Name: Recykling zasobów czerwonej gleby w celu syntezy zeolitowego materiału kompozytowego typu Fe2O3 / FAU do usuwania metali ciężkich (Wideo) | JoVE Journal
Uploaded: 2022-06-02T15:00:00.000+00:00
Duration: 5 min 52 s
Description: Odkryj metodę syntezy kompozytu zeolitowego Fe₂O₃/FAU z czerwonej gleby do usuwania metali ciężkich z wody. To ekologiczne podejście wykorzystuje lokalne zasoby glebowe w inżynierii środowiska.

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

Ta praca została wsparta finansowo przez Fundusze Nauk Przyrodniczych dla Wybitnego Młodego Naukowca z Prowincji Guangdong, Chiny, nr 2020B151502094; Chińska Narodowa Fundacja Nauk Przyrodniczych, nr 21777045 i 22106064; Założenie Komisji ds. Nauki, Technologii i Innowacji w Shenzhen, Chiny, JCYJ20200109141625078; Projekt innowacyjny dla młodzieży z 2019 r. na uniwersytetach i uczelniach w Guangdong, Chiny, nr 2019KQNCX133 oraz specjalny fundusz na rzecz strategii innowacji naukowych i technologicznych prowincji Guangdong (PDJH2021C0033). Praca ta była sponsorowana przez Shenzhen Key Laboratory of Interfacial Science and Engineering of Materials (nr 1). ZDSYS20200421111401738), Kluczowe Laboratorium Kontroli Zanieczyszczenia Gleby i Wód Podziemnych w prowincji Guangdong (2017B030301012) oraz Kluczowe Laboratorium Zintegrowanej Kontroli Zanieczyszczenia Wód Powierzchniowych i Wód Podziemnych Państwowej Ochrony Środowiska. W szczególności doceniamy wsparcie techniczne ze strony Głównego Ośrodka Badawczego SUSTech.

