11、24、48時間後にマイクロピペットを使用してプラスチックチューブに5 mLサンプルを収集します。</li>
	<li>ステップ 2.8 に従って、HPLC を使用して各溶液の平衡ヒ素レベルを決定します。</li>
</ol>6. 再生解析
<ol><li>
吸着分析
	<ol>
<li>40 mLのプラスチック容器を乾燥させます。</li>
		<li>乾燥したゲルを20mg取り、40mLのプラスチック容器に入れます。</li>
		<li>0.2mm水素水素水素化水素化水素ヒデロンヘプタハイドレート(Na2HAsO4~7H2O)溶液の40mLを容器に添加する。</li>
		<li>容器は20°C、120rpmで24時間撹拌機に入れます。</li>
		<li>マイクロピペットを使用してプラスチックチューブに5 mLサンプルを収集します。</li>
		<li>HPLCを用いて溶液中の平衡ヒ素レベルを評価するには、ステップ2.8を参照してください。</li>
	</ol>
</li>
	<li>
ゲルのクリーニング
	<ol>
<li>メッシュふるいを取得します。</li>
		<li>ゲル片を一つずつ慎重に回収し、壊れ、メッシュふるいに入れないようにします。</li>
		<li>ゲルの表面に残っているヒ素が洗い流されるように、脱イオン水を使用してゲルを数回(最低5回)洗い流します。 注意:ゲル片は壊れやすい。ヒ素溶液からNaCl溶液に洗浄し、転送しながら、注意してそれらを処理します。</li>
	</ol>
</li>
	<li>
脱着解析
	<ol>
<li>40 mLのプラスチック容器を乾燥させます。</li>
		<li>ステップ6.2のゲル片を40mLのプラスチック容器に入れます。</li>
		<li>0.5 M NaCl 溶液の40 mLを容器に追加します。</li>
		<li>容器は20°C、120rpmで24時間撹拌機に入れます。</li>
		<li>マイクロピペットを使用してプラスチックチューブに5 mLサンプルを収集します。</li>
		<li>ステップ 2.8 に従って、HPLC を使用して溶液中の平衡ヒ素レベルを評価します。</li>
	</ol>
</li>
	<li>
プロセスの繰り返し
	<ol>
<li>ステップ 6.3 からゲルを収集した後、次の 8 つの完全なサイクルでプロセスを繰り返します: 6.2 > 6.1 > 6.3 > 6.2 > 6.1 > 6.2 > 6.3 > 6.3.</li>
	</ol>
</li>
</ol>

