Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
Click here for the English version

Environment

Reciclagem de Recursos de Solo Vermelho para Sintetizar Material Compósito de Zeólita do Tipo Fe2O3/FAU para Remoção de Metais Pesados

Published: June 2, 2022 doi: 10.3791/64044

Summary

Este artigo apresenta uma rota nova e conveniente para sintetizar material compósito de zeólita do tipo Fe2O3/faujasite (FAU) a partir de solo vermelho. Os parâmetros de síntese detalhados foram ajustados. O material compósito obtido pode ser usado para remediação eficiente de água contaminada por metais pesados, indicando suas potenciais aplicações em engenharia ambiental.

Abstract

A água poluída por metais pesados é motivo de grande preocupação para a saúde humana e para o ecoambiente. As técnicas de remediação de água in situ possibilitadas por materiais de adsorção altamente eficientes são de grande importância nessas circunstâncias. Entre todos os materiais utilizados na remediação hídrica, os nanomateriais à base de ferro e os materiais porosos são de grande interesse, beneficiando da sua rica reatividade redox e função de adsorção. Aqui, desenvolvemos um protocolo fácil para converter diretamente o solo vermelho amplamente difundido no sul da China para fabricar o material compósito zeólito do tipo Fe2O3/faujasite (FAU).

O procedimento de síntese detalhado e os parâmetros de síntese, como temperatura de reação, tempo de reação e a relação Si/Al nas matérias-primas, foram cuidadosamente ajustados. Os materiais compósitos sintetizados como mostram boa capacidade de adsorção para íons típicos de metais pesados (loid). Com 0,001 g/mL de material compósito zeólito do tipo Fe2O3/FAU adicionado a diferentes soluções aquosas poluídas por metais pesados (loide) (tipo único de concentração de metal pesado (loide): 1.000 mg/L [ppm]), a capacidade de adsorção mostrou-se de 172, 45, 170, 40, 429, 693, 94 e 133 mg/g para (II), Cr (III), Cr (VI), Remoção de (III), Cd (II), Pb (II), Zn (II) e Ni (II), respectivamente, que podem ser expandidos ainda mais para água poluída por metais pesados e remediação do solo.

Introduction

Metais pesados (loid) provenientes de atividades antropogênicas e naturais são onipresentes no ambiente aéreo, aquático e do solo1. São de alta mobilidade e toxicidade, representando um risco potencial para a saúde do ser humano por contato direto ou via transporte da cadeia alimentar2. A água é vital para a vida dos seres humanos, uma vez que é a matéria-prima de todas as famílias. Restaurar a saúde da água é crucial. Portanto, é de grande importância diminuir a mobilidade e a biodisponibilidade de metais pesados tóxicos (loid) na água. Para manter a boa saúde na água, materiais de remediação hídrica, como biocarvão, materiais à base de ferro e zeólita, desempenham um papel essencial na imobilização ou remoção de metais pesados (loid) de ambientes aquosos 3,4,5.

As zeólitas são materiais altamente cristalinos com poros e canais únicos em suas estruturas cristalinas. Eles são compostos de TO4 tetraedros (T é o átomo central, geralmente Si, Al ou P) conectados por átomos de O compartilhados. A carga superficial negativa e os íons trocáveis nos poros o tornam um adsorvente popular para captura de íons, que tem sido amplamente utilizado em água poluída por metais pesados e remediação do solo. Beneficiando-se de suas estruturas, os mecanismos de remediação envolvidos na remoção de contaminantes por zeólitas incluem principalmente a ligação química6, a interação eletrostática de superfície7 e a troca iônica8.

A zeólita do tipo faujasita (FAU) tem poros relativamente grandes, com um diâmetro máximo de poros de 11,24 Å. Apresenta alta eficiência e amplas aplicações para remoção de contaminantes 9,10. Nos últimos anos, uma extensa pesquisa tem se dedicado ao desenvolvimento de rotinas verdes e de baixo custo para a síntese de zeólitas, como o uso de resíduos sólidos industriais11 como matéria-prima para fornecer fontes de silício e alumínio, ou a adoção de receitas diretas sem agentes12. Os resíduos sólidos industriais alternativos relatados que podem ser fontes de silício e alumínio incluem ganguede carvão 13, cinzas volantes11, peneiras molecularesresiduais 14, resíduos de mineração e metalurgia15, solo abandonado por engenharia8 e solo agrícola6, etc.