1. Pozyskiwanie i przetwarzanie surowców
<ol>
	<li>Kolekcja czerwonej gleby
	<ol>
		<li>Zbierz czerwoną ziemię. Usuń 30 cm wierzchnią warstwę gleby zawierającą rośliny i resztki materii organicznej. 
		UWAGA: W tym eksperymencie czerwona gleba została zebrana na kampusie Południowego Uniwersytetu Nauki i Technologii (SUSTech), Shenzhen, Guangdong, Chiny (113°59' E, 22°36' N).</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Leczenie czerwonej gleby
	<ol>
		<li>Zebraną czerwoną ziemię wysuszyć na powietrzu w temperaturze pokojowej i przefiltrować przez sito o oczkach 30. Usuń większość dużych kamieni i liści. Zmierz stężenie metali ciężkich (loidów) (Tabela 1) w czerwonej glebie za pomocą spektrometrii mas z plazmą sprzężoną indukcyjnie (ICP-MS)16, aby upewnić się, że nie ma wprowadzonych niepożądanych zanieczyszczeń. 
		UWAGA: Zalecane jest sito z małymi otworami, ponieważ w surowcu znajdzie się kilka dużych przedmiotów niezawierających silikonu lub aluminium. W tym przypadku sito o oczkach 30 jest wystarczające do obróbki surowca w tym eksperymencie.</li>
	</ol>
	</li>
</ol>
2. Syntezazeolitu Fe2 O3/FAU
<ol>
	<li>Przygotowanie mieszaniny alkalicznej w proszku
	<ol>
		<li>Odważyć 5 g wstępnie przygotowanej czerwonej gleby, 1 g SiO2 i 7,63 g NaOH i dodać je do naturalnej zaprawy agatów. Zmiel je przez 2-3 minuty na drobny proszek. Upewnij się, że wilgotność względna w laboratorium wynosi 65%-72%. 
		UWAGA: Uważaj na czas mielenia, ponieważ NaOH jest bardzo higroskopijny. Może łatwo wchłaniać wodę z atmosfery powietrznej. Średnio wilgotny proszek alkaliczny ma kluczowe znaczenie dla następnego etapu eksperymentu. Czas mielenia jest związany z wilgotnością w laboratorium.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Fuzja/aktywacja alkaliów
	<ol>
		<li>Przenieś mieszaninę alkaliczną do teflonowej wkładki reaktora o pojemności 100 ml bez zewnętrznej powłoki ze stali nierdzewnej. Podgrzej w piekarniku o temperaturze 200 °C przez 1 godz 
		UWAGA: Celem tego kroku jest wykorzystanie silnej zasady NaOH do aktywacji wiązania Si-O i wiązania Al-O17, tak aby atomy Al, Si i O ponownie się połączyły, tworząc pożądany zeolit glinokrzemianowy.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Przygotowanie prekursora zeolitu
	<ol>
		<li>Dodać 60 ml wody dejonizowanej do teflonowej wkładki reaktora zawierającej aktywowaną mieszaninę alkaliczną. Dodać mieszadło o odpowiedniej wielkości i mieszać mieszaninę z prędkością 600 obr./min na mieszadle magnetycznym przez 3 godziny w temperaturze 25 °C. Poczekaj, aż utworzy się jednorodny żel jako prekursor zeolitu18.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>krystalizacja
	<ol>
		<li>Przenieś jednorodny żel do autoklawu ze stali nierdzewnej o pojemności 100 ml i podgrzewaj żel w piekarniku o temperaturze 100 °C przez 12 godzin. Poczekaj, aż piekarnik ostygnie do temperatury pokojowej zgodnie z domyślnym programem chłodzenia, aby otworzyć drzwiczki piekarnika i wyjąć autoklaw. 
		UWAGA: Autoklaw wytwarza wysokie ciśnienie w wysokich temperaturach, aby przyspieszyć proces krystalizacji. Zawsze poczekaj, aż osiągnie temperaturę pokojową, aby zapobiec eksplozji pod wysokim ciśnieniem.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Otrzymany zeolit przemyć kilkakrotnie wodą dejonizowaną, aż pH roztworu zbliży się do 7. Użyj wirówki, aby oddzielić ciało stałe od cieczy, a następnie zebrać ciało stałe na dnie probówki wirówkowej o pojemności 50 ml. Na koniec wysuszyć otrzymany produkt przez 8 godzin w piecu o temperaturze 80 °C i zmielić go na drobny proszek w celu późniejszej charakteryzacji.</li>
	<li>Charakterystyka
	<ol>
		<li>Uzyskaj wynik spektrometru fluorescencji rentgenowskiej (XRF) dla czerwonej gleby (<silna klasa="xfig">Rysunek 2). Służy do dokładnego pomiaru stężenia pierwiastków nieorganicznych w glebie19.</li>
		<li>Uzyskaj plik informacji o kryształach (CIF) Fe2O3 z bazy danych nieorganicznych struktur krystalicznych (ICSD). Pobierz plik CIF zeolitu typu FAU z bazy danych struktur zeolitowych. 
		UWAGA: Mercury i Materials Studio (MS) mogą być używane jako narzędzia do wizualizacji struktury krystalicznej. W tej pracy rtęć została użyta do wizualizacji struktury Fe2O3, a MS został użyty do zeolitu typu FAU (<klasa silna = "xfig">Rysunek 3).</li>
		<li>Uzyskaj wzór dyfrakcji rentgenowskiej proszku (PXRD), aby potwierdzić fazę zsyntetyzowanego materiału kompozytowego zeolitu typuFe2O3 / FAU (<klasa silna = "xfig">Rysunek 4)<klasa sup = "xref">20. Porównaj go z symulowanym wzorcem PXRD zeolituFe2O3 i zeolitu typu FAU za pomocą oprogramowania JADE 6.5. 
		UWAGA: Oprogramowanie Mercury opracowane przez Cambridge Crystallographic Data Center (CCDC) może obliczyć wzór PXRD na podstawie pliku CIF standardowych materiałów uzyskanego z ICSD - największej na świecie bazy danych dla całkowicie zidentyfikowanych nieorganicznych struktur krystalicznych.</li>
		<li>Uzyskaj obraz ze skaningowej mikroskopii elektronowej (SEM) (Rysunek 5), aby potwierdzić morfologię20.</li>
		<li>Zdobądź mapowanie spektroskopii rentgenowskiej (EDS) z dyspersją energii i dyspersją energii w mikroskopie elektronowym (TEM) (<silna klasa="xfig">Rysunek 6) w celu określenia składu chemicznego6. 
		UWAGA: W porównaniu do mapowania SEM-EDS, mapowanie TEM-EDS może wykrywać niewielkie ilości składu pierwiastkowego.</li>
	</ol>
	</li>
</ol>
3. Eksperyment z adsorpcją wsadową
<ol>
	<li>Przygotować 50 ml 1,000 ppm Cu (II), Cr (III), Cr (VI), As (III), Cd (II), Pb (II), Zn (II) i Ni (II) roztworów wodnych. Zwróć uwagę na pH każdego roztworu.</li>
	<li>Dodaj 50 mg zeolitu do każdego roztworu metalu ciężkiego (loidu). Dokładnie dostosować pH roztworu mieszaniny za pomocą 0,1 M HCl lub 0,1 M NaOH. Mieszać mieszaninę przy 600 obr./min przez 48 godzin w temperaturze 25 °C. 