<ol><li>Oremland, R. S., Stolz, J. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+Ecology+of+Arsenic%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">The Ecology of Arsenic.</a> Science. 300 (5621), 939-944 (2003).</li>
<li>Bibi, I., Icenhower, J., Niazi, N. K., Naz, T., Shahid, M., Bashir, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Chapter+21+-+Clay+Minerals%3A+Structure%2C+Chemistry%2C+and+Significance+in+Contaminated+Environments+and+Geological+%7BCO2%7D+Sequestration%5BTitle%5D)+AND+%22Environmental+Materials+and+Waste%22%5BJournal%5D)">Chapter 21 - Clay Minerals: Structure, Chemistry, and Significance in Contaminated Environments and Geological {CO2} Sequestration.</a> Environmental Materials and Waste. , 543-567 (2016).</li>
<li>He, R., Peng, Z., Lyu, H., Huang, H., Nan, Q., Tang, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Synthesis+and+characterization+of+an+iron-impregnated+biochar+for+aqueous+arsenic+removal%5BTitle%5D)+AND+%22Science+of+the+Total+Environment%22%5BJournal%5D)">Synthesis and characterization of an iron-impregnated biochar for aqueous arsenic removal.</a> Science of the Total Environment. 612, 1177-1186 (2018).</li>
<li>Niazi, N. K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Arsenic+removal+by+Japanese+oak+wood+biochar+in+aqueous+solutions+and+well+water%3A+Investigating+arsenic+fate+using+integrated+spectroscopic+and+microscopic+techniques%5BTitle%5D)+AND+%22Science+of+the+Total+Environment%22%5BJournal%5D)">Arsenic removal by Japanese oak wood biochar in aqueous solutions and well water: Investigating arsenic fate using integrated spectroscopic and microscopic techniques.</a> Science of the Total Environment. 621, 1642-1651 (2017).</li>
<li>Shaheen, S. M., Eissa, F. I., Ghanem, K. M., Gamal El-Din, H. M., Al Anany, F. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Heavy+metals+removal+from+aqueous+solutions+and+wastewaters+by+using+various+byproducts%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Environmental+Management%22%5BJournal%5D)">Heavy metals removal from aqueous solutions and wastewaters by using various byproducts.</a> Journal of Environmental Management. 128, 514-521 (2013).</li>
<li>Shakoor, M. B., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Remediation+of+arsenic-contaminated+water+using+agricultural+wastes+as+biosorbents%5BTitle%5D)+AND+%22Critical+Reviews+in+Environmental+Science+and+Technology%22%5BJournal%5D)">Remediation of arsenic-contaminated water using agricultural wastes as biosorbents.</a> Critical Reviews in Environmental Science and Technology. 46 (5), 467-499 (2016).</li>
<li>Vithanage, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Interaction+of+arsenic+with+biochar+in+soil+and+water%3A+A+critical+review%5BTitle%5D)+AND+%22Carbon%22%5BJournal%5D)">Interaction of arsenic with biochar in soil and water: A critical review.</a> Carbon. 113, 219-230 (2017).</li>
<li>Hu, X., Ding, Z., Zimmerman, A. R., Wang, S., Gao, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Batch+and+column+sorption+of+arsenic+onto+iron-impregnated+biochar+synthesized+through+hydrolysis%5BTitle%5D)+AND+%22Water+Research%22%5BJournal%5D)">Batch and column sorption of arsenic onto iron-impregnated biochar synthesized through hydrolysis.</a> Water Research. 68, 206-216 (2015).</li>
<li>Saharan, P., Chaudhary, G. R., Mehta, S. K., Umar, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Removal+of+Water+Contaminants+by+Iron+Oxide+Nanomaterials%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Nanoscience+and+Nanotechnology%22%5BJournal%5D)">Removal of Water Contaminants by Iron Oxide Nanomaterials.</a> Journal of Nanoscience and Nanotechnology. 14 (1), 627-643 (2014).</li>
<li>Siddiqui, S. I., Chaudhry, S. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Iron+oxide+and+its+modified+forms+as+an+adsorbent+for+arsenic+removal%3A+A+comprehensive+recent+advancement%5BTitle%5D)+AND+%22Process+Safety+and+Environmental+Protection%22%5BJournal%5D)">Iron oxide and its modified forms as an adsorbent for arsenic removal: A comprehensive recent advancement.</a> Process Safety and Environmental Protection. 111, 592-626 (2017).</li>
<li>Tuna, A. ÖA., özdemir, E., şimşek, E. B., Beker, U. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Removal+of+As%28V%29+from+aqueous+solution+by+activated+carbon-based+hybrid+adsorbents%3A+Impact+of+experimental+conditions%5BTitle%5D)+AND+%22Chemical+Engineering+Journal%22%5BJournal%5D)">Removal of As(V) from aqueous solution by activated carbon-based hybrid adsorbents: Impact of experimental conditions.</a> Chemical Engineering Journal. 223, 116-128 (2013).</li>
<li>Sahiner, N., Demirci, S., Sahiner, M., Yilmaz, S., Al-Lohedan, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+use+of+superporous+p%283-acrylamidopropyl%29trimethyl+ammonium+chloride+cryogels+for+removal+of+toxic+arsenate+anions%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Environmental+Management%22%5BJournal%5D)">The use of superporous p(3-acrylamidopropyl)trimethyl ammonium chloride cryogels for removal of toxic arsenate anions.</a> Journal of Environmental Management. 152, 66-74 (2015).</li>
