בעבודה זו, הכנו adsorbent המורכב מתוך המים האחרים , n-dimethylamino מתיל כלוריד (DMAPAAQ) ג’ל פולימרי ו הידרוקסיד ברזל עבור הזרסורנג ארסן מן מי תהום. הג הוכן בשיטה החדשנית שנועדה להבטיח את התוכן המרבי של חלקיקי ברזל במבנה.
בעבודה זו, הכנו adsorbent מורכב ג’ל פולימרי המכיל הידרוקסיד ברזל במבנה שלה המיועד adsorbent ארסן מן מי תהום. הג שנבחר היה ה-n ,מתיונין (DMAPAAQ) ג’ל מתיל כלוריד. מטרת שיטת ההכנה שלנו היתה להבטיח את התוכן המקסימלי של ברזל הידרוקסיד במבנה של ג’ל. גישה זו העיצוב איפשר מעוצב סימולטני על ידי שני מבנה פולימרי של ג’ל הידרוקסידי ברזל רכיב, ובכך, שיפור יכולת ספיחה של החומר. כדי לבחון את הביצועים של הג, אנו מדדו קינטיקה התגובה, ביצעו רגישות pH וניתוחים בסלקטיביות, ביצועים מנוטרים של הארסן, וניהל ניסויים התחדשות. קבענו כי הג עובר תהליך כימי ומגיע לשיווי האיזון ב-10 h. יתר על כן, הג נספחת רעל ביעילות ברמות ה-pH נייטרלי באופן סלקטיבי בסביבות יון מורכבות, השגת נפח נספחת מקסימלית של 1.63 mM/g. ניתן ליצור מחדש את הג עם 87.6% יעילות ו-“נאיי” יכול לשמש לצורך הדסורזיה במקום NaOH מזיקים. יחד עם זאת, שיטת העיצוב המוצגת על ידי ג’ל היא גישה אפקטיבית לבניית אדסורטים ארסן בעלי ביצועים גבוהים.
זיהום המים הוא דאגה סביבתית מעולה, המניע חוקרים לפתח שיטות להסרת מזהמים כגון ארסן מתוך בזבוז אשפה1. בין כל השיטות שדווחו, תהליכי ספיחה הם גישה נמוכה יחסית להסרת מתכת כבדה2,3,4,5,6,7. ברזל אוקסיקסידי אבקות נחשבים לאחד adsorbents היעילה ביותר עבור חילוץ ארסן מ פתרונות מימית8,9. עם זאת, חומרים אלה סובלים ממספר חסרונות, כולל שעות רוויה מוקדם ומקדים רעילים מלאכותיים. בנוסף, קיימת השפעה שלילית חמורה באיכות המים כאשר אלה adsorbents אלה משמשים לתקופה ארוכה של זמן10. תהליך הפרדה נוסף, כגון משקעי אור או סינון, נדרש לטיהור המים הנגועים, המגביר את עלות הייצור עוד8,11.
לאחרונה, החוקרים פיתחו ג’לים פולימריים כגון הידרו-ג’ל הידרולים, microgels, ו קריוג כי הפגינו תכונות ספיחה יעיל. לדוגמה, שיעור הסרת הארסן של 96% הושג על ידי הקריוג’ל המוריק, פולי (3-acrylamidopropyl) triמתיל אמוניום כלוריד [p (APTMACl)]12. בנוסף, ב-pH 9, כ 99.7% יעילות ההסרה הושגה על-ידי זה הידרוג’ל לאורך13. ב-pH 4, 98.72 mg/g של הקיבולת המקסימלית של ארסן מירבי הושגה על ידי המיקרו-ג’ל, בהתבסס על טריס (2-עמינח אתיל) אמין (TAEA) ו גלילידיוגליציליןאתר (GDE), p (TAEA-co-GDE)14. למרות שהג’לים הללו הפגינו הופעות טובות, הם נכשלו להסיר ביעילות את הארסן מהמים ברמות ה-pH הניטרליים, והסליותיים שלהם בכל סביבות המחקר לא דווחו15. קיבולת ספיחה מקסימלית של 227 mg/g של נמדד כאשר Fe (III)-Sn (IV) מעורבים חול מצופה תחמוצת בינארי שימש בטמפרטורה של 313 K ו-pH של 716. לחילופין, Fe-zr בינארי תחמוצת מצופה חול (izbocs) יש גם שימש להסרת ארסן והשיגה קיבולת ספיחה מקסימלית של 84.75 מ”ג/g ב 318 K ו-pH של 717. Adsorbents אחרים דיווחו סובלים הופעות adsorספיחה נמוכה, חוסר יכולת מיחזור, יציבות נמוכה, גבוהה תפעול ותחזוקה עלויות, ואת השימוש בכימיקלים מסוכנים בתהליך הסינתזה4.