	UWAGA: Każdy jon metalu ciężkiego (loid) ma stabilny zakres pH bez wytrącania wodorotlenku metalu. Dostosuj pH końcowego zmieszanego roztworu do zakresu pH tak, aby spadek stężenia metali ciężkich (loidu) można było przypisać wydajności zeolitu.</li>
	<li>Dostosować pH końcowych zmieszanych roztworów Cu (II), Cr (III), Cr (VI), As (III), Cd (II), Pb (II), Zn (II) i Ni (II) odpowiednio do 4,2, 3,9, 6,4, 7,8, 5,8, 5,2, 5,7 i 6,4.</li>
	<li>Przefiltrować zmieszane roztwory przez membrany o średnicy 0,22 μm. Rozcieńczyć je 1,000x, dodając 2% roztwór HNO3. Zmierz resztkowe stężenia metali ciężkich (loid) (<klasa silna = "xfig" >Rysunek 6) za pomocą spektrometrii mas z plazmą sprzężoną indukcyjnie (ICP-MS) < klasa sup = "xref" >16, z zakresem testowym od 0,001 ppm do 1 ppm. Parametry operacyjne ICP-MS znajdują się w tabeli 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>
<li>Xu, D. M., Fu, R. B., Liu, H. Q., Guo, X. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Current+knowledge+from+heavy+metal+pollution+in+Chinese+smelter+contaminated+soils%2C+health+risk+implications+and+associated+remediation+progress+in+recent+decades%3A+A+critical+review%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Cleaner+Production%22%5BJournal%5D)">Current knowledge from heavy metal pollution in Chinese smelter contaminated soils, health risk implications and associated remediation progress in recent decades: A critical review.</a> Journal of Cleaner Production. 286, 124989(2021).</li>
<li>Dong, X., Ma, L. Q., Li, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Characteristics+and+mechanisms+of+hexavalent+chromium+removal+by+biochar+from+sugar+beet+tailing%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Hazardous+Materials%22%5BJournal%5D)">Characteristics and mechanisms of hexavalent chromium removal by biochar from sugar beet tailing.</a> Journal of Hazardous Materials. 190 (1-3), 909-915 (2011).</li>
<li>El-Mekkawi, D. M., Selim, M. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Removal+of+Pb2%2B+from+water+by+using+Na-Y+zeolites+prepared+from+Egyptian+kaolins+collected+from+different+sources%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Environmental+Chemical+Engineering%22%5BJournal%5D)">Removal of Pb2+ from water by using Na-Y zeolites prepared from Egyptian kaolins collected from different sources.</a> Journal of Environmental Chemical Engineering. 2 (1), 723-730 (2014).</li>
<li>Perego, C., Bagatin, R., Tagliabue, M., Vignola, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Zeolites+and+related+mesoporous+materials+for+multi-talented+environmental+solutions%5BTitle%5D)+AND+%22Microporous+and+Mesoporous+Materials%22%5BJournal%5D)">Zeolites and related mesoporous materials for multi-talented environmental solutions.</a> Microporous and Mesoporous Materials. 166, 37-49 (2013).</li>
<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>
<li>Song, W., Li, G., Grassian, V. H., Larsen, S. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Development+of+improved+materials+for+environmental+applications%3A+Nanocrystalline+NaY+zeolites%5BTitle%5D)+AND+%22Environmental+Science+%26+Technology%22%5BJournal%5D)">Development of improved materials for environmental applications: Nanocrystalline NaY zeolites.</a> Environmental Science & Technology. 39 (5), 1214-1220 (2005).</li>
<li>Cheng, H., Reinhard, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Sorption+of+trichloroethylene+in+hydrophobic+micropores+of+dealuminated+Y+zeolites+and+natural+minerals%5BTitle%5D)+AND+%22Environmental+Science+%26+Technology%22%5BJournal%5D)">Sorption of trichloroethylene in hydrophobic micropores of dealuminated Y zeolites and natural minerals.</a> Environmental Science & Technology. 40 (24), 7694-7701 (2006).</li>
<li>Rayalu, S. S., Bansiwal, A. K., Meshram, S. U., Labhsetwar, N., Devotta, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Fly+ash+based+zeolite+analogues%3A+Versatile+materials+for+energy+and+environment+conservation%5BTitle%5D)+AND+%22Catalysis+Surveys+from+Asia%22%5BJournal%5D)">Fly ash based zeolite analogues: Versatile materials for energy and environment conservation.</a> Catalysis Surveys from Asia. 10 (2), 74-88 (2006).</li>
<li>Borel, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((SDA-free+hydrothermal+synthesis+of+high-silica+ultra-nanosized+zeolite+Y%5BTitle%5D)+AND+%22Crystal+Growth+%26+Design%22%5BJournal%5D)">SDA-free hydrothermal synthesis of high-silica ultra-nanosized zeolite Y.</a> Crystal Growth & Design. 17 (3), 1173-1179 (2017).</li>
<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>
<li>Huiyu, S., Weiming, L., Zheng, Z. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Current+situation+of+comprehensive+utilization+of+waste+industrial+molecular+sieve+and+agricultural+rice+husk%5BTitle%5D)+AND+%22Liaoning+Chemical+Industry%22%5BJournal%5D)">Current situation of comprehensive utilization of waste industrial molecular sieve and agricultural rice husk.</a> Liaoning Chemical Industry. 49 (12), 1555(2020).</li>
<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>
<li>Baerlocher, C. Database of zeolite structures. , Available from: 
 <a target="_blank" href="www.iza-structure.org/databases">www.iza-structure.org/databases</a> (2017).</li>
<li>Zhao, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Removal+of+ammonium+from+wastewater+by+pure+form+low-silica+zeolite+Y+synthesized+from+halloysite+mineral%5BTitle%5D)+AND+%22Separation+Science+and+Technology%22%5BJournal%5D)">Removal of ammonium from wastewater by pure form low-silica zeolite Y synthesized from halloysite mineral.</a> Separation Science and Technology. 45 (8), 1066-1075 (2010).</li>
<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>