<li>Barakat, M. A. A., Sahiner, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Cationic+hydrogels+for+toxic+arsenate+removal+from+aqueous+environment%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Environmental+Management%22%5BJournal%5D)">Cationic hydrogels for toxic arsenate removal from aqueous environment.</a> Journal of Environmental Management. 88 (4), 955-961 (2008).</li>
<li>ur Rehman, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Removal+of+arsenate+and+dichromate+ions+from+different+aqueous+media+by+amine+based+p%28TAEA-co-GDE%29+microgels%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Environmental+Management%22%5BJournal%5D)">Removal of arsenate and dichromate ions from different aqueous media by amine based p(TAEA-co-GDE) microgels.</a> Journal of Environmental Management. 197, 631-641 (2017).</li>
<li>Safi, S. R., Gotoh, T., Iizawa, T., Nakai, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Development+and+regeneration+of+composite+of+cationic+gel+and+iron+hydroxide+for+adsorbing+arsenic+from+ground+water%5BTitle%5D)+AND+%22Chemosphere%22%5BJournal%5D)">Development and regeneration of composite of cationic gel and iron hydroxide for adsorbing arsenic from ground water.</a> Chemosphere. 217, 808-815 (2019).</li>
<li>Chaudhry, S. A., Ahmed, M., Siddiqui, S. I., Ahmed, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Fe%28III%29-Sn%28IV%29+mixed+binary+oxide-coated+sand+preparation+and+its+use+for+the+removal+of+As%28III%29+and+As%28V%29+from+water%3A+Application+of+isotherm%2C+kinetic+and+thermodynamics%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Molecular+Liquids%22%5BJournal%5D)">Fe(III)-Sn(IV) mixed binary oxide-coated sand preparation and its use for the removal of As(III) and As(V) from water: Application of isotherm, kinetic and thermodynamics.</a> Journal of Molecular Liquids. 224, 431-441 (2016).</li>
<li>Chaudhry, S. A., Zaidi, Z., Siddiqui, S. I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Isotherm%2C+kinetic+and+thermodynamics+of+arsenic+adsorption+onto+Iron-Zirconium+Binary+Oxide-Coated+Sand+%28IZBOCS%29%3A+Modelling+and+process+optimization%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Molecular+Liquids%22%5BJournal%5D)">Isotherm, kinetic and thermodynamics of arsenic adsorption onto Iron-Zirconium Binary Oxide-Coated Sand (IZBOCS): Modelling and process optimization.</a> Journal of Molecular Liquids. 229, 230-240 (2017).</li>
<li>Lin, S., Yang, H., Na, Z., Lin, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+novel+biodegradable+arsenic+adsorbent+by+immobilization+of+iron+oxyhydroxide+%28FeOOH%29+on+the+root+powder+of+long-root+Eichhornia+crassipes%5BTitle%5D)+AND+%22Chemosphere%22%5BJournal%5D)">A novel biodegradable arsenic adsorbent by immobilization of iron oxyhydroxide (FeOOH) on the root powder of long-root Eichhornia crassipes.</a> Chemosphere. 192, 258-266 (2018).</li>
<li>Allen, K. D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Hsp70+chaperones+as+modulators+of+prion+life+cycle%3A+Novel+effects+of+Ssa+and+Ssb+on+the+Saccharomyces+cerevisiae+prion+%5BPSI%2B%5D%5BTitle%5D)+AND+%22Genetics%22%5BJournal%5D)">Hsp70 chaperones as modulators of prion life cycle: Novel effects of Ssa and Ssb on the Saccharomyces cerevisiae prion [PSI+].</a> Genetics. 169 (3), 1227-1242 (2005).</li>
<li>Chaplin, B. P., Roundy, E., Guy, K. A., Shapley, J. R., Werth, C. I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Effects+of+natural+water+ions+and+humic+acid+on+catalytic+nitrate+reduction+kinetics+using+an+alumina+supported+Pd-Cu+catalyst%5BTitle%5D)+AND+%22Environmental+Science+and+Technology%22%5BJournal%5D)">Effects of natural water ions and humic acid on catalytic nitrate reduction kinetics using an alumina supported Pd-Cu catalyst.</a> Environmental Science and Technology. 40 (9), 3075-3081 (2006).</li>
<li>Zhang, Y., Cremer, P. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Interactions+between+macromolecules+and+ions%3A+the+Hofmeister+series%5BTitle%5D)+AND+%22Current+Opinion+in+Chemical+Biology%22%5BJournal%5D)">Interactions between macromolecules and ions: the Hofmeister series.</a> Current Opinion in Chemical Biology. 10 (6), 658-663 (2006).</li>
<li>Fawell, J. K., Ohanian, E., Giddings, M., Toft, P., Magara, Y., Jackson, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Sulfate+in+Drinking-water+Background+document+for+development+of+WHO+Guidelines+for+Drinking-water+Quality%5BTitle%5D)+AND+%22World+Health+Organization%22%5BJournal%5D)">Sulfate in Drinking-water Background document for development of WHO Guidelines for Drinking-water Quality.</a> World Health Organization. , 8(2004).</li>
<li>ur Rehman, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Fast+removal+of+high+quantities+of+toxic+arsenate+via+cationic+p%28APTMACl%29+microgels%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Environmental+Management%22%5BJournal%5D)">Fast removal of high quantities of toxic arsenate via cationic p(APTMACl) microgels.</a> Journal of Environmental Management. 166, 217-226 (2016).</li>
</ol>