Neste contexto, o solo vermelho, um material abundante e de fácil obtenção rico em silício e alumínio, foi adotado como matéria-prima, e uma abordagem química verde fácil foi desenvolvida para a síntese de materiais compósitos zeólitos do tipo Fe2O3/FAU (Figura 1). Os parâmetros de síntese detalhados foram ajustados. O material sintetizado apresenta alta capacidade de imobilização para remediação de água contaminada por metais pesados. O presente estudo deve ser instrutivo para pesquisadores relacionados que estão interessados nesta área para usar o solo como matéria-prima para a síntese de ecomateriais.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

1. Recolha e tratamento de matérias-primas

  1. Coleta de solo vermelho
    1. Colete o solo vermelho. Remova a camada superior de 30 cm do solo contendo plantas e matéria orgânica residual.
      NOTA: Neste experimento, o solo vermelho foi coletado no campus da Southern University of Science and Technology (SUSTech), Shenzhen, Guangdong, China (113°59' E, 22°36' N).
  2. Tratamento de solo vermelho
    1. Seque ao ar o solo vermelho coletado à temperatura ambiente e filtre-o através de uma peneira de 30 malhas. Remova a maioria das pedras e folhas grandes. Medir a concentração de metais pesados (loid) (Tabela 1) no solo vermelho com espectrometria de massa de plasma indutivamente acoplado (ICP-MS)16 para garantir que não haja poluição indesejada introduzida.
      NOTA: Uma peneira com pequenos orifícios é recomendada, uma vez que poucos objetos grandes que não contenham silício ou alumínio estarão na matéria-prima. Aqui, uma peneira de 30 malhas é suficiente para tratar a matéria-prima neste experimento.