Autorzy nie mają do ujawnienia żadnych konfliktów interesów.

Zeolit jest zazwyczaj materiałem glinokrzemianowym. Teoretycznie jako surowce do syntezy zeolitu można wybrać materiały bogate w krzemian i glinian. Stosunek Si/Al surowca musi być zbliżony do wybranego rodzaju zeolitu, aby zminimalizować użycie dodatkowych źródeł krzemu/aluminium 6,8,16. Stosunek Si/Al zeolitu typu FAU wynosi 1,2, a stosunek Si/Al czerwonej gleby wynosi 1,3. Dlatego czerwona gleba jest doskonałym źródłem Si i A...

Ciężkie metale(loidy) pochodzące z działalności antropogenicznej i naturalnej są wszechobecne w powietrzu, wodzie i glebie1. Charakteryzują się dużą mobilnością i toksycznością, stwarzając potencjalne zagrożenie dla zdrowia ludzi w przypadku bezpośredniego kontaktu lub transportu w łańcuchu pokarmowym2. Woda jest niezbędna do życia ludzi, ponieważ jest pożywieniem każdej rodziny. Przywrócenie zdrowia wody ma kluczowe znaczenie. Dlatego bardzo ważne jest zmniejszenie mobilności i biodostępności toksycznych metali ciężkich (loidów) w wodzie. Aby utrzymać dobre zdrowie w wodzie, materiały do remediacji wody, takie jak biowęgiel, materiały na bazie żelaza i zeolit, odgrywają istotną rolę w unieruchamianiu lub usuwaniu metali ciężkich (loidów) ze środowisk wodnych3,4,5.
Zeolity to wysoce krystaliczne materiały z unikalnymi porami i kanałami w swoich strukturach krystalicznych. Składają się z czworościanów TO4 (T jest atomem centralnym, zwykle Si, Al lub P) połączonych wspólnymi atomami O. Ujemny ładunek powierzchniowy i wymienne jony w porach sprawiają, że jest to popularny adsorbent do wychwytywania jonów, który jest szeroko stosowany w remediacji wody i gleby zanieczyszczonej metalami ciężkimi. Korzystając z ich struktury, mechanizmy remediacji zaangażowane w usuwanie zanieczyszczeń przez zeolity obejmują głównie wiązania chemiczne6, powierzchniowe oddziaływanie elektrostatyczne7 oraz wymianę jonową8.
Faujasite (FAU)-type zeolit ma stosunkowo duże pory, o maksymalnej średnicy porów 11,24 A. Wykazuje wysoką skuteczność i szerokie zastosowania w usuwaniu zanieczyszczeń9,10. W ostatnich latach szeroko zakrojone badania poświęcone były opracowaniu ekologicznych i tanich procedur syntezy zeolitu, takich jak wykorzystanie stałych odpadów przemysłowych11 jako surowca do dostarczania źródeł krzemu i aluminium lub przyjęcie receptur bez środków kierujących12. Zgłaszane alternatywne przemysłowe odpady stałe, które mogą być źródłem krzemu i aluminium, obejmują węgiel gangue13, popiół lotny11, odpadowe sita molekularne14, odpady górnicze i metalurgiczne15, inżynieria-porzucona gleba8, oraz gleba rolnicza6, itd.
Tutaj, czerwona gleba, obfity i łatwo dostępny materiał bogaty w krzem i aluminium, została przyjęta jako surowiec, a łatwe podejście do zielonej chemii zostało opracowane dla syntezy kompozytowego materiału zeolitowego typu Fe2O3/FAU (<silna klasa="xfig">Rysunek 1). Szczegółowe parametry syntezy zostały dopracowane. Zsyntetyzowany materiał wykazuje wysoką zdolność unieruchamiania w remediacji wody zanieczyszczonej metalami ciężkimi. Niniejsze badanie powinno być pouczające dla pokrewnych badaczy, którzy są zainteresowani tą dziedziną, aby wykorzystać glebę jako surowiec do syntezy materiałów ekologicznych.