著者は何も開示していない。

私たちの開発された方法の主な進歩は、ゲル複合材料のユニークな設計戦略です。ゲル調製法の目的は、ゲル中の鉄分含有量を最大化することにした。準備中に、FeCl3と NaOH をそれぞれ「イニシエータソリューション」と「モノマー溶液」に追加しました。モノマー溶液をイニシエータ溶液と混合すると、FeCl3とNaOHの間に反応があり、ゲル内でFeOOHを産生した。この現象は、ゲル複合材料中の最大鉄含有量を確保した。この方法の利点にもかかわらず、ゲルは、次の条件下で形成されません: 1) 溶液が完全に混合されていない場合;2) FeCl3の量が700モル/m3を超えると、イニシエータ、APS、および加速器である硫酸ナトリウムが低くなります。
ゲルが形成されない場合は、イニシエータと加速器を徐々に追加し、溶液を十分に混ぜます。イニシエータと加速器の量が多すぎると、ゲルのポリマー構造が異なり、所望の性能を達成できません。ゲルが形成し始めると、ゲルが歪むのを避けるために混合を停止します。
<p class...

水質汚染は環境に大きな懸念を抱き、ヒ素などの汚染物質を廃棄物から除去する方法を開発する動機付けとなっています1。報告されたすべての方法の中で、吸着プロセスは、重金属除去2、3、4、5、6、7のための比較的低コストのアプローチである。オキシ水酸化鉄粉末は、水溶液8,9からヒ素を抽出するための最も効率的な吸着剤の一つであると考えられている。それでも、これらの材料は、初期の飽和時間および有毒な合成前駆体を含む多くの欠点に苦しんでいる。さらに、これらの吸着剤を長期間使用すると水質に深刻な悪影響があります10.堆積または濾過などの追加の分離プロセスは、汚染された水を浄化するために必要とされ、これはさらに8、11の生産コストを増加させる。
近年、カチオン性ヒドロゲル、ミクロゲル、クライオゲルなどのポリマーゲルを開発し、効率的な吸着性を実証しています。例えば、カチオン性クライオゲルにより96%のヒ素除去率が達成され、ポリ(3-アクリルミドプロピル)トリメチル塩化アンモニウム[p(APTMACl)]12。さらに、pH9では、このカチオン性ヒドロゲル13により約99.7%の除去効率が達成された。pH4では、最大ヒ素吸着能力の98.72mg/gがマイクロゲルによって達成され、トリス(2-アミノエチル)アミン(TAEA)およびグリセロルディグリシジルエーテル(GDE)、p(TAEA-co-GDE)14に基づいて達成された。これらのゲルは良好な吸着性能を示したが、中性pHレベルで水からヒ素を効果的に除去することができず、すべての研究環境における選択性は15であった。Fe(III)-Sn(IV)混合バイナリ酸化物被覆砂を313Kの温度と716のpHで使用した場合、227mg/gの最大吸着容量を測定した。あるいは、Fe-Zrバイナリ酸化物被覆砂(IZBOCS)もヒ素を除去するために使用され、318 Kで84.75 mg/gの最大吸着能力および717のpHを達成した。他の報告された吸着剤は、低い吸着性能、リサイクル性の欠如、低安定性、高い運用および維持コスト、および合成プロセス4における有害化学物質の使用に苦しんでいます。
ヒ素吸着性能の向上、複雑な環境での高い選択性、リサイクル能力、中性pHレベルでの効率的な活性を備えた材料を開発することで、上記の限界に対処しようとしました。そこで、ヒ素除去の吸着剤として、N、N-ジメチルラミノプロピラクリラミドメチル塩化メチル塩化メチル(DMAPAAQ)ゲル及び鉄(III)水酸化物(FeOOH)粒子のカチオンゲル複合材料を開発した。FeOOHは両方の形態のヒ素18の吸着を増加させるので、FeOOHと私たちのゲルを組み合わせることを選びました。本研究では、当社のゲル複合材料は非多孔質であることを設計し、調製中にFeOOHを含浸させた。次のセクションでは、FeOOHの含有量を最大化するための戦略を含むゲル調製方法の詳細についてさらに説明します。