ביקשו לטפל במגבלות הנ ל על ידי פיתוח חומר עם ביצועי הארסן משופרים, סלקטיביות גבוהה בסביבות מורכבות, יכולת מיחזור ופעילות יעילה ברמות ה-pH נייטרליים. לכן, פיתחנו ג’ל מורכב של n, n-dimethylamino הידרולאיד מתיל כלוריד (דמטפאאק) ג’ל ו ברזל (III) הידרוקסיד (feooh) חלקיקים כמו adsorbent להסרת ארסן. בחרנו לשלב FeOOH עם הג שלנו כי FeOOH מגביר את הספיחה של שתי צורות של ארסן18. במחקר זה, ג’ל משולב שלנו תוכנן להיות לא נקבובי והיה ספוג עם FeOOH במהלך ההכנה. בסעיף הבא, את פרטי שיטת ההכנה ג’ל, כולל האסטרטגיה שלנו למקסם את התוכן של FeOOH הוא נדון עוד.
ההתקדמות העיקרית של השיטה המפותחת שלנו היא אסטרטגית העיצוב הייחודית של הג המשולב. מטרת שיטת ההכנה ג’ל שלנו היתה למקסם את כמות התוכן ברזל ג’ל. במהלך ההכנה, הוספנו את ה-“הפתרון היוזם” ואת “פתרון המונומר”, בהתאמה. לאחר פתרון המונומר היה מעורבב עם פתרון יוזם, הייתה תגובה בין העונה3 ו-naoh…
The authors have nothing to disclose.
מחקר זה היה נתמך על ידי מספר מענק של JSPS KAKENHI (26420764, JP17K06892). התרומה של משרד הקרקעות, מבנה Insfrastructure תחבורה ותיירות (MLIT), ממשלת יפן תחת ‘ בניית טכנולוגיות מחקר ופיתוח סובסידיות ‘ למחקר זה מוכר גם. אנו מכירים גם בתרומתו של מר קייוטאקה סנמוטו למחקר זה. גב’ אדל פיטאטולי, יועצת כתיבה בכירה ממרכז הכתיבה של אוניברסיטת הירושימה, מוכרת גם היא לתיקונים ולהצעות באנגלית. מחקר זה נבחר עבור מצגת אוראלי בכנס iwa שואפים 7, 2017 ו-ועידת המים והסביבה, 2018.
N,N’-dimethylamino propylacrylamide, methyl chloride quaternary (DMAPAAQ) (75% in H2O) | KJ Chemicals Corporation, Japan | 150707 | |
N,N’-Methylene bisacrylamide (MBAA) | Sigma-Aldrich, USA | 1002040622 | |
Sodium sulfite (Na2SO3) | Nacalai Tesque, Inc., Japan | 31922-25 | |
Sodium sulfate (Na2SO4) | Nacalai Tesque, Inc., Japan | 31916-15 | |
Di-sodium hydrogenarsenate heptahydrate(Na2HAsO4.7H20) | Nacalai Tesque, Inc., Japan | 10048-95-0 | |
Ferric chloride(FeCl3) | Nacalai Tesque, Inc., Japan | 19432-25 | |
Sodium hydroxide(NaOH) | Kishida Chemicals Corporation, Japan | 000-75165 | |
Ammonium peroxodisulfate (APS) | Kanto Chemical Co. Inc., Japan | 907W2052 | |
Hydrochloric acid (HCl) | Kanto Chemical Co. Inc., Japan | 18078-01 | |
Sodium Chloride (NaCl) | Nacalai Tesque, Inc., Japan | 31320-05 |