<table><tbody><tr><td>Chemicals</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Tetrahydrat azotanu kadmu</td><td>Shanghai Aladdin Bio-Chem Technology Co., LTD</td><td>C102676</td><td>AR, 99%. Zrób 1,000 ppm&nbsp; roztwór podstawowy do badania wydajności adsorpcji zeolitu.</td></tr><tr><td>Azotan chromu(III) bezwodny</td><td>Shanghai Aladdin Bio-Chem Technology Co., LTD</td><td>C116446</td><td>AR, 99%. Zrób 1,000 ppm&nbsp; roztwór podstawowy do badania wydajności adsorpcji zeolitu.</td></tr><tr><td>Pentahydrat siarczanu miedzi</td><td>Shanghai Aladdin Bio-Chem Technology Co., LTD</td><td>C112396</td><td>AR, 99%. Zrób 1,000 ppm&nbsp; roztwór podstawowy do badania wydajności adsorpcji zeolitu.</td></tr><tr><td>Azotan ołowiu</td><td>Shanghai Aladdin Bio-Chem Technology Co., LTD</td><td>L112118</td><td>AR, 99%. Przygotować 1,000 ppm roztworu podstawowego do testu wydajności adsorpcji zeolitu.</td></tr><tr><td>Sześciowodny azotan niklu</td><td>Shanghai Aladdin Bio-Chem Technology Co., LTD</td><td>N108891</td><td>AR, 98%. Zrób 1,000 ppm&nbsp; roztwór podstawowy do badania wydajności adsorpcji zeolitu.</td></tr><tr><td>Kwas azotowy</td><td>Shanghai Aladdin Bio-Chem Technology Co., LTD</td><td>N116238</td><td>AR, 69,2%. Stosowany jako rozpuszczalnik w teście ICP-MS.</td></tr><tr><td>Dwuchromian potasu</td><td>Shanghai Aladdin Bio-Chem Technology Co., LTD</td><td>P112163</td><td>AR, 99,8%. Zrób 1,000 ppm&nbsp; roztwór podstawowy do badania wydajności adsorpcji zeolitu.</td></tr><tr><td>Dwutlenek krzemu</td><td>Shanghai Aladdin Bio-Chem Technology Co., LTD</td><td>S116482</td><td>AR, 99%. Do syntezy zeolitu.</td></tr><tr><td>(meta)arsenit sodu</td><td>Sigma-aldrich</td><td>S7400-100G</td><td>AR, 90%. Przygotować 1,000 ppm roztworu podstawowego do testu wydajności adsorpcji zeolitu.</td></tr><tr><td>Wodorotlenek sodu</td><td>Shanghai Aladdin Bio-Chem Technology Co., LTD</td><td>S111502</td><td>granulki. Do syntezy zeolitu.</td></tr><tr><td>Sześciowodny azotan</td><td>Shanghai Aladdin Bio-Chem Technology Co., LTD</td><td>Z111703</td><td>AR, 99%. Zrób 1,000 ppm&nbsp; roztwór podstawowy do badania wydajności adsorpcji zeolitu.</td></tr><tr><td>< mocny>Sprzęt< / mocny></td><td></td><td></td><td></td></tr> <tr><td>piec suszący na powietrzu</td><td>Shanghai Yiheng Technology Instrument Co., LTD.</td><td>DHG-9075A</td><td>Służy do hydrotermalnej krystalizacji i suszenia próbki</td></tr><tr><td>Waga analityczna</td><td>Sartorius Scientific Instruments Co.LTD</td><td>BSA224S-CW</td><td>Służy do ważenia próbek</td></tr><tr><td>Probówki wirówkowe</td><td>Nantong Supin Experimental Equipment Co., LTD</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Wirówka szybkoobrotowa</td><td>Hunan Xiang Yi Laboratory Instrument Development Co., LTD</td><td>H1850</td><td>Służy do oddzielania ciał stałych i próbki cieczy</td></tr><tr><td>Wielopunktowe mieszadło magnetyczne</td><td>IKA Equipment Co., LTD.</td><td>RT15</td><td>Służy do mieszania próbek</td></tr><tr><td>Oscylator</td><td>Changzhou Guohua Electric Appliances Co., LTD.</td><td>SHA-B</td><td>Do równomiernego mieszania próbek</td></tr><tr><td>Filtr napędzany strzykawką</td><td>Tianjin Jinteng Experimental Equipment Co., LTD.</td><td></td><td>0,22 &mu;m. Do filtracji.</td></tr><tr><td>Softwares</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>JADE 6.5</td><td>Dane materiałowe& (MDI)</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Mercury</td><td>Cambridge Centrum Danych Krystalograficznych (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>Baza danych struktur zeolitowych: 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>

recykling zasobów czerwonej gleby w celu syntezy zeolitowego materiału kompozytowego typu fe2o3 / fau do usuwania metali ciężkich

