Summary
Dit artikel presenteert een nieuwe en handige route om Fe2O3/ faujasite (FAU) -type zeolietcomposietmateriaal uit rode grond te synthetiseren. De gedetailleerde syntheseparameters zijn nauwkeurig afgesteld. Het verkregen composietmateriaal kan worden gebruikt voor efficiënte met zware metalen verontreinigde watersanering, wat wijst op de mogelijke toepassingen ervan in de milieutechniek.
Abstract
Met zware metalen vervuild water is van groot belang voor de menselijke gezondheid en het ecomilieu. In situ watersaneringstechnieken die mogelijk worden gemaakt door zeer efficiënte adsorptiematerialen zijn in deze omstandigheden van groot belang. Van alle materialen die worden gebruikt bij watersanering zijn nanomaterialen op basis van ijzer en poreuze materialen van groot belang, die profiteren van hun rijke redoxreactiviteit en adsorptiefunctie. Hier hebben we een gemakkelijk protocol ontwikkeld om de wijd verspreide rode grond in Zuid-China direct om te zetten in het fabriceren van het Fe2O3 / faujasite (FAU) -type zeolietcomposietmateriaal.
De gedetailleerde syntheseprocedure en syntheseparameters, zoals reactietemperatuur, reactietijd en de Si/Al-verhouding in de grondstoffen, zijn zorgvuldig afgestemd. De as-gesynthetiseerde composietmaterialen vertonen een goede adsorptiecapaciteit voor typische zware metaal(loid) ionen. Met 0,001 g/ml Fe2O3/FAU-type zeolietcomposietmateriaal toegevoegd aan verschillende met zwaar metaal (loid)vervuilde waterige oplossingen (één type zwaar metaal(loid)-concentratie: 1.000 mg/L [ppm]), bleek de adsorptiecapaciteit 172, 45, 170, 40, 429, 693, 94 en 133 mg/g te zijn voor Cu (II), Cr (III), Cr (VI), Respectievelijk as (III), Cd (II), Pb (II), Zn (II) en Ni (II) verwijdering, die verder kan worden uitgebreid voor met zware metalen vervuild water en bodemsanering.
Introduction
Zware metalen (loid) s van antropogene en natuurlijke activiteiten zijn alomtegenwoordig in de lucht, het water en het bodemmilieu1. Ze zijn van hoge mobiliteit en toxiciteit en vormen een potentieel gezondheidsrisico voor de mens door direct contact of via transport van de voedselketen2. Water is van vitaal belang voor het leven van mensen, omdat het de grondstof is van elk gezin. Het herstellen van de watergezondheid is cruciaal. Daarom is het van groot belang om de mobiliteit en biologische beschikbaarheid van giftige zware metalen(loid)s in water te verminderen. Om een goede gezondheid in water te behouden, spelen watersaneringsmaterialen, zoals biochar, materialen op basis van ijzer en zeoliet, een essentiële rol bij het immobiliseren of verwijderen van zware metalen (loid) s uit waterige omgevingen 3,4,5.
Zeolieten zijn zeer kristallijne materialen met unieke poriën en kanalen in hun kristalstructuren. Ze zijn samengesteld uit TO4 tetrahedra (T is het centrale atoom, meestal Si, Al of P) verbonden door gedeelde O-atomen. De negatieve oppervlaktelading en uitwisselbare ionen in de poriën maken het een populair adsorbens voor ionenvang, dat op grote schaal is gebruikt in met zware metalen vervuild water en bodemsanering. Profiterend van hun structuren, omvatten de saneringsmechanismen die betrokken zijn bij het verwijderen van verontreinigingen door zeolieten voornamelijk chemische binding6, oppervlakte-elektrostatische interactie7 en ionenuitwisseling8.
Faujasiet (FAU)-type zeoliet heeft relatief grote poriën, met een maximale poriediameter van 11,24 Å. Het toont een hoge efficiëntie en brede toepassingen voor verontreinigingsverwijdering 9,10. In de afgelopen jaren is uitgebreid onderzoek gewijd aan het ontwikkelen van groene en goedkope routines voor zeolietsynthese, zoals het gebruik van industrieel vast afval11 als grondstof om silicium- en aluminiumbronnen te leveren, of het aannemen van directe agentvrije recepten12. De gerapporteerde alternatieve industriële vaste afvalstoffen die silicium- en aluminiumbronnen kunnen zijn, omvatten steenkool gangue13, vliegas11, afvalmoleculaire zeven14, mijnbouw- en metallurgisch afval15, door engineering verlaten grond8 en landbouwgrond6, enz.