2. Fe2O3/FAU-tipo zeólita síntese

  1. Preparação de pó de mistura alcalina
    1. Pesar 5 g de solo vermelho pré-tratado, 1 g de SiO2 e 7,63 g de NaOH e adicioná-los a uma argamassa de ágata natural. Moê-los por 2-3 min em um pó fino. Certifique-se de que a umidade relativa no laboratório seja de 65% a 72%.
      NOTA: Tenha cuidado com o tempo de moagem, uma vez que o NaOH é muito higroscópico. Pode facilmente absorver água da atmosfera do ar. Um pó alcalino médio-úmido é crucial para a próxima etapa do experimento. O tempo de moagem está relacionado à umidade no laboratório.
  2. Fusão/ativação alcalina
    1. Transfira a mistura alcalina para um revestimento de reator de Teflon de 100 mL sem a cobertura externa de aço inoxidável. Aqueça em forno a 200 °C durante 1 h.
      NOTA: O objetivo desta etapa é fazer uso da base forte NaOH para ativar a ligação Si-O e a ligação Al-O17 de modo que os átomos de Al, Si e O se remontem para formar a zeólita de aluminossilicato desejada.
  3. Preparação do precursor da zeólita
    1. Adicionar 60 mL de água deionizada no revestimento do reator de Teflon contendo a mistura alcalina ativada. Adicionar uma barra de agitação do tamanho adequado e agitar a mistura a 600 rpm no agitador magnético durante 3 h a 25 °C. Aguarde a formação de um gel homogêneo como precursor da zeólita18.
  4. Cristalização
    1. Transfira o gel homogêneo para uma autoclave de aço inoxidável de 100 mL e aqueça o gel em um forno de 100 °C por 12 h. Espere até que o forno esfrie até a temperatura ambiente seguindo o programa de resfriamento padrão para abrir a porta do forno e tirar a autoclave.
      NOTA: A autoclave gera alta pressão sob altas temperaturas para impulsionar o processo de cristalização. Sempre espere que ele atinja a temperatura ambiente para evitar uma explosão gerada por alta pressão.
  5. Lavar a zeólita obtida com água desionizada várias vezes até que o pH da solução se aproxime de 7. Use uma centrífuga para separar o sólido e o líquido e colete o sólido no fundo do tubo de centrífuga de 50 mL. Por fim, secar o produto obtido por 8 h em estufa a 80 °C e moê-lo em pó fino para posterior caracterização.
  6. Caracterização
    1. Adquira o resultado do espectrômetro de fluorescência de raios X (XRF) para o solo vermelho (Figura 2). É usado para medir com precisão a concentração de elementos inorgânicos do solo19.
    2. Adquira o arquivo de informações de cristal (CIF) de Fe2O3 do Inorganic Crystal Structure Database (ICSD). Adquira o arquivo CIF da zeólita do tipo FAU do Banco de Dados de Estruturas Zeolitas.
      NOTA: O Mercury e o Materials Studio (MS) podem ser usados como ferramentas de visualização de estrutura cristalina. Neste trabalho, o mercúrio foi utilizado para a visualização da estrutura Fe2O 3, e o MS foi utilizado para a zeólita do tipo FAU (Figura 3).
    3. Adquirir um padrão de difração de raios X em pó (PXRD) para confirmar a fase do material compósito zeólito do tipo Fe2O3/FAU sintetizado (Figura 4)20. Compare-o com o padrão PXRD simulado de Fe2O3 e zeólita do tipo FAU usando o software JADE 6.5.
      NOTA: O software Mercury desenvolvido pelo Cambridge Crystallographic Data Centre (CCDC) pode calcular o padrão PXRD com base no arquivo CIF dos materiais padrão obtidos do ICSD - o maior banco de dados do mundo para estruturas cristalinas inorgânicas completamente identificadas.
    4. Adquirir uma imagem de microscopia eletrônica de varredura (MEV) (Figura 5) para confirmar a morfologia20.
    5. Adquirir o mapeamento por espectroscopia de raios X por dispersão de energia (EDS) do microscópio eletrônico de transmissão (MET) (Figura 6) para determinar a composição química6.
      NOTA: Em comparação com o mapeamento SEM-EDS, o mapeamento TEM-EDS pode detectar baixas quantidades de composição elementar.

3. Experimento de adsorção em lote

  1. Prepare 50 mL de soluções aquosas de 1.000 ppm de (II), Cr (III), Cr (VI), As (III), Cd (II), Pb (II), Zn (II) e Ni (II). Observe o pH de cada solução.
  2. Adicione 50 mg de zeólita a cada solução de metal pesado (loide). Ajustar finamente o pH da solução de mistura com HCl 0,1 M ou NaOH 0,1 M. Agitar a mistura a 600 rpm durante 48 h a 25 °C.
    NOTA: Cada íon de metal pesado (loid) tem uma faixa de pH estável sem a precipitação de hidróxido de metal. Ajustar o pH da solução final misturada a uma faixa de pH para que a diminuição da concentração de metais pesados (loide) possa ser atribuída ao desempenho da zeólita.
  3. Ajustar o pH das soluções mistas finais de (II), Cr (III), Cr (VI), As (III), Cd (II), Pb (II), Zn (II) e Ni (II) para 4,2, 3,9, 6,4, 7,8, 5,8, 5,2, 5,7 e 6,4, respectivamente.
  4. Filtrar as soluções misturadas através de membranas de 0,22 μm. Dilua-os 1.000x adicionando solução de HNO3 a 2%. Medir as concentrações residuais de metais pesados (loides) (Figura 6) com espectrometria de massa de plasma indutivamente acoplado (ICP-MS)16, com uma faixa de teste de 0,001 ppm a 1 ppm. Consulte a Tabela 2 para os parâmetros operacionais do ICP-MS.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

A Figura 1 ilustra a rota geral de síntese da zeólita com base na estratégia "solo para remediação do solo"6. Com uma rota simples e livre de orgânicos, o solo vermelho pode ser convertido em material compósito de zeólita do tipo Fe2O3/FAU sem adicionar qualquer fonte de Fe ou Al. O material compósito de zeólita sintetizado como exibe excelente capacidade de remoção para remediação de água poluída por metais pesados e pode ser usado para remediação do solo.