<table><tbody><tr><td>N,N'-ジメチルアミノプロピルアクリルアミド塩化メチル四級化合物(DMAPAAQ)(H2O)</td><td>KJ化学工業(株</td>)日本<td>150707</td><td></td></tr><tr><td>N,N'-メチレンビスアクリルアミド (MBAA)</td><td>Sigma-Aldrich, USA</td><td>1002040622</td><td></td></tr><tr><td>亜硫酸ナトリウム (Na2SO3)</td><td>Nacalai Tesque, Inc., Japan</td><td>31922-25</td><td></td></tr><tr><td>Na><><><><calai Tesque</td><td>, Inc., Japan</td><td>31916-15</td><td></td></tr><tr><td>二ナトリウム水素ヒ酸七水和物(Na2HAsO4.7H20)</td><td>ナカライテスク</td>株式会社 <td>10048-95-0</td><td></td></tr><tr><td>塩化第二鉄(FeCl3)</td><td>ナカライテスク</td>株式会社 <td>19432-25</td><td></td></tr><tr><td>水酸化ナトリウム(NaOH)</td><td>岸田化学工業株式会社</td><td>000-75165</td><td></td></tr><tr><td>アンモニウムペルオキソジスルフェート(APS)</td><td>関東化学工業(株</td>)<td>907W2052</td><td></td></tr><tr><td>塩酸(HCl)</td><td>関東化学(株</td>)<td>18078-01</td><td></td></tr> <tr><td>Nacalai Tesque, Inc., Japan</td><td>31320-05</td><td></td><td></td></tr></tbody></table>

水酸化鉄を含浸させたカチオン性ポリマーゲルを用いたヒ素の除去

Removal of Arsenic Using a Cationic Polymer Gel Impregnated with Iron Hydroxide

本研究では、地下水からヒ素を吸着するように設計された構造で水酸化鉄を含むカチオン性ポリマーゲルからなる吸着剤を用意した。選択したゲルは、N,N-ジメチルアミノプロピラクリラアミドメチル塩化メチル(DMAPAAQ)ゲルであった。我々の調製方法の目的は、ゲルの構造における水酸化鉄の最大含有量を確保することにあった。この設計アプローチにより、ゲルのポリマー構造と水酸化鉄成分の両方による同時吸着が可能となり、材料の吸着能力が高まり、材料の吸着能力が高まり、材料の吸着能力が向上しました。ゲルの性能を調べるために、反応動態を測定し、pH感度と選択性分析を行い、ヒ素吸着性能を監視し、再生実験を行った。ゲルは化学吸収プロセスを経て、10時間で平衡に達すると判断した。さらに、ゲルは中性pHレベルで効果的にヒ素を吸着し、複雑なイオン環境で選択的に、1.63 mM/gの最大吸着容積を達成した。ゲルは87.6%の効率で再生することができ、NaClは有害なNaOHの代わりに脱着に使用することができる。一緒に、提示されたゲルベースの設計方法は、高性能ヒ素吸着剤を構築するための効果的なアプローチです。

図1は、DMAPAAQ+FeOOHゲルの調製のための実験セットアップについて説明する。表1は、ゲルの調製に関与する材料の組成物を示す。
図2は、DMAPAAQ+FeOOHゲルによるヒ素の吸着との接触時間の関係を示す。図では、ヒ素の吸着量を0.5、1、3、7、11、24、48時間で調べた。結果は、ヒ素の吸着が10時間後に均衡に達し、吸着の24時間後に、ヒ素の吸着量の最小増加が検出されたことを示している。
図 3a,bは、DMAPAAQ+FeOOHゲルによるヒ素吸着に対する擬似第1次および擬似...

本研究では、地下水からヒ素を吸着するカチオン性N、N-ジメチルアミノプロピラクリラアミドメチル塩化メチル塩化メチル(DMAPAAQ)ポリマーゲルと水酸化鉄からなる吸着剤を用意した。ゲルは、その構造内の鉄粒子の最大含有量を確保するように設計された新しい方法を介して調製されました。

In this work, we prepared an adsorbent composed of a cationic polymer gel containing iron hydroxide in its structure designed to adsorb arsenic from ...