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

Woda zanieczyszczona metalami ciężkimi jest bardzo ważna dla zdrowia ludzkiego i środowiska ekologicznego. W tych okolicznościach ogromne znaczenie mają techniki remediacji wody in situ, które umożliwiają wysoce wydajne materiały adsorpcyjne. Spośród wszystkich materiałów stosowanych w remediacji wody dużym zainteresowaniem cieszą się nanomateriały na bazie żelaza i materiały porowate, które czerpią korzyści z bogatej reaktywności redoks i funkcji adsorpcji. W tym miejscu opracowaliśmy łatwy protokół do bezpośredniej konwersji szeroko rozpowszechnionej czerwonej gleby w południowych Chinach w celu wytworzenia materiału kompozytowego zeolitowego typu Fe2O3 / faujazyt (FAU). 
Szczegółowa procedura syntezy i parametry syntezy, takie jak temperatura reakcji, czas reakcji i stosunek Si/Al w surowcach, zostały starannie dostrojone. Zsyntetyzowane materiały kompozytowe wykazują dobrą zdolność adsorpcji typowych jonów metali ciężkich (loidów). Przy 0,001 g/ml materiału kompozytowego zeolitowego typuFe2O3/FAU dodanym do różnych roztworów wodnych zanieczyszczonych metalami ciężkimi (loidami) (pojedynczy rodzaj stężenia metali ciężkich (loidów): 1 000 mg/L [ppm]) wykazano, że zdolność adsorpcji wynosi 172, 45, 170, 40, 429, 693, 94 i 133 mg/g dla Cu (II), Cr (III), Cr (VI), Jako usuwanie odpowiednio (III), Cd (II), Pb (II), Zn (II) i Ni (II), które można dalej rozszerzyć w celu remediacji wody zanieczyszczonej metalami ciężkimi i gleby.

Rysunek 1 przedstawia ogólną ścieżkę syntezy zeolitu w oparciu o strategię „gleba dla remediacji gleby”6. Dzięki prostej metodzie bez użycia związków organicznych, czerwoną glebę można przekształcić w kompozytowy materiał z zeolitu typu Fe2O3/FAU bez dodawania żadnego źródła Fe lub Al. Zsyntetyzowany kompozytowy materiał zeolitowy wykazuje doskonałą zdolność do usuwania zanieczyszczeń z wody skażonej metalami ciężkimi i może być stosowany do reme...

Ten artykuł przedstawia nowatorską i wygodną drogę do syntezy materiału kompozytowego zeolitu typu Fe2O3/faujazyt (FAU) z czerwonej gleby. Szczegółowe parametry syntezy zostały dopracowane. Otrzymany materiał kompozytowy może być wykorzystany do efektywnej remediacji wód zanieczyszczonych metalami ciężkimi, co wskazuje na jego potencjalne zastosowania w inżynierii środowiska.

Recykling zasobów czerwonej gleby w celu syntezy zeolitowego materiału kompozytowego typu Fe2O3 / FAU do usuwania metali ciężkich