A Figura 2 apresenta o resultado da análise por XRF para solo vermelho. A principal composição do solo vermelho é SiO 2, Al 2 O 3 e Fe2O3.

A Figura 3 mostra a estrutura cristalina da estrutura zeólita do tipo FAU e Fe2O3. A zeólita do tipo FAU pertence ao sistema cristalino cúbico, o grupo espacial é Fd-3m e o parâmetro da célula unitária é a = 24,3450 Å. A estrutura da zeólita da FAU é composta por anéis tridimensionais de 12 membros. As informações relacionadas à estrutura cristalina foram obtidas da International Zeolite Association (IZA)21, que fornece um banco de dados exaustivo de todas as estruturas zeólitas.

A Figura 4 apresenta o padrão experimental PXRD do material compósito de zeólita do tipo Fe 2 O 3/FAU sintetizado e padrões simulados de zeólita do tipo FAU e Fe2O3. A grande correspondência desta amostra com os materiais padrão simulados mostra o sucesso da síntese. A imagem do MEV é mostrada na Figura 5. O material compósito zeólita do tipo Fe2O3/FAU apresenta morfologia semelhante a uma agulha com alta pureza.

O resultado do mapeamento por espectroscopia de raios X por dispersão de energia (EDS) é mostrado na Figura 6. Os elementos típicos de composição de zeólitos - Si, Al, Na e O - são distribuídos uniformemente no material, e Fe é distribuído discretamente no material composto. Isso também confirma a síntese bem-sucedida do material compósito zeólito do tipo Fe2O3/FAU.

A Figura 7 demonstra a capacidade de adsorção do material compósito zeólito do tipo Fe2O3/FAU para oito soluções típicas de metais pesados (loid). Em particular, mostra uma capacidade fascinantemente alta de adsorção de íons Pb (II) e Cd (II). O pH da solução de íons metálicos foi cuidadosamente ajustado, de modo que nenhuma precipitação foi observada nas soluções.

Figure 1
Figura 1: Método de preparação do material compósito zeólita do tipo Fe2O3/FAU e sua potencial aplicação. O material compósito de zeólita do tipo Fe2O3/FAU foi sintetizado pelo método hidrotermal típico de ativação alcalina. Por favor, clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figure 2
Figura 2: Anemia por XRF do solo vermelho. Abbrevação: XRF = flurorescência de raios-X. Por favor, clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figure 3
Figura 3: Estrutura cristalina da estrutura de zeólita do tipo FAU e estrutura cristalina Fe2O3. (A) A estrutura espacial e, especialmente, a arquitetura de poros da estrutura zeólita do tipo FAU; (B) Fe2O3 estrutura cristalina ao longo do eixo c. Por favor, clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figure 4
Figura 4: Padrão XRD do material compósito zeólita do tipo Fe2O3/FAU. Abreviação: XRD = Difração de raios X. Por favor, clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figure 5
Figura 5: Imagem SEM do material compósito zeólita do tipo Fe2O3/FAU. A morfologia da superfície foi caracterizada por MEV. Barra de escala = 2 μm. Abreviação: MEV = microscopia eletrônica de varredura. Por favor, clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figure 6
Figura 6: Imagem de mapeamento TEM-EDS do material compósito zeólita do tipo Fe2O3/FAU. A distribuição de elementos é caracterizada pelo mapeamento TEM-EDS. Barra de escala = 1 μm. Abreviação: TEM-EDS = espectroscopia de raios X dispersiva de energia por microscopia eletrônica de transmissão. Por favor, clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figure 7
Figura 7: Capacidades de adsorção do material compósito zeólito do tipo Fe2O3/FAU sintetizado para oito soluções típicas de metais pesados (loid). A capacidade de adsorção deste material foi examinada em diferentes soluções de água de metais pesados (loid). Alguns estudos semelhantes 5,9 testaram a aplicabilidade desse tipo de material em ambientes de solo. Por favor, clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Concentrações biodisponíveis de metais pesados (loides) no solo vermelho
Metais pesados (loid) Concentração (mg/L)
Pb 19.30
1.56
CD 0.16
Zn 11.73

Tabela 1: Concentração de metais pesados (loid) no solo vermelho.