Hierin werd rode grond, een overvloedig en gemakkelijk te verkrijgen silicium- en aluminiumrijk materiaal, aangenomen als grondstof en werd een gemakkelijke groene chemiebenadering ontwikkeld voor Fe2O3 / FAU-type zeolietcomposietmateriaalsynthese (figuur 1). De gedetailleerde syntheseparameters zijn nauwkeurig afgesteld. Het as-gesynthetiseerde materiaal vertoont een hoge immobilisatiecapaciteit voor met zware metalen verontreinigde watersanering. De huidige studie zou leerzaam moeten zijn voor gerelateerde onderzoekers die geïnteresseerd zijn in dit gebied om de bodem te gebruiken als grondstof voor de synthese van eco-materialen.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
1. Verzameling en behandeling van grondstoffen
- Rode grond collectie
- Verzamel de rode grond. Verwijder de bovenste laag van 30 cm van de grond met planten en resterend organisch materiaal.
OPMERKING: In dit experiment werd de rode grond verzameld op de campus van de Southern University of Science and Technology (SUSTech), Shenzhen, Guangdong, China (113 ° 59 ' E, 22 ° 36 ' N).
- Verzamel de rode grond. Verwijder de bovenste laag van 30 cm van de grond met planten en resterend organisch materiaal.
- Behandeling van rode grond
- Droog de verzamelde rode grond aan de lucht bij kamertemperatuur en filter deze door een zeef van 30 mazen. Verwijder de meeste grote stenen en bladeren. Meet de concentratie zware metalen (loid) (tabel 1) in de rode bodem met inductief gekoppelde plasmamassaspectrometrie (ICP-MS)16 om er zeker van te zijn dat er geen ongewenste verontreiniging wordt geïntroduceerd.
OPMERKING: Een zeef met kleine gaten wordt aanbevolen omdat er weinig grote niet-silicium- of aluminiumhoudende objecten in de grondstof zitten. Hier is een zeef van 30 mazen voldoende om de grondstof in dit experiment te behandelen.
- Droog de verzamelde rode grond aan de lucht bij kamertemperatuur en filter deze door een zeef van 30 mazen. Verwijder de meeste grote stenen en bladeren. Meet de concentratie zware metalen (loid) (tabel 1) in de rode bodem met inductief gekoppelde plasmamassaspectrometrie (ICP-MS)16 om er zeker van te zijn dat er geen ongewenste verontreiniging wordt geïntroduceerd.
2. Fe2O3/FAU-type zeoliet synthese
- Bereiding van alkalimengsel poeder
- Weeg 5 g voorbehandelde rode grond, 1 g SiO2 en 7,63 g NaOH af en voeg ze toe aan een natuurlijke agaatmortel. Maal ze gedurende 2-3 minuten tot een fijn poeder. Zorg ervoor dat de relatieve luchtvochtigheid in het laboratorium 65% -72% is.
OPMERKING: Wees voorzichtig met de maaltijd, omdat NaOH erg hygroscopisch is. Het kan gemakkelijk water uit de luchtatmosfeer absorberen. Een medium-vochtig alkalipoeder is cruciaal voor de volgende stap van het experiment. De maaltijd is gerelateerd aan de luchtvochtigheid in het laboratorium.
- Weeg 5 g voorbehandelde rode grond, 1 g SiO2 en 7,63 g NaOH af en voeg ze toe aan een natuurlijke agaatmortel. Maal ze gedurende 2-3 minuten tot een fijn poeder. Zorg ervoor dat de relatieve luchtvochtigheid in het laboratorium 65% -72% is.
- Alkalifusie/activering
- Breng het alkalimengsel over in een teflonreactorvoering van 100 ml zonder de roestvrijstalen buitenbekleding. Verwarm het in een oven van 200 °C gedurende 1 uur.
OPMERKING: Het doel van deze stap is om gebruik te maken van de sterke basis NaOH om de Si-O-binding en Al-O-binding17 te activeren, zodat de Al-, Si- en O-atomen zich weer samenvoegen om het gewenste aluminosilicaat zeoliet te vormen.
