양이온 염료의 효과적인 선택적 흡착을 위한 표면 기능화된 자기 나노복합체의 손쉬운 합성

초록

새로운 자성 나노 흡착제, 폴리카테콜 변성 Fe₃ O₄ 자성 나노입자(Fe₃ O₄ /PCC MNPs)는 철염과 카테콜 용액을 전구체로 사용하여 손쉬운 화학적 공침법으로 제조했습니다. Fe₃ O₄ /PCC MNPs는 산소 함유 그룹이 있는 음으로 하전된 표면을 소유하고 물에서 양이온성 염료를 제거하기 위해 강력한 흡착 용량과 빠른 흡착 속도를 보여주었습니다. 메틸렌 블루(MB), 양이온 청록색 GB(GB), 말라카이트 그린(MG), 크리스탈 바이올렛(CV) 및 양이온성 핑크 FG(FG)의 흡착 용량은 60.06mg g^{− 1} 입니다. , 70.97mg g^{− 1} , 66.84mg g^{− 1} , 66.01mg g^{− 1} 및 50.27mg g^{− 1} , 각각. Fe₃에 대한 양이온 염료의 흡착 등온선 및 흡착 동역학 분석에 의해 흡착 메커니즘이 제안되었습니다. O₄ /PCC 다국적 기업. 또한 접촉 시간, pH 값, 온도, 공존하는 양이온 이온 및 이온 강도의 함수로 MNP에 흡착된 양이온 염료도 조사했습니다. 이 결과는 Fe₃ O₄ /PCC MNPs는 폐수 처리에서 양이온성 염료의 선택적 흡착을 위한 자기 흡착제로 사용될 것으로 기대됩니다.

<섹션 데이터-제목="배경">

배경

인간 활동에 의해 생성된 무기 및 유기 폐기물은 인간과 다른 생물체의 건강을 위협하는 다량의 오염된 물을 초래했습니다[1]. 수질오염은 오늘날 인류사회의 발전을 저해하는 가장 심각한 환경문제 중 하나이다[2, 3]. 특히, 염료 오염물질은 가시성이 높고 생물학적 유기체 및 생태계에 미치는 독성 영향으로 인해 대중의 큰 관심을 불러일으켰습니다[4]. 유기 염료는 섬유, 종이, 인쇄, 컬러 사진, 제약 산업, 가죽, 화장품, 플라스틱 및 기타 산업과 같은 다양한 산업 분야에서 광범위하게 사용되어 주요 산업 폐수 발생원이었습니다[5]. 염료폐수의 양은 매우 많고, 일반적으로 섬유공정의 각 단계에서 배출되는 폐수의 양은 제품의 40L/kg~65L/kg 정도의 높은 비율이다[6]. 또한 염료는 합성 기원과 복잡한 방향족 구조로 인해 다양한 조건에서 안정적으로 유지되는 비생분해성 물질입니다[7]. 따라서 환경에 배출되기 전에 폐수에서 염료를 제거하는 적절한 방법을 선택하는 것이 필요합니다.

최근 몇 년 동안 광촉매 분해[8], 응고[9], 전기화학적 공정[10], 화학적 산화[11], 막여과[12], 생물학적 처리[13] 등 염료 폐수 처리에 다양한 기술이 사용되었습니다. 및 흡착 [14]. 이러한 염료폐수 처리 기술 중 흡착은 단순성, 고효율 및 경제성의 장점으로 인해 널리 사용되어 왔다[15, 16]. 활성탄, 카올린, 몬모릴로나이트 점토, 폐적니, 풀러 흙 및 소성 점토와 같은 많은 흡착제가 폐수를 탈색시키는 것으로 보고되었습니다[17, 18]. 특히 자성 나노입자(MNP)는 고유한 자기 특성, 저렴한 비용, 생체 적합성, 용이한 합성, 용이한 재활용, 특히 경제적이고 환경 친화적인 특성으로 인해 유기 염료 및 중금속의 흡착 재료로서 상당한 주목을 받고 있다[19]. 자성 Fe₃를 합성하기 위한 여러 방법이 개발되었습니다. O₄ i) 염기 존재 하에 제1철 및 제2철 수용액의 공침을 포함하는 나노입자[20]; ii) 철 착물의 열분해[21]; iii) 초음파화학 접근법[22].