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

Opracowano podejście oparte na zielonej chemii w celu przekształcenia szeroko rozpowszechnionej czerwonej gleby w materiał kompozytowy zeolitu FAU z tlenku żelaza. Ten materiał jest w stanie usunąć metalowe żelazka do włosów w wodzie i przywrócić zdrowie wody. Protokół ten demonstruje strategię bezpośredniego wykorzystania gleby jako surowca do czujników materiałów ekologicznych i zapewnia wgląd w wykorzystanie zasobów czterech typowych gleb w oparciu o filozofię cyklu pierwiastkowego.Niniejsze badanie może być pouczające dla powiązanych badaczy, którzy są zainteresowani wykorzystaniem zasobów glebowych. Teraz może to być synteza materiału i mediacja wodna. Na początek usuń 30-centymetrową wierzchnią warstwę gleby zawierającą rośliny i resztki materii organicznej w miejscu zbiórki, a następnie zbierz czerwoną ziemię i wysusz ją na powietrzu w temperaturze pokojowej.Po odpowiednim wysuszeniu przefiltruj glebę przez sito o oczkach 30. Zważ pięć gramów tej wstępnie przygotowanej czerwonej gleby, jeden gram dwutlenku krzemu i 7,63 grama wodorotlenku sodu i dodaj je do naturalnej zaprawy agatowej. Następnie zmiel je przez dwie do trzech minut na drobny proszek.W celu aktywacji alkalicznej przenieś tę alkaliczną mieszaninę do 100-mililitrowej teflonowej wkładki reaktora bez zewnętrznej powłoki ze stali nierdzewnej i podgrzewaj ją w piekarniku o temperaturze 200 stopni Celsjusza przez godzinę. Następnie dodaj 60 mililitrów wody dejonizowanej do teflonowej wkładki reaktora zawierającej aktywowaną mieszaninę alkaliczną. Dodaj mieszadło o odpowiedniej wielkości i mieszaj mieszaninę z prędkością 600 obr./min na mieszadle magnetycznym przez trzy godziny w temperaturze 25 stopni Celsjusza.W procesie krystalizacji przenieś jednorodny żel do 100-mililitrowego autoklawu ze stali nierdzewnej i podgrzewaj żel w piekarniku o temperaturze 100 stopni Celsjusza przez 12 godzin. Następnie otrzymany zeolit należy kilkakrotnie przepłukać wodą dejonizowaną, aż pH roztworu zbliży się do siedmiu. Użyj wirówki, aby oddzielić ciało stałe od cieczy i zbierz ciało stałe na dnie 50-mililitrowej probówki wirówkowej.Na koniec wysuszyć otrzymany produkt przez osiem godzin w piekarniku o temperaturze 80 stopni Celsjusza, a następnie zmielić go na drobny proszek w celu późniejszej charakteryzacji. Przygotuj 50 mililitrów 1000 części na milion wodnych roztworów dwuwartościowego jonu miedzi, trójwartościowego jonu chromu, sześciowartościowego jonu chromu, trójwartościowego jonu arsenu, dwuwartościowego jonu kadmu, dwuwartościowego jonu ołowiu, dwuwartościowego jonu i dwuwartościowego jonu niklu. I zwróć uwagę na pH każdego roztworu.Następnie dodaj 50 miligramów zeolitu do każdego roztworu metaloidów ciężkich. Na koniec dostosuj pH roztworu za pomocą 0,1 molowego kwasu solnego lub 0,1 molowego wodorotlenku sodu i mieszaj mieszaninę z prędkością 600 obrotów na minutę przez 48 godzin w temperaturze 25 stopni Celsjusza. Następnie przefiltruj zmieszane roztwory przez membrany o grubości 0,22 mikrona.Rozcieńczyć je do 1000 x dodając 2% roztwór kwasu azotowego i zmierzyć resztkowe stężenia metaloidów ciężkich za pomocą spektrometrii mas z plazmą sprzężoną indukcyjnie w zakresie testowym od 0,001 części na milion do jednej części na milion. Struktura krystaliczna szkieletu zeolitowego typu FAU i tlenku żelaza pokazuje, że zeolit FAU składa się z trójwymiarowych, 12-członowych pierścieni. Należy do sześciennego układu kryształowego.Grupa przestrzenna to FD 3M, a parametr komórki elementarnej to 24,3450 angstremów. Wzór defrakcji promieniowania rentgenowskiego w proszkowym materiale kompozytowym zeolitu z tlenku żelaza typu FAU wykazał doskonałe dopasowanie tej próbki do symulowanych materiałów standardowych, co sugeruje sukces syntezy. Obraz ze skaningowej mikroskopii elektronowej wyjaśnił, że materiał kompozytowy zeolitu z tlenku żelaza typu FAU wykazuje morfologię przypominającą igły o wysokiej czystości.Mapowanie spektroskopii rentgenowskiej z dyspersją energii pokazuje, że typowe pierwiastki składu zeolitu, takie jak krzem, aluminium, sód i tlen, były równomiernie rozmieszczone na materiale, a żelazo było dyskretnie rozmieszczone w materiale kompozytowym. Zdolność absorpcji materiału kompozytowego zeolitycznego tlenku żelaza typu FAU dla ośmiu typowych roztworów metali ciężkich wykazała fascynująco wysoką zdolność absorpcji dwuwartościowych jonów ołowiu i dwuwartościowych jonów kadmu. Najważniejsze etapy prawidłowej syntezy zliczonego materiału obejmują aktywację alkaliów, przygotowanie prekursorów i krystalizację.Prace te torują drogę do bezpośredniego wykorzystania gleby jako surowca do syntezy materiału mentorskiego, który może być dalej rozszerzony na inne rodzaje gleb do szerokich zastosowań w inżynierii środowiska.

resource-recycling-red-soil-to-synthesize-fe2o3fau-type-zeolite

Research

JoVE Journal

Environment

Środowisko

Ze względu na znaczenie i szerokie zastosowanie palladu, złota i kobaltu w sprzęcie high-tech, ich odzysk i recykling stanowią ważne wyzwanie przemysłowe. Opisany w niniejszym dokumencie system odzysku metali jest prostym, tanim sposobem na skuteczne wykrywanie, usuwanie i odzysk tych metali z kopalni miejskiej.

Wykrywanie i odzyskiwanie palladu, złota i metali kobaltowych z kopalni miejskiej przy użyciu nowatorskich czujników/adsorbentów oznaczonych nanoskalowymi porami w kształcie koła wagonowego

Tutaj prezentujemy protokół syntezy i charakterystyki nanorurek glinokrzemianowych domieszkowanych żelazem. Materiały otrzymuje się w drodze syntezy zol-żel po dodaniu FeCl3•6H2O do mieszaniny zawierającej prekursory Si i Al lub w drodze wymiany jonowej po syntezie wstępnie uformowanych nanorurek glinokrzemianowych.