- Breng het alkalimengsel over in een teflonreactorvoering van 100 ml zonder de roestvrijstalen buitenbekleding. Verwarm het in een oven van 200 °C gedurende 1 uur.
- Bereiding van zeolietprecursor
- Voeg 60 ml gedeïoniseerd water toe aan de teflonreactorvoering die het geactiveerde alkalimengsel bevat. Voeg een roerstaaf van de juiste grootte toe en roer het mengsel gedurende 3 uur bij 25 °C in 600 tpm op de magneetroerder. Wacht tot een homogene gel wordt gevormd als de voorloper van het zeoliet18.
- Kristallisatie
- Breng de homogene gel over in een roestvrijstalen autoclaaf van 100 ml en verwarm de gel gedurende 12 uur in een oven van 100 °C. Wacht tot de oven afkoelt tot kamertemperatuur volgens het standaard koelprogramma om de deur van de oven te openen en de autoclaaf eruit te halen.
OPMERKING: De autoclaaf genereert hoge druk onder hoge temperaturen om het kristallisatieproces te stimuleren. Wacht altijd tot het op kamertemperatuur is om een explosie onder hoge druk te voorkomen.
- Breng de homogene gel over in een roestvrijstalen autoclaaf van 100 ml en verwarm de gel gedurende 12 uur in een oven van 100 °C. Wacht tot de oven afkoelt tot kamertemperatuur volgens het standaard koelprogramma om de deur van de oven te openen en de autoclaaf eruit te halen.
- Was het verkregen zeoliet meerdere keren met gedeïoniseerd water totdat de pH van de oplossing dicht bij 7 ligt. Gebruik een centrifuge om de vaste stof en vloeistof te scheiden en verzamel de vaste stof op de bodem van de centrifugebuis van 50 ml. Droog ten slotte het verkregen product gedurende 8 uur in een oven van 80 °C en maal het tot fijn poeder voor latere karakterisering.
- Kenschets
- Verkrijg het röntgenfluorescentie- (XRF) spectrometerresultaat voor de rode grond (figuur 2). Het wordt gebruikt om de anorganische elementconcentratie van de bodem nauwkeurig te meten19.
- Verkrijg het kristalinformatiebestand (CIF) van Fe2O3 uit de Inorganic Crystal Structure Database (ICSD). Verkrijg het CIF-bestand van FAU-type zeoliet uit de Database of Zeolite Structures.
OPMERKING: Mercury en Materials Studio (MS) kunnen beide worden gebruikt als visualisatietools voor kristalstructuren. In dit werk werd Mercurius gebruikt voor de visualisatie van de Fe2O3-structuur en MS voor het FAU-type zeoliet (figuur 3). - Verkrijg een poeder X-ray diffractie (PXRD) patroon om de fase van het as-gesynthetiseerde Fe2O3/FAU-type zeoliet composietmateriaal te bevestigen (Figuur 4)20. Vergelijk het met het gesimuleerde PXRD-patroon van Fe2O3 en FAU-type zeoliet met behulp van JADE 6.5-software.
OPMERKING: De Mercury-software ontwikkeld door het Cambridge Crystallographic Data Centre (CCDC) kan het PXRD-patroon berekenen op basis van het CIF-bestand van de standaardmaterialen die zijn verkregen uit de ICSD - 's werelds grootste database voor volledig geïdentificeerde anorganische kristalstructuren. - Verkrijg een scanning elektronenmicroscopie (SEM) afbeelding (Figuur 5) om de morfologie te bevestigen20.
- Verkrijg transmissie-elektronenmicroscoop (TEM) energiedispersieve röntgenspectroscopie (EDS) mapping (figuur 6) om de chemische samenstelling te bepalen6.
OPMERKING: In vergelijking met SEM-EDS-mapping kan TEM-EDS-mapping lage hoeveelheden elementaire samenstelling detecteren.
3. Batch adsorptie-experiment
- Bereid 50 ml van 1.000 ppm Cu (II), Cr (III), Cr (VI), As (III), Cd (II), Pb (II), Zn (II) en Ni (II) waterige oplossingen. Noteer de pH van elke oplossing.