높은 표면 에너지와 고유한 자기 상호작용으로 인해 Fe₃의 쉬운 응집 O₄ MNP는 수용액에서 표면/부피 비율과 분산 안정성을 감소시킵니다[23]. 계면 활성제, 지지체, 산화물 또는 고분자 화합물과 같은 안정제는 Fe₃를 수정하는 데 사용되었습니다. O₄ MNP는 안정성을 높이고 분산성을 향상시킵니다. Zhang et al. 합성 자기 Fe₃ O₄ /C 코어 쉘 나노 입자는 염료 제거를 위한 우수한 흡착 능력을 수행하는 흡수제로 사용됩니다[24]. Wang et al. 준비된 Fe₃ O₄ 콩고 레드(CR) 및 메틸렌 블루(MB)의 흡착 제거를 위한 세틸트리메틸암모늄 브로마이드(CTAB) 보조제가 있는 나노입자[25]. 또한, 베어 Fe₃의 흡착 용량 O₄ MNP는 충분히 강력하지 않습니다.

흡착 특성을 향상시키기 위해 Fe₃의 표면 기능화 O₄ MNP가 연구되었습니다. Zhang et al. 수정된 Fe₃ O₄ 3-글리시독시프로필트리메톡시실란(GPTMS) 및 글리신(Gly)을 포함하는 MNP인 자기 나노복합체는 가혹한 환경(고산성 또는 강알칼리성)에서 음이온성 및 양이온성 염료를 모두 탁월하게 제거할 수 있습니다[26]. 또한, 많은 수의 활성 부위의 도입으로 인해 오염 물질의 농축을 위해 선택적 흡착을 크게 향상시킬 수 있습니다. Fourjavadi et al. 수성 매질에서 음이온성 염료를 효율적으로 제거하기 위한 폴리(메틸아크릴레이트)의 새로운 기능화된 자기 나노복합체를 보고했습니다[27]. Fe(III)[28,29,30]에 의해 촉매되는 카테콜의 중합으로 생성된 폴리카테콜은 독특한 열적, 구조적 특성으로 인해 광범위한 유기 및 무기 재료에 걸쳐 접착제 및 코팅제로 표면 개질에 활용되었습니다. , 그리고 금속 산화물과 안정한 착물을 형성하는 능력 [31, 32]. Fe₃ O₄ 폴리카테콜로 변형된 MNP는 Fe₃의 흡착 능력을 크게 증가시킵니다. O₄ 다국적 기업. 그러나 폴리카테콜 변형 Fe₃에 대한 보고는 없습니다. O₄ 염료 제거를 위한 흡수제로서의 MNPs.

이 연구에서 폴리카테콜은 Fe₃를 수정했습니다. O₄ MNP(Fe₃ O₄ /PCC MNPs)는 손쉬운 공침법으로 제조되었으며 염료 제거용 흡착제로 사용되었습니다. 흡수제는 자기 히스테리시스 루프, 열중량 분석 및 제타 전위 분석 기술을 사용하여 특성화되었습니다. 메틸렌 블루(MB), 양이온 청록색 GB(GB), 말라카이트 그린(MG), 크리스탈 바이올렛(CV) 및 양이온성 핑크 FG(FG)를 포함한 5가지 종류의 양이온 염료가 흡착을 노출시키는 모델 화합물로 선택되었습니다. Fe₃의 행동 O₄ /PCC 다국적 기업. 흡착 역학, 등온선 분석 및 양이온 염료 제거에 대한 다양한 실험 조건의 영향도 조사되었습니다.

방법

자료

염화 제2철(FeCl₃ ·6H₂ O), 황산제1철(FeSO₄ ·7H₂ O), 수산화암모늄(NH₃ ·H₂ O, 25%), MB, GB, MG, CV, FG, Orange ΙΙ, Fuchsin, 메틸 오렌지(MO) 및 카테콜은 중국 쓰촨성 청두에 있는 Chuandong Chemical Inc.에서 입수했습니다. 모든 화학 물질은 분석 등급이었고 추가 정제 없이 사용되었으며 모든 용액 및 현탁액은 탈이온수로 제조되었습니다. MB, GB, MG, CV 및 FG를 포함한 5가지 양이온성 염료의 구조는 그림 1에 나와 있습니다.

<그림>

(a의 분자 구조 ) MB(b ) GB(c ) MG (d ) 이력서(e ) FG. 그림 1과 같이 5가지 양이온 염료의 구조를 설명한다.