Synteza i charakterystyka nanorurek glinokrzemianowych domieszkowanych żelazem o zwiększonych właściwościach przewodzenia elektronów

Przedstawiono protokół równoległej produkcji wytrąconego węglanu wapnia i materiału zeolitowego z żużla wielkopiecowego poprzez karbonatyzację minerałów i alkaliczną konwersję hydrotermalną. Badana jest wydajność materiału zeolitowego w kierunku adsorpcji niklu.

Dwukierunkowa waloryzacja żużla wielkopiecowego: synteza wytrąconego węglanu wapnia i zeolitowego adsorbentu metali ciężkich

Tutaj prezentujemy protokół syntezy podwójnie domieszkowanego mezoporowatego węgla azotowo-tlenowego z biomasy poprzez aktywację chemiczną w różnych trybach pirolizy, po której następuje modyfikacja. Wykazaliśmy, że piroliza mikrofalowa korzystnie wpływa na późniejszy proces modyfikacji, aby jednocześnie wprowadzić więcej grup funkcyjnych azotu i tlenu do węgla.

Przygotowanie mezoporowatego węgla na bazie biomasy z wyższą adsorpcją chelatującą azot/tlen dla Cu(II) poprzez mikrofalową pirolizę wstępną

Frakcjonowanie o połączonej wielkości i gęstości (CSDF) to metoda fizycznego rozdzielania gleby na frakcje różniące się teksturą (wielkością cząstek) i mineralogią (gęstością). Celem jest wyizolowanie frakcji o różnej reaktywności w stosunku do materii organicznej gleby (SOM), aby lepiej zrozumieć interakcje organiczno-mineralne i dynamikę SOM.

Połączone frakcjonowanie wielkości i gęstości gleb do badań interakcji organiczno-mineralnych

W tej pracy przygotowaliśmy adsorbent składający się z kationowego N,N-dimetyloaminopropylacrylamidu czwartorzędowego polimeru chlorku metylu (DMAPAAQ) i wodorotlenku żelaza do adsorpcji arsenu z wód gruntowych. Żel został przygotowany nowatorską metodą, mającą na celu zapewnienie maksymalnej zawartości cząsteczek żelaza w jego strukturze.

Usuwanie arsenu za pomocą kationowego żelu polimerowego impregnowanego wodorotlenkiem żelaza

Przedstawiono protokół racjonalnego projektowania dwufunkcyjnego filtra elektroaktywnego składającego się z nanorurek węglowych i nanodrutów tytanianu oraz przedstawiono ich zastosowania środowiskowe w kierunku utleniania i sekwestracji Sb(III).

Dwufunkcyjny filtr elektroaktywny w kierunku jednoczesnego utleniania i sekwestracji Sb(III)

Tutaj prezentujemy protokół badania różnorodności biologicznej gleby w poszukiwaniu szczepów grzybów biorących udział w degradacji opornych materiałów. Najpierw izoluje się szczepy grzybów, które mogą rosnąć na kwasach humusowych lub lignocelulozie. Ich aktywność jest następnie testowana zarówno w testach enzymatycznych, jak i na zanieczyszczeniach, takich jak węglowodory i tworzywa sztuczne.

Izolacja i badania przesiewowe pod kątem różnorodności biologicznej gleby pod kątem grzybów biorących udział w degradacji opornych materiałów

Badania magnetyczne ex situ mogą bezpośrednio dostarczyć dużych i lokalnych informacji na elektrodzie magnetycznej, aby krok po kroku ujawnić mechanizm magazynowania ładunku. W tym artykule wykazano elektronowy rezonans spinowy (ESR) i podatność magnetyczną w celu monitorowania oceny gatunków paramagnetycznych i ich stężenia w redoks-aktywnym szkielecie metaloorganicznym (MOF).

Charakterystyka magnetometryczna produktów pośrednich w elektrochemii ciała stałego redoks-aktywnych struktur metaloorganicznych

Ten protokół przedstawia system mikrofluidyczny do badania mikrobiologiczne precipitacji minerałów tlenku manganu. Powstawanie biomineralu jest mierzone in situ za pomocą mikroskopii optycznej i analizy obrazu. To podejście może być dostosowane do badania precipitacji innych charakterystycznie zabarwionych biogenicznych minerałów w środowiskach porowatych.

Mikropłytka platforma do badania mikrobiologicznego wytrącania tlenków metali w mediach porowatych

Odkryj metodę syntezy kompozytu zeolitowego Fe₂O₃/FAU z czerwonej gleby do usuwania metali ciężkich z wody. To ekologiczne podejście wykorzystuje lokalne zasoby glebowe w inżynierii środowiska.

Recykling zasobów czerwonej gleby w celu syntezy zeolitowego materiału kompozytowego typu Fe2O3 / FAU do usuwania metali ciężkich (Wideo) | JoVE Journal

Recykling zasobów czerwonej gleby w celu syntezy zeolitowego materiału kompozytowego typu Fe₂_O3 / FAU do usuwania metali ciężkich

Przeglądaj więcej filmów