この手順の主な利点は、ゲルが選択的に他の技術よりも高いヒ素濃度で地下水からヒ素を吸着し、ゲルを再生できることです。この方法の実証は、ゲルの調製および吸収実験を視覚化して実験を再現する必要があるため、非常に重要です。ヒ素は20カ国以上の地下水に見られます。この技術の意味は、汚染された水からヒ素を除去するという課題に向かって拡張することができます。この方法は、ヒ素で汚染された産業排水の処理にも適用することができる。このテクニックを初めて試す際には、常に注意を守ってください。ゲルブロックの形成は、溶液が適切かつ比例して混合されていない場合に困難である可能性があります。20ミリリットルの測定フラスコ2個と、磁気スターバーを備えた20ミリリットルビーカー2個を乾燥させます。DMAPAAQの4.13グラム、Nの0.31グラム、N'primeメチレンビサクリアミド、0.5グラムの亜硫酸ナトリウム、3.36グラムの水酸化ナトリウムを20ミリリットルのビーカー1つに移す。溶液を蒸留水に溶媒として完全に溶解し、磁気攪拌棒で30分間攪拌します。ビーカーから1つの20ミリリットルの測定フラスコに混合物を移し、蒸留水を加え、20ミリリットルの溶液を生成する。ソリューションにモノマー溶液のラベルを付けます。同様に、0.54グラムのペルオキソキシ硫酸アン酸アンモニウムと7.57グラムの塩化鉄を別の20ミリリットルビーカーに摂取する。溶液を蒸留水に完全に溶解し、磁気攪拌棒で30分間攪拌します。ビーカーから別の20ミリリットルの測定フラスコに混合物を移します。そして、20ミリリットルの溶液を構成するために蒸留水を追加します。ソリューションにイニシエータ ソリューションのラベルを付けます。テキストプロトコルで図のように実験のセットアップを準備した後、それぞれの20ミリリットルの分光漏斗に溶液を移します。窒素ガスで30分間溶液をパージします。溶液を混ぜ合わせ、電気攪拌機で50ミリリットルの試験管でかき混ぜます。その後、混合物を摂氏10度に維持したチラーに4時間置きます。試験管からゲルブロックを取り出し、平らなまな板の上に置きます。ゲルブロックを長さ5ミリメートルの立方形にします。ゲルスライスを脱イオン水で24時間浸し、不純物を取り除きます。翌日、ペトリ皿にゲルスライスを広げ、室温で24時間乾燥させます。ペトリ皿にジェルスライスを入れ、オーブンに50°Cで24時間置きます。40ミリリットルのプラスチック容器を5個乾燥させます。次に、40ミリリットルのプラスチック容器に乾燥ゲルを20ミリグラム測定し、入れます。各容器に40ミリリットルの水素アルチナトリウムヘプタハイドレート溶液を異なる濃度で加えます。容器を撹拌機に20°C、120 RPMで24時間保管します。各容器から5ミリリットルのサンプルを収集し、マイクロピペットを使用してプラスチックチューブに入れます。高速液体クロマトグラフィー(HPLC)を使用して溶液中の平衡ヒ素レベルを測定します。4~200ミリメートルの分析カラム、4~50ミリメートルガードカラム、4ミリメートルサプレッサーを使用します。吸着分析のために、乾燥した40ミリリットルのプラスチック容器に乾燥ゲルの20ミリグラムを加える。次に、40ミリリットルの0.2ミリモル水素二ナトリウム水素アルミチン酸ヘプタハイドレート溶液を容器に加える。容器を撹拌機に20度、120 RPMで24時間保管します。次に、マイクロピペットを用いてプラスチックチューブに5ミリリットルのサンプルを採取する。以前のようにHPLCを用いて溶液中の平衡砒素レベルを評価する。ゲルを洗浄するには、まず、メッシュふるいを得る。壊れやすいゲル片を一度に1つずつ慎重に回収し、メッシュふるいに入れます。ゲルを最低5回洗浄し、脱イオン水を使用して、ゲル表面に残ったヒ素を洗い流します。脱着分析の場合は、壊れやすいゲル片を乾燥した40ミリリットルのプラスチック容器に慎重に移します。40ミリリットルの0.5モル塩化ナトリウム溶液を容器に加えます。容器を撹拌機に20度、120 RPMで24時間保管します。マイクロピペットを用いてプラスチックチューブに5ミリリットルのサンプルを採取し、HPLCを用いて溶液中の平衡ヒ素レベルを評価します。ゲルクリーニングステップで分離された2ラウンドの吸収と脱着分析ステップを含む各サイクルで、8サイクルの完全なサイクルでプロセスを繰り返します。このヒ素吸収量は、水酸化鉄を含むカチオ性ポリマーゲルにより、異なる濃度のヒ素でプロットした。結果は、ゲルの最大ヒ素吸着能力が1グラム当たり1.36ミリモルであったことを示している。データは、ラングミュア等吸除モデルに適合します。ヒ素の選択的吸着を共存硫酸アニオンで調べた。結果は、ゲルの溶液中に硫酸アニオンが存在していたとしても、DMAPAAQと酸化鉄を加えてゲル構造中の酸化鉄成分のために選択的にヒ素を吸着したことを示している。ゲルの再使用可能性を、脱着プロセスのための吸着用のヒ素溶液および塩化ナトリウムを用いて8日間連続して調べた。1日目と7日目の吸着データからの再生効率から87.6%の再生効率を計算した。ヒ素は非常に危険です。実験中は、皮膚や眼とのヒ素溶液の接触を防ぐため、常に手袋、長袖服、実験用ゴーグルを使用してください。