- Voeg 50 mg zeoliet toe aan elke oplossing met zwaar metaal(loid). Pas de pH van de mengseloplossing fijn aan met 0,1 M HCl of 0,1 M NaOH. Roer het mengsel bij 600 tpm gedurende 48 uur bij 25 °C.
OPMERKING: Elk zwaar metaal(loid) ion heeft een stabiel pH-bereik zonder de metaalhydroxideprecipitatie. Pas de pH van de uiteindelijke gemengde oplossing aan een pH-bereik aan, zodat de afname van de concentratie van zware metalen kan worden toegeschreven aan de prestaties van het zeoliet. - Pas de pH van de uiteindelijke gemengde oplossingen van Cu (II), Cr (III), Cr (VI), As (III), Cd (II), Pb (II), Zn (II) en Ni (II) aan op respectievelijk 4.2, 3.9, 6.4, 7.8, 5.8, 5.2, 5.7 en 6.4.
- Filtreer de gemengde oplossingen door membranen van 0,22 μm. Verdun ze 1.000x door 2% HNO3-oplossing toe te voegen. Meet de resterende concentraties van zware metalen (loid) (figuur 6) met inductief gekoppelde plasmamassaspectrometrie (ICP-MS)16, met een testbereik van 0,001 ppm tot 1 ppm. Zie tabel 2 voor de operationele parameters van de ICP-MS.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Figuur 1 illustreert de algemene syntheseroute van zeoliet op basis van de strategie "bodem voor bodemsanering" 6. Met een eenvoudige organisch-vrije route kan rode grond worden omgezet in Fe2O3/FAU-type zeolietcomposietmateriaal zonder toevoeging van een Fe- of Al-bron. Het as-gesynthetiseerde zeolietcomposietmateriaal vertoont een uitstekende verwijderingscapaciteit voor met zware metalen vervuilde watersanering en kan worden gebruikt voor bodemsanering.
Figuur 2 toont het resultaat van XRF-analyse voor rode grond. De belangrijkste samenstelling van rode grond is SiO2, Al2O3 en Fe2O3.
Figuur 3 toont de kristalstructuur van het FAU-type zeoliet raamwerk en Fe2O3. FAU-type zeoliet behoort tot het kubische kristalsysteem, de ruimtegroep is Fd-3m en de eenheidscelparameter is a = 24,3450 Å. Het raamwerk van FAU-zeoliet bestaat uit driedimensionale, 12-delige ringen. De kristalstructuurgerelateerde informatie werd verkregen van de International Zeolite Association (IZA)21, die een uitputtende database van alle zeolietstructuren biedt.
Figuur 4 toont het experimentele PXRD-patroon van het as-gesynthetiseerde Fe2O3/FAU-type zeolietcomposietmateriaal en gesimuleerde patronen van FAU-type zeoliet en Fe2O3. De grote match van dit monster met de gesimuleerde standaardmaterialen toont het succes van de synthese. De SEM-afbeelding is weergegeven in figuur 5. Het Fe2O3/FAU-type zeoliet composietmateriaal vertoont naaldachtige morfologie met een hoge zuiverheid.
Het resultaat van energiedispersieve röntgenspectroscopie (EDS) is weergegeven in figuur 6. De typische zeolietsamenstellingselementen - Si, Al, Na en O - zijn gelijkmatig verdeeld over het materiaal en Fe wordt discreet verdeeld in het composietmateriaal. Dit bevestigt ook de succesvolle synthese van Fe2O3/FAU-type zeoliet composietmateriaal.
Figuur 7 toont de adsorptiecapaciteit van Fe2O3/FAU-type zeolietcomposietmateriaal voor acht typische heavy metal(loid) oplossingen. In het bijzonder toont het een fascinerend hoge capaciteit voor Pb (II) en Cd (II) ion adsorptie. De pH van de metaalionoplossing werd zorgvuldig aangepast, zodat er geen neerslag in de oplossingen werd waargenomen.