Parâmetros operacionais ICP-MS
Parâmetro Valor
Potência para a frente 1500 W
Fluxo de gás de plasma 14,0 L min-1
Fluxo de gás transportador 0,78 L min-1
Fluxo de gás de diluição 1,06 L min-1
Fluxo total de gás transportador 1,84 L min-1
Ele fluxo de gás 4,8 mL min-1
Viés QP -98 V
Viés de outubro -100 V
Entrada da cela -130 V
Saída da célula -150 V
Desviar -80 V
Viés de placa -150 V
Tipo de nebulizador Micro névoa
Taxa de absorção da amostra 1,0 mL min-1
isótopos m/z monitorados em especiação de 63 anos , 65
isótopos m/z das normas internas 115 anos Em, 175 Lu
Tempo total de aquisição 8 s por amostra

Tabela 2: Parâmetros operacionais do ICP-MS. Abreviatura: ICP-MS = espectrometria de massa de plasma indutivamente acoplado.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

A zeólita é tipicamente um material de aluminossilicato. Em teoria, materiais que são ricos em silicato e aluminato podem ser escolhidos como matérias-primas para a síntese de zeólitas. A relação Si/Al da matéria-prima deve ser semelhante à do tipo selecionado de zeólita para minimizar o uso de fontes adicionais de silício/alumínio 6,8,16. A relação Si/Al da zeólita do tipo FAU é de 1,2 e a relação Si/Al do solo vermelho é de 1,3. Portanto, o solo vermelho é uma fonte perfeita de Si e Al para a síntese de zeólitas do tipo FAU. No entanto, neste método, nem todo o SiO2 no solo vermelho foi transferido com sucesso para a zeólita. E em nosso protocolo, o SiO2 extra é necessário para a síntese de zeólitos. Além disso, como o solo vermelho continha 7,65% em peso de Fe2O3, não houve necessidade de adicionar fonte extra de Fe na preparação do material composto.

NaOH, SiO2 e solo vermelho devem ser bem misturados antes da etapa de ativação alcalina. A existência de grânulos grandes na mistura pode afetar negativamente a eficiência de ativação. O tempo de agitação é um parâmetro um pouco vagamente controlado na rota de síntese. Em teoria, um tempo de agitação mais longo proporciona uma melhor mistura, mas consome mais energia.

O tempo de cristalização e a temperatura foram cuidadosamente ajustados no experimento. Um pequeno desvio desses dois parâmetros de síntese pode causar a síntese de diferentes tipos de zeólitas19. O material compósito de zeólita do tipo Fe2O3/FAU sintetizado foi testado quanto à aplicabilidade em íons metálicos adsorventes neste estudo. Pode ser estendido para remoção de amônio ou matéria orgânica10,22.

O mapeamento PXRD, MEV e TEM-EDS são técnicas comumente utilizadas para caracterização de materiais. A DRPX é frequentemente utilizada para identificação de fases23. A posição e a intensidade dos picos de difração indicam ricas informações estruturais da amostra detectada, como o espaçamento interplanar e a cristalinidade. A imagem do MEV é utilizada principalmente para mostrar a morfologia24. Enquanto isso, o tamanho e a uniformidade também podem ser confirmados. O mapeamento TEM-EDS25 foi utilizado para confirmar a composição elementar. A análise do mapeamento revela uma clara distribuição de elementos. A ICP-MS é uma técnica extremamente sensível para detectar vestígios de metais pesados (loid)s8. A chave para a precisão dos dados é uma curva padrão bem construída. Para a análise quantitativa, a seleção de um padrão interno adequado pode efetivamente compensar os efeitos gerais da matriz e corrigir a deriva do sinal analítico, melhorando assim a precisão dos resultados analíticos.