removal-arsenic-using-cationic-polymer-gel-impregnated-with-iron

Research

JoVE Journal

Environment

環境

ウランの酸化銅ナノ粒子による微量元素の除去<em&gt;その場での</em&gt;回復ブリード水と細胞生存率への影響

そのため、パラジウム、金とコバルトの重要性と広範な使用の ハイテク機器における金属は、その回収・リサイクルは重要な産業の課題となっています。本明細書に記載の金属回収装置は、簡単​​、低コストで効果的な検出、除去、都市鉱山からこれらの金属を回収するための手段です。...

検出とパラジウムの回収は、都市鉱山からの金やコバルト金属は、ナノスケールワゴンホイール形の細孔を有する指定小説センサ/吸着剤を使用しました

標的細胞送達は、さまざまな生物医学的応用に有用です。...

細胞標識および超常磁性酸化鉄ナノ粒子とターゲティング

プロトコルは、アルギン酸塩のような細胞外ポリマー（ALE）を抽出するために、好気性粒状汚泥を可溶化するための方法論を提供します。...

好気性グラニュール汚泥からの構造細胞外高分子物質の抽出

幅広い食品行列中無機態ヒ素を決定する分析法の有用性が示されています。メソッドは、水素化物発生原子吸光法による無機ヒ素の最終決定とクロロホルムへの抽出選択で構成されています。...

無機ヒ素で、広い範囲の食品行列水素化物発生 - 原子吸光法を使用して分析します。

運命とヒ素および水銀の帯水層の生理化学的に密接に関連する条件と微生物活性が。帯水層を模倣して無酸素状態の中微量元素の生物地球化学のより良い理解をしたりできるように元の実験的列の設定を紹介します。地球化学的および微生物学的アプローチを組み合わせる 2...

(オキシ) 鉄の水酸化物、微量元素、細菌の嫌気性生物地球化学的相互作用を研究するため実験的列の設定

ハイドロゲルを用いたマイクロ磁気応答性の高いコンポーネントとの容易な迅速な製造のための製造技術の添加剤

いくつかの水溶液中における放射性ヨウ素の迅速かつイオン選択性の淡水化のための効率的な方法は、金ナノ粒子を固定化したセルロース...

金ナノ粒子に埋め込まれた膜フィルターを用いた放射性ヨウ素アニオン選択性淡水化の効率的な方法

本研究は、創傷治癒 (スクラッチ試金) メカニズムとしてヒ素の影響細胞移行などどのように環境汚染物質を決定するための生体外モデルに焦点を当てください。結果は、このin...

体外皮膚細胞移動へのヒ素の効果を発揮するアッセイをスクラッチします。

カーボンナノチューブとチタン酸ナノワイヤーからなる二重機能電気活性フィルタの合理的な設計のためのプロトコルが報告され、Sb(III)酸化と隔離に向けた環境応用が提示される。...

Sb(III) 酸化と隔離を同時に行う二重機能電気活性フィルタ

本研究では、特殊な装置を必要としない化学的手法により、発泡体にチチンを拡大する方法を説明する。...

膨張したキチン発泡体の調製と水性銅の除去における使用

学ぶ水酸化鉄を含浸させたカチオン性ポリマーゲルを用いたヒ素吸着法。高濃度ヒ素を選択的に除去し、ゲルの再生が可能な環境科学における水処理技術です。

水酸化鉄を含浸させたカチオン性ポリマーゲルを用いたヒ素の除去

さらに動画を探す