Figuur 1: Bereidingswijze van het Fe2O3/FAU-type zeolietcomposietmateriaal en de mogelijke toepassing ervan. Fe2O3/FAU-type zeolietcomposietmateriaal werd gesynthetiseerd met de typische alkali-activering hydrothermale methode. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
Figuur 2: XRF-anaylse van de rode grond. Verkorting: XRF = röntgenflurorescence. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
Figuur 3: Kristalstructuur van het FAU-type zeoliet raamwerk en Fe2O3 kristalstructuur. (A) de ruimtelijke structuur en, in het bijzonder, de poriearchitectuur van het FAU-type zeolietraamwerk; (B) Fe2O3 kristalstructuur langs de c-as. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
Figuur 4: XRD patroon van het Fe2O3/FAU-type zeoliet composietmateriaal. Afkorting: XRD = X-ray diffractie. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
Figuur 5: SEM-afbeelding van het Fe2O3/FAU-type zeolietcomposietmateriaal. De oppervlaktemorfologie werd gekenmerkt door SEM. Schaalbalk = 2 μm. Afkorting: SEM = scanning elektronenmicroscopie. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
Figuur 6: TEM-EDS mapping afbeelding van het Fe2O3/FAU-type zeoliet composietmateriaal. De elementverdeling wordt gekenmerkt door TEM-EDS-mapping. Schaalbalk = 1 μm. Afkorting: TEM-EDS = transmissie-elektronenmicroscopie energie-dispersieve röntgenspectroscopie. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
Figuur 7: Adsorptiecapaciteiten van het as-gesynthetiseerde Fe2O3/FAU-type zeolietcomposietmateriaal voor acht typische heavy metal(loid) oplossingen. De adsorptiecapaciteit van dit materiaal werd onderzocht in verschillende zware metalen (loid) wateroplossingen. Enkele vergelijkbare studies 5,9 hebben de toepasbaarheid van dit type materiaal in bodemmilieus getest. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
| Biologisch beschikbare concentraties zware metalen(loid)s in de rode bodem | |
| Zware metalen(loid)s | Concentratie (mg/L) |
| Pb | 19.30 |
| Cu | 1.56 |
| Cd | 0.16 |
| Zn | 11.73 |
Tabel 1: Concentratie zware metalen in de rode grond.
| Operationele parameters van ICP-MS | |
| Parameter | Waarde |
| Voorwaarts vermogen | 1500 W |
| Plasma gasstroom | 14,0 L min-1 |
| Dragergasstroom | 0,78 l min-1 |
| Verdunningsgasstroom | 1,06 L min-1 |
| Totale dragergasstroom | 1,84 L min-1 |
| De gasstroom | 4,8 ml min-1 |
| QP-bias | -98 V |
| Okt bias | -100 V |
| Cel ingang | -130 V |
| Celuitgang | -150 V |
| Afleiden | -80 V |
| Plaat bias | -150 V |
| Type vernevelaar | Micronevel |
| Opnamesnelheid van monsters | 1.0 ml min-1 |
| m/z isotopen gemonitord in Cu-speciatie | 63 Cu, 65 Cu |
| m/z isotopen van interne standaarden | 115 In, 175 Lu |
| Totale acquisitietijd | 8 s per monster |
Tabel 2: Operationele parameters van ICP-MS. Afkorting: ICP-MS = inductief gekoppelde plasma massaspectrometrie.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Zeoliet is typisch een aluminosilicaatmateriaal. In theorie kunnen materialen die rijk zijn aan silicaat en aluminaat worden gekozen als grondstoffen voor zeolietsynthese. De Si/Al-verhouding van de grondstof moet vergelijkbaar zijn met die van het geselecteerde type zeoliet om het gebruik van extra silicium/aluminiumbronnen te minimaliseren 6,8,16. De Si/Al-verhouding van FAU-type zeoliet is 1,2 en de Si/Al-verhouding van rode grond is 1,3. Daarom is rode grond een perfecte Si en Al bron voor FAU-type zeolietsynthese. Bij deze methode werd echter niet alle SiO2 in de rode grond met succes overgebracht naar zeoliet. En in ons protocol is extra SiO2 nodig voor de zeolietsynthese. Omdat de rode grond 7,65 wt% Fe2O3 bevatte, was het bovendien niet nodig om extra Fe-bron toe te voegen aan de bereiding van het composietmateriaal.
NaOH, SiO2 en rode grond moeten goed worden gemengd vóór de alkali-activeringsstap. Het bestaan van grote korrels in het mengsel kan een negatieve invloed hebben op de activeringsefficiëntie. Roertijd is een wat losjes gecontroleerde parameter in de syntheseroute. In theorie zorgt een langere roertijd voor een betere menging, maar is het meer energieverslindend.