Este artigo descreve o desenvolvimento de um protocolo fácil para converter diretamente o solo vermelho amplamente difundido no sul da China para fabricar o material compósito de zeólita do tipo Fe2O3/FAU. Por este método, o abundante recurso do solo foi transformado com sucesso no material compósito zeólita de alto valor sob condições de uma temperatura relativamente baixa e curto tempo de reação para remoção de metais pesados (loid). No entanto, o método hidrotermal tradicional utilizado pode não ser eficiente e ecológico o suficiente em comparação com outras abordagens sintéticas de zeólitas, como a abordagem livre de solvente26 ou a abordagem assistida por micro-ondas27. No futuro, pode ser expandido ainda mais para a remediação de água poluída por metais pesados e solo para finalmente alcançar a estratégia "solo para remediação do solo"6.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Os autores não têm conflitos de interesse a divulgar.

Acknowledgments

Este trabalho foi apoiado financeiramente pelos Fundos de Ciências Naturais para Jovens Acadêmicos Distintos da Província de Guangdong, China, No. 2020B151502094; Fundação Nacional de Ciências Naturais da China, No. 21777045 e 22106064; Fundação da Comissão de Ciência, Tecnologia e Inovação de Shenzhen, China, JCYJ20200109141625078; Projeto de inovação juvenil 2019 das universidades e faculdades de Guangdong, China, No. 2019KQNCX133 e um fundo especial para a estratégia de inovação científica e tecnológica da Província de Guangdong (PDJH2021C0033). Este trabalho foi patrocinado pelo Laboratório Chave de Ciência Interfacial e Engenharia de Materiais de Shenzhen (No. ZDSYS20200421111401738), Laboratório Chave Provincial de Guangdong de Controle de Poluição do Solo e Águas Subterrâneas (2017B030301012) e Laboratório Chave de Proteção Ambiental do Estado de Controle Integrado de Poluição de Águas Superficiais e Subterrâneas. Em particular, reconhecemos o apoio técnico das Instalações de Pesquisa Básica do SUSTech.

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

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Qin, G., et al. Soil heavy metal pollution and food safety in China: Effects, sources and removing technology. Chemosphere. 267, 129205 (2021).
  2. 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).
  3. 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).
  4. 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).
  5. 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).
  6. 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).
  7. 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).
  8. 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).
  9. 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).
  10. 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).
  11. 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).
  12. Borel, M., et al. SDA-free hydrothermal synthesis of high-silica ultra-nanosized zeolite Y. Crystal Growth & Design. 17 (3), 1173-1179 (2017).
  13. 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).
  14. 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).
  15. 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).
  16. 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).
  17. 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).
  18. 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).
  19. 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).
  20. Belviso, C., et al. Red mud as aluminium source for the synthesis of magnetic zeolite. Microporous and Mesoporous Materials. 270, 24-29 (2018).
  21. Baerlocher, C. Database of zeolite structures. , Available from: www.iza-structure.org/databases (2017).
  22. 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).
  23. 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).
  24. Wang, X., et al. Synthesis of substrate-bound Au nanowires via an active surface growth mechanism. Journal of Visualized Experiments. (137), e57808 (2018).
  25. 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).
  26. 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).
  27. 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).

Tags

Ciências Ambientais Edição 184
Reciclagem de Recursos de Solo Vermelho para Sintetizar Material Compósito de Zeólita do Tipo Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub>/FAU para Remoção de Metais Pesados
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Chu, Z., Liang, J., Yang, D., Li,More

Chu, Z., Liang, J., Yang, D., Li, J., Chen, H. Resource Recycling of Red Soil to Synthesize Fe2O3/FAU-type Zeolite Composite Material for Heavy Metal Removal. J. Vis. Exp. (184), e64044, doi:10.3791/64044 (2022).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter