Subiecte

Abstract

Lucrarea actuală prezentată aici se concentrează pe remedierea mercurului din apă folosind materiale modificate cu costuri reduse. Gropile de date modificate, costurile reduse, etapele minime de pretratare și materialele agricole abundente la nivel local au fost utilizate efectiv ca adsorbant pentru remedierea Hg 2+ din mediul apos. Modificări fizice și chimice au fost dezvoltate, cum ar fi modificările pe bază de prăjire termică (RDP), sulf (SMRDP) și silan (SIMRDP). Rezultatele au arătat că adsorbția maximă prin RDP a fost la pH 6, AC și ambele modificări au fost la pH 4. Mai mult, RDP are mecanism de adsorbție exotermă în timp ce AC, SMRDP și SIMRDP au endotermie. Toți adsorbanții, cu excepția SIMRDP, au un proces de adsorbție spontan. Analiza SEM a arătat că morfologia suprafeței RDP nu a fost afectată semnificativ de diferite tratamente, în timp ce suprafața AC a fost afectată. Investigația pentru adsorbanți buni pentru absorbția Hg 2+ din diferite surse antropice a fost efectuată de mulți anchetatori din întreaga lume pentru a avea un mediu sigur. În studiul actual, cea mai mare adsorbție Hg 2+ a SMRDP a fost relativ ridicată în comparație cu alți adsorbanți cunoscuți.

către

Introducere

Reducerea mercurului din mediu apos este un efort serios de gestionare a mediului, datorită efectelor periculoase ale efectelor pe termen lung sau pe termen scurt cauzate de speciile de mercur (Hg) asupra sănătății umane, precum și asupra ecologiei acvatice 1,2. Mai mult, dezvoltarea industrială rapidă din întreaga lume a provocat o problemă critică de mediu a mercurului în apă, în care Hg (II) a fost clasat ca al șaselea produs chimic toxic din lista compușilor periculoși, considerându-l ca fiind unul dintre cele mai periculoase și omniprezente metale grele din mediu apos 1. Industriile precum industria plasticului, rafinăriile de petrol, industria celulozei, industria cimentului și diverse alte industrii sunt, de asemenea, o sursă de mercur în mediu 3. În plus, celulele cu mercur și lămpile fluorescente pot deveni și o sursă de mercur după utilizare.

Decontaminarea sau recuperarea mercurului prezent în sticlă, pulbere de fosfor și capace finale ale lămpilor fluorescente uzate pot deveni o sursă de mercur în mediu Procentul de recuperare a mercurului depinde de metodele de tratament umed sau uscat utilizate. Colectat și colab. 4, a eliminat 99% din mercur din lămpile fluorescente uzate prin procesul de electroleachare, în timp ce o combinație a procesului electrowinnig a dus la recuperarea a 81% din mercur 5. Mai mult, 95% din mercur a fost recuperat prin combinația procesului fotocatalitic cu soluția de extracție a hipocloritului de sodiu 6. Cercetările noastre anterioare au folosit tehnica asistată de microunde pentru levigarea mercurului de la lămpile fluorescente pentru bioremediere și rezultatele au arătat o eficiență de levigare a mercurului de 76,4% 7 .

Aceste industrii au folosit mai multe metode convenționale diferite pentru îndepărtarea mercurului din apă, cum ar fi schimbul de ioni, filtrarea cu membrană și alte metodologii. Cu toate acestea, în conformitate cu Awual 13, aceste tehnici sunt scumpe datorită cerinței etapei de tratament secundar și totuși pot reduce nivelurile de mercur doar la µg/L în apă 1,2. Avantajele și dezavantajele altor tehnici de îndepărtare a ionilor de mercur sunt prezentate în tabelul 1. Îndepărtarea Hg (II) din apă prin adsorbție a fost considerată cea mai potrivită și mai simplă metodologie dintre celelalte opțiuni de tratament disponibile și selectarea unui adsorbant adecvat care se potrivește Proprietățile ionilor Hg (II) sunt indispensabile pentru a obține capacitatea maximă a procesului de adsorbție.

Gropile de curmale ca deșeuri agricole pot fi utilizate ca adsorbanți eficienți datorită costului lor redus în comparație cu cărbunele activ și a potențialului lor de adsorbție pentru îndepărtarea poluanților. Este de remarcat faptul că palmierul de curmale are o mare importanță în comunitatea din Qatari și Orientul Mijlociu pentru asocierea sa cunoscută cu religia și practicile culturale. Gropile de curmale sunt considerate o deșeuri cu valoare economică zero (cu potențiale probleme de unică folosință) și formează aproximativ 15% din greutatea fructelor de curmale 17. Mai multe studii recente au evidențiat utilizarea potențială a gropilor de curmale în stările sale brute sau modificate pentru remedierea diferitelor metale și poluanți dintr-o varietate de surse Mohammadi și colab. 19, semințe de curmale folosite pentru îndepărtarea metalelor grele, inclusiv Pb, Cd, As și Hg din Cyprinus carpio peștele și rezultatele au arătat concentrații scăzute de metale grele în interiorul peștilor. Mai mult, Al-Ghouti și colab. 17, a investigat utilizarea gropilor de curmale prăjite pentru Br - îndepărtarea din apă și rezultatele ilustrează un mare potențial de adsorbție al adsorbantului. Cu toate acestea, din câte știm, nu există studii care să fi fost făcute anterior cu privire la aplicarea gropilor de dat în îndepărtarea mercurului din mediul apos.

Capacitatea de remediere a gropilor de curmale prăjite (RDP) are nevoie de unele modificări chimice pentru a fi mai eficientă. Aceste modificări chimice includ gropi de curmale prăjite modificate cu sulf (SMRDP) și gropi de curmale prăjite modificate cu silan (SIMRDP) 17.20. Având în vedere abundența mare a gropilor de curmale și problemele sale de unică folosință în Qatar și în multe țări din Peninsula Arabică, este acum nevoie să dezvoltăm potențialul gropilor de curmale într-o tehnică de adsorbție pentru tratarea apei. Prin urmare, obiectivele acestei lucrări sunt formulate ca: (i) modificarea și activarea gropilor de curățare prăjite pentru a produce gropi de curățare prăjite modificate cu sulf (SMRDP) și gropi de curățare prăjite modificate cu silan (SIMRDP); (ii) să caracterizeze adsorbanții nou produși în termeni de microscopie electronică cu scanare (SEM) și spectroscopie cu infraroșu transformat Fourier (FTIR) (iii) să aplice adsorbanții nou produși pentru adsorbția mercurului din apă și să investigheze izotermele lor de adsorbție, și mecanisme și căi de adsorbție.

Materiale și metode

Colectarea și pregătirea adsorbantului

Qatarul datează fructele, Phoenix dactylifera L. au fost obținute de pe piețele locale. Compoziția chimică a gropilor de curmale pe bază de substanță uscată a fost celuloză: 21,2 ± 0,1, hemiceluloză: 28,1 ± 0,1; și lignină: 19,9 ± 0,1% în greutate. Groapa grea a fost singura parte utilizată la prepararea adsorbanților. Pentru a îndepărta murdăria și impuritățile din gropile de curmale, acestea au fost clătite de mai multe ori cu apă distilată, iar apoi excesul de apă a fost îndepărtat prin uscarea gropilor de curmale timp de 2 ore într-un cuptor la 65 ° C. După aceea, gropile de curmale uscate au fost prăjite la 130 ° C timp de 3 ore într-un cuptor pentru a produce gropile de curmale prăjite (RDP). RDP a fost zdrobit și împământat sub formă de pulbere, apoi transferat la o mașină de cafea unde a fost măcinat în continuare pentru a obține dimensiuni ale particulelor, de la particule grosiere la particule fine. Un interval de dimensiune a particulelor (0,250 mm - 0,125 mm) a fost utilizat pe parcursul experimentelor. Mai mult, cărbunele activ comercial (AC) disponibil local a fost folosit ca material de referință, deoarece este utilizat pe scară largă în aplicațiile de remediere și eliminare a mai multor poluanți diferiți.

Pregătirea RDP modificat

Gropi de curmale prăjite modificate cu sulf (SMRDP)

Patruzeci de grame de RDP au fost cântărite și adăugate la 300 cm 3 de NaOH 2 M. Apoi, amestecul a fost agitat într-un incubator cu agitator timp de 4 ore la 30 ° C și 165 RPM. După aceea, la amestec s-au adăugat 20 cm 3 de sulfură de carbon și s-au re-incubat încă 4 ore în aceleași condiții. După aceea, supernatantul a fost spălat cu apă distilată de mai multe ori, decantat și introdus în cuptorul de 70 ° C timp de 24 de ore.

Dale de prăjit modificate cu silan (SIMRDP)

O soluție făcută din 3% mercaptopropiltrietoxi-silan pre-hidrolizat 1,5% Vol a fost adăugată la un mediu de 50/50% Vol etanol/apă cu un pH de 4,5 ajustat cu 5% acid acetic. După aceea, 31 g de RDP au fost cântărite și adăugate la soluție. Apoi, amestecul a fost agitat timp de 3 ore într-un incubator cu agitator la 25 ° C și 165 RPM. După aceea, RDP modificat a fost spălat cu același mediu și introdus în cuptor la 60 ° C.