De kristallisatietijd en temperatuur werden zorgvuldig afgestemd in het experiment. Een kleine afwijking van deze twee syntheseparameters kan de synthese van verschillende soorten zeolieten veroorzaken19. Het as-gesynthetiseerde Fe2O3/FAU-type zeoliet composietmateriaal werd getest op toepasbaarheid bij het adsorberen van metaalionen in deze studie. Het kan worden uitgebreid voor ammonium- of organische stofverwijdering10,22.
PXRD-, SEM- en TEM-EDS-toewijzing zijn veelgebruikte technieken voor materiaalkarakterisering. PXRD wordt vaak gebruikt voor fase-identificatie23. De positie en intensiteit van de diffractiepieken duiden op rijke structuurinformatie van het gedetecteerde monster, zoals de interplanaire afstand en kristalliniteit. De SEM-afbeelding wordt voornamelijk gebruikt om de morfologie weer te geven24. Ondertussen kan ook de grootte en uniformiteit worden bevestigd. TEM-EDS mapping25 werd gebruikt om de elementaire samenstelling te bevestigen. Het analyseren van de mapping onthult een duidelijke verdeling van elementen. ICP-MS is een uiterst gevoelige techniek voor het detecteren van sporenconcentraties van zware metalen(loid)s8. De sleutel tot gegevensnauwkeurigheid is een goed geconstrueerde standaardcurve. Voor kwantitatieve analyse kan het selecteren van een geschikte interne standaard de algemene matrixeffecten effectief compenseren en de afwijking van het analytische signaal corrigeren, waardoor de nauwkeurigheid van de analyseresultaten wordt verbeterd.
Dit artikel beschrijft de ontwikkeling van een gemakkelijk protocol om de wijd verspreide rode grond in Zuid-China direct om te zetten in de productie van het Fe2O3 / FAU-type zeolietcomposietmateriaal. Door deze methode werd de overvloedige bodembron met succes omgezet in het hoogwaardige zeolietcomposietmateriaal onder omstandigheden van een relatief lage temperatuur en een korte reactietijd voor verwijdering van zware metalen(loid). De gebruikte traditionele hydrothermale methode is echter mogelijk niet efficiënt en milieuvriendelijk genoeg in vergelijking met andere synthetische zeolietbenaderingen, zoals de oplosmiddelvrije26 of de microgolfondersteunde benadering27. In de toekomst kan het verder worden uitgebreid voor met zware metalen verontreinigd water en bodemsanering om eindelijk de strategie "bodem voor bodemsanering" te bereiken6.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
De auteurs hebben geen belangenconflicten te onthullen.
Acknowledgments
Dit werk werd financieel ondersteund door de Natural Science Funds for Distinguished Young Scholar of Guangdong Province, China, No. 2020B151502094; National Natural Science Foundation of China, nr. 21777045 en 22106064; Stichting van Shenzhen Science, Technology and Innovation Commission, China, JCYJ20200109141625078; 2019 jeugdinnovatieproject van Guangdong universiteiten en hogescholen, China, nr. 2019KQNCX133 en een speciaal fonds voor de wetenschaps- en technologie-innovatiestrategie van de provincie Guangdong (PDJH2021C0033). Dit werk werd gesponsord door het Shenzhen Key Laboratory of Interfacial Science and Engineering of Materials (Nr. ZDSYS20200421111401738), Guangdong Provincial Key Laboratory of Soil and Groundwater Pollution Control (2017B030301012) en State Environmental Protection Key Laboratory of Integrated Surface Water-Groundwater Pollution Control. In het bijzonder erkennen we de technische ondersteuning van de SUSTech Core Research Facilities.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Chemicals | |||
| Cadmium nitrate tetrahydrate | Shanghai Aladdin Bio-Chem Technology Co., LTD | C102676 | AR, 99%. Make 1,000 ppm stock solution for the test of adsorption performance of zeolite. |
| Chromium(III) nitrate nonahydrate | Shanghai Aladdin Bio-Chem Technology Co., LTD | C116446 | AR, 99%. Make 1,000 ppm stock solution for the test of adsorption performance of zeolite. |
| Copper sulfate pentahydrate | Shanghai Aladdin Bio-Chem Technology Co., LTD | C112396 | AR, 99%. Make 1,000 ppm stock solution for the test of adsorption performance of zeolite. |
| Lead nitrate | Shanghai Aladdin Bio-Chem Technology Co., LTD | L112118 | AR, 99%. Make 1,000 ppm stock solution for the test of adsorption performance of zeolite. |
| Nickel nitrate hexahydrate | Shanghai Aladdin Bio-Chem Technology Co., LTD | N108891 | AR, 98%. Make 1,000 ppm stock solution for the test of adsorption performance of zeolite. |
| Nitric acid | Shanghai Aladdin Bio-Chem Technology Co., LTD | N116238 | AR, 69.2%. Used as solvent in ICP-MS test. |
| Potassium dichromate | Shanghai Aladdin Bio-Chem Technology Co., LTD | P112163 | AR, 99.8%. Make 1,000 ppm stock solution for the test of adsorption performance of zeolite. |
| Silicon dioxide | Shanghai Aladdin Bio-Chem Technology Co., LTD | S116482 | AR, 99%. For synthesis of zeolite. |
| Sodium (meta)arsenite | Sigma-aldrich | S7400-100G | AR, 90%. Make 1,000 ppm stock solution for the test of adsorption performance of zeolite. |
| Sodium hydroxide | Shanghai Aladdin Bio-Chem Technology Co., LTD | S111502 | Pellets. For the synthesis of zeolite. |
| Zinc nitrate hexahydrate | Shanghai Aladdin Bio-Chem Technology Co., LTD | Z111703 | AR, 99%. Make 1,000 ppm stock solution for the test of adsorption performance of zeolite. |
| Equipment | |||
| Air-dry oven | Shanghai Yiheng Technology Instrument Co.,LTD. | DHG-9075A | Used for hydrothermal crystallization and drying of sample |
| Analytical balance | Sartorius Scientific Instruments Co.LTD | BSA224S-CW | Used for weighing samples |
| Centrifuge tubes | Nantong Supin Experimental Equipment Co., LTD | ||
| High speed centrifuge | Hunan Xiang Yi Laboratory Instrument Development Co.,LTD | H1850 | Used for separation of solid and liquid samples |
| Multipoint magnetic stirrer | IKA Equipment Co.,LTD. | RT15 | Used for stirring samples |
| Oscillator | Changzhou Guohua Electric Appliances Co.,LTD. | SHA-B | For uniform mixing of samples |
| Syringe-driven filter | Tianjin Jinteng Experimental Equipment Co.,LTD. | 0.22 μm. For filtration. | |
| Softwares | |||
| JADE 6.5 | Materials Data& (MDI) | ||
| Mercury | Cambridge Crystallographic Data Centre (CCDC) | ||
| Materials Studio | Accelrys Software Inc. | ||
| Websites | |||
| Database of Zeolite Structures: http://www.iza-structure.org/databases/ | |||
| ICSD: https://icsd.products.fiz-karlsruhe.de/en |
References
- 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. Current knowledge from heavy metal pollution in Chinese smelter contaminated soils, health risk implications and associated remediation progress in recent decades: A critical review. Journal of Cleaner Production. 286, 124989 (2021).
- Dong, X., Ma, L. Q., Li, Y. Characteristics and mechanisms of hexavalent chromium removal by biochar from sugar beet tailing. Journal of Hazardous Materials. 190 (1-3), 909-915 (2011).
- El-Mekkawi, D. M., Selim, M. M. Removal of Pb2+ from water by using Na-Y zeolites prepared from Egyptian kaolins collected from different sources. Journal of Environmental Chemical Engineering. 2 (1), 723-730 (2014).
- Perego, C., Bagatin, R., Tagliabue, M., Vignola, R. Zeolites and related mesoporous materials for multi-talented environmental solutions. Microporous and Mesoporous Materials. 166, 37-49 (2013).
- Zheng, R., et al. Converting loess into zeolite for heavy metal polluted soil remediation based on "soil for soil-remediation" strategy. Journal of Hazardous Materials. 412, 125199 (2021).
- Cheng, Y., et al. Feasible low-cost conversion of red mud into magnetically separated and recycled hybrid SrFe12O19@NaP1 zeolite as a novel wastewater adsorbent. Chemical Engineering Journal. 417, 128090 (2021).
- Yang, D., et al. Remediation of Cu-polluted soil with analcime synthesized from engineering abandoned soils through green chemistry approaches. Journal of Hazardous Materials. 406, 124673 (2021).
- Song, W., Li, G., Grassian, V. H., Larsen, S. C. Development of improved materials for environmental applications: Nanocrystalline NaY zeolites. Environmental Science & Technology. 39 (5), 1214-1220 (2005).
- Cheng, H., Reinhard, M. Sorption of trichloroethylene in hydrophobic micropores of dealuminated Y zeolites and natural minerals. Environmental Science & Technology. 40 (24), 7694-7701 (2006).
- Rayalu, S. S., Bansiwal, A. K., Meshram, S. U., Labhsetwar, N., Devotta, S. Fly ash based zeolite analogues: Versatile materials for energy and environment conservation. Catalysis Surveys from Asia. 10 (2), 74-88 (2006).
- Borel, M., et al. SDA-free hydrothermal synthesis of high-silica ultra-nanosized zeolite Y. Crystal Growth & Design. 17 (3), 1173-1179 (2017).
- Jin, Y., Li, L., Liu, Z., Zhu, S., Wang, D. Synthesis and characterization of low-cost zeolite NaA from coal gangue by hydrothermal method. Advanced Powder Technology. 32 (3), 791-801 (2021).
- Huiyu, S., Weiming, L., Zheng, Z. Current situation of comprehensive utilization of waste industrial molecular sieve and agricultural rice husk. Liaoning Chemical Industry. 49 (12), 1555 (2020).
- Azizi, D., et al. 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. Microporous and Mesoporous Materials. 318, 111029 (2021).
- Yang, D., et al. Transferring waste red mud into ferric oxide decorated ANA-type zeolite for multiple heavy metals polluted soil remediation. Journal of Hazardous Materials. 424, Pt A 127244 (2022).
- Kirdeciler, S. K., Akata, B. One pot fusion route for the synthesis of zeolite 4A using kaolin). Advanced Powder Technology. 31 (10), 4336-4343 (2020).
- Rubtsova, M., et al. Nanoarchitectural approach for synthesis of highly crystalline zeolites with a low Si/Al ratio from natural clay nanotubes. Microporous and Mesoporous Materials. 330, 111622 (2022).
- Setthaya, N., Chindaprasirt, P., Pimraksa, K. Preparation of zeolite nanocrystals via hydrothermal and solvothermal synthesis using of rice husk ash and metakaolin. Materials Science Forum. 872, 242-247 (2016).
- Belviso, C., et al. Red mud as aluminium source for the synthesis of magnetic zeolite. Microporous and Mesoporous Materials. 270, 24-29 (2018).
- Baerlocher, C. Database of zeolite structures. , Available from: www.iza-structure.org/databases (2017).
- Zhao, Y., et al. Removal of ammonium from wastewater by pure form low-silica zeolite Y synthesized from halloysite mineral. Separation Science and Technology. 45 (8), 1066-1075 (2010).
- Meng, Q., Chen, H., Lin, J., Lin, Z., Sun, J. Zeolite A synthesized from alkaline assisted pre-activated halloysite for efficient heavy metal removal in polluted river water and industrial wastewater. Journal of Environmental Sciences (China). 56, 254-262 (2017).
- Wang, X., et al. Synthesis of substrate-bound Au nanowires via an active surface growth mechanism. Journal of Visualized Experiments. (137), e57808 (2018).
- Asundi, A. S., et al. Understanding structure-property relationships of MoO3-promoted Rh catalysts for syngas conversion to alcohols. Journal of the American Chemical Society. 141 (50), 19655-19668 (2019).
- Zhu, Q., et al. Solvent-free crystallization of ZSM-5 zeolite on SiC foam as a monolith catalyst for biofuel upgrading. Chinese Journal of Catalysis. 41 (7), 1118-1124 (2020).
- Ghrear, T. M. A., et al. low-pressure, low-temperature microwave synthesis of ABW cesium aluminosilicate zeolite nanocatalyst in organotemplate-free hydrogel system. Materials Research Bulletin. 122, 110691 (2020).