Caracterizarea adsorbanților

În general, caracterizarea adsorbantă în orice sistem de adsorbție oferă înțelegerea esențială a procesului implicat și a mecanismelor care îl guvernează 17. Prin urmare, caracteristicile suprafeței adsorbanților (AC, RDP, SMRDP și SIMRDP) au fost determinate înainte și după procesul de adsorbție. Spectrele în infraroșu cu transformată Fourier (FTIR) ale adsorbanților au fost înregistrate folosind modelul Perkin Elmer FTIR 2000. Analiza FTIR a fost efectuată pentru a interpreta grupurile funcționale, care au apărut în adsorbanți. Măsurătorile FTIR au fost efectuate peste 4000-400 cm −1. În plus, microscopia electronică cu scanare (SEM) a fost, de asemenea, utilizată pentru a evalua morfologia suprafeței adsorbanților utilizând modelul JEOL JSM-6390LV.

Adsorbția în lot a mercurului

Au fost investigați mai mulți parametri de remediere diferiți, cum ar fi pH-ul (2, 4, 6, 8 și 10), concentrația inițială (0,5-8,0 mg/dm 3) și temperatura (25, 35 și 45 ° C). O 0,05 g de adsorbant (RDP, SMRDP sau SIMRDP) și 50 ml soluție de clorură de mercur (HgCl2) la diferite concentrații inițiale au fost plasate într-o sticlă de sticlă acidificată și au fost agitate la 165 rpm folosind un agitator cu temperatură controlată timp de 48 de ore. Toate probele au fost filtrate și concentrația de Hg 2+ a fost determinată folosind spectrofotometrul de absorbție atomică cu vapori reci (CVAAS). Concentrația de mercur a fost aleasă pe baza concentrației de mercur disponibile în lămpile fluorescente uzate 16 .

Studii termodinamice ale adsorbției cu mercur

Studiile termodinamice ale unui proces de adsorbție sunt foarte importante pentru a determina spontaneitatea procesului de adsorbție. Un criteriu fundamental de spontaneitate este schimbarea de energie liberă a lui Gibb ∆G °. La o temperatură dată, reacția spontană are loc dacă ∆G ° are o valoare negativă. Mai mult, modificarea entalpiei ∆H ° și modificarea entropiei ∆S ° sunt parametri termodinamici necesari. Potrivit lui Tran și colab. 21, parametrii termodinamici de °G °, ∆H ° și ∆S ° au fost calculați din următoarele ecuații:

Unde R este constanta gazului (8.314J/mol K), T este temperatura în Kelvin (K), iar Ka este constanta Langmuir.

Izotermă de adsorbție a adsorbției cu mercur

Relația dintre concentrația de echilibru și capacitatea de adsorbție a echilibrului la o temperatură constantă într-un mediu apos au fost descrise prin izotermele de adsorbție. Patru modele de izotermă au fost utilizate pentru a determina modelul cel mai potrivit pentru procesul de adsorbție, în care datele experimentale de echilibru au fost adaptate la modelele de izotermă Langmuir, Freundlich, Dubinin-Radushkevich și Temkin 22. Formele liniare ale celor patru modele de izotermă de adsorbție, precum și constantele și parametrii de adsorbție sunt prezentate în Tabelul 2.

analize statistice

Datorită faptului că proiectarea experimentală a experimentelor a fost complet randomizată (CRD) și experimentele au fost factoriale, analiza varianței (ANOVA) pentru doi factori a fost utilizată pentru evaluarea relației dintre concentrația inițială și temperatură. Pe de altă parte, studierea efectului pH-ului asupra capacității de adsorbție a ionilor Hg 2+ a fost un experiment cu un singur factor în care temperatura și concentrația au fost constante pe tot parcursul experimentului, ca rezultat, a fost utilizat ANOVA pentru un singur factor.

Rezultate si discutii

Mecanismul de adsorbție

Mai mulți investigatori au identificat interacțiunea Hg 2+ pe suprafețele adsorbante prin interacțiuni chimice 20,23,24,25,26. Aceasta ar include interacțiunea electrostatică, schimbul de ioni și/sau complexarea sau printr-un proces hidrofob, în ​​special pentru HgO. S-a arătat că adsorbanții cu grupe funcționale de oxigen și sulf au fost mai buni în adsorbția Hg 2+ 20. Se poate percepe din rezultatele FTIR că sunt disponibile grupuri funcționale de oxigen și sulf în gropile de date și formele sale modificate. Această constatare este în concordanță cu investigațiile anterioare care au indicat prezența unor grupe funcționale oxigenate în adsorbant care promovează o mai bună adsorbție a Hg 2+ 20,27 .

Celuloza este compoziția principală a PDR cu formula empirică (C6H10O5) n. Mai mult, lignina este o altă componentă a gropilor de curmale brute, procentul său aproximativ fiind de 11,0% în greutate uscată, în timp ce pe RDP poate fi găsit la procentaje cuprinse între 16,9 și 26,2% 6,17,28. Pentru a prepara forma modificată cu disulfură de carbon, RDP este tratat cu NaOH apos pentru a forma „celuloză alcalină”, [C6H9O4-ONa] n. Apoi, celuloza alcalină este tratată cu disulfură de carbon pentru a forma xantat de celuloză de sodiu (SMRDP) așa cum se arată în (3) și Fig. 1.