Fe의 준비 및 특성₃ O₄ /PCC MNP

Fe₃ O₄ /PCC MNP는 철염과 카테콜을 전구체로 사용하는 손쉬운 화학적 공침법으로 제조되었습니다[23]. 전체 합성 과정은 주변 분위기에서 수행되었습니다. 간단히 말해서, FeCl₃ ·6H₂ O(10mmol) 및 FeSO₄ ·7H₂ O(5mmol)를 75mL의 탈이온수에 녹인 다음 75mL의 카테콜(20mM)과 충분히 혼합합니다. 철 용액(pH 2.87)에 카테콜을 혼합하면 Fe³⁺ 에 의해 촉매되는 카테콜의 중합 검은색의 거친 침전물인 폴리카테콜을 형성합니다[30]. 동시에 Fe³⁺ 이온은 착화를 통해 폴리카테콜에 화학적으로 흡착되어 핵형성 전구체 역할을 합니다. 혼합물을 30분 동안 방치한 다음 100mL의 수산화암모늄(3.3M)에 빠르게 첨가하고 격렬한 교반 하에 120분 동안 숙성시켰다. 자성 나노 입자는 제자리에서 성장하여 폴리카테콜 사슬의 표면에 응집체를 형성했습니다. Fe₃ 커플 O₄ /PCC 체인이 서로 밀접하게 결합되어 Fe₃를 형성합니다. O₄ /PCC 다국적 기업. 전체 합성 공정은 보호 분위기 없이 주변 분위기에서 수행되었습니다. 흑색 자성 나노입자를 외부 자석으로 분리하고 pH가 중성이 될 때까지 탈이온수로 세척하고 50°C의 진공 오븐에서 24시간 동안 건조시켰다. Fe₃ O₄ 카테콜을 첨가하지 않고 위에서 언급한 것과 동일한 절차로 MNP를 합성하였다. 모든 제품은 추가 실험을 위해 주위 온도에서 데시케이터에 보관되었습니다.

자기 특성 측정 시스템(MPMS XL-7, Quantum Design, America)을 사용하여 상온에서 자기 특성을 측정하였다. N₂에서 TGA/DSC 1 열중량 분석기(TGA)(Mettler-Toledo, Switzerland)를 사용하여 분말 샘플에 대해 열중량 분석(TGA)을 수행했습니다. 5°C min^{− 1} 가열 속도의 환경 . 다양한 pH에서 촉매 현탁액의 제타 전위는 Malvern 3000 Zetasizer로 측정되었습니다.

일괄 흡착 실험

25mg의 Fe₃를 흔들어 흡착 등온선 실험을 수행했습니다. O₄ /PCC MNPs in 25mL solution in 25mL solution in 0.02mM ~ 0.4mM의 초기 흡착질 농도 혼합물을 평형에 도달할 때까지 30°C의 제어된 온도에서 180rpm으로 진탕기에서 계속 진탕했습니다. 용액 pH는 1.0M H₂를 사용하여 조정되었습니다. SO₄ 또는 1.0M NaOH 용액. 흡착 후 용액에서 흡착제를 자력으로 분리한 후 상층액을 UV-vis 분광광도계로 각 염료의 최대 흡광도에서 측정하였다.

또한, 공정의 흡착 동역학을 연구했습니다. 100mg Fe₃ O₄ /PCC MNP를 흡착물의 100mL 0.1mM 용액에 현탁한 다음 pH 6.0 및 30°C에서 180rpm으로 진탕했습니다. 다른 시간 간격으로 0.5mL의 현탁액 샘플을 꺼내 즉시 외부 자력에 의해 분리하고 분석을 위해 상등액을 수집했습니다.

양이온 염료의 흡착에 대한 pH 값과 온도의 영향도 연구되었습니다. 일반적인 배치 흡착 실험은 다음과 같이 수행되었습니다. 50.0mg의 Fe₃ O₄ /PCC MNPs를 50.0mL의 양이온성 염료 용액에 분산시킨 다음 180rpm의 속도로 진탕기에서 진탕했습니다.

모든 흡착 실험은 이중으로 수행되었습니다. 흡착 시스템에서 각 염료의 흡착 용량, q_e 는 식에 따라 계산되었습니다. (1):

$$ {q}_e=\left({C}_i-{C}_e\right)\ V/{M}_s $$ (1)

q 위치 _e (mg g^{− 1} )는 흡착 용량, C _e (mM)은 수상의 평형 농도, Ci (mM)은 초기 수상 농도, V (L)은 용액의 부피이고 M _s (g)는 고체 흡착제의 질량입니다.

결과 및 토론

Fe의 특성₃ O₄ /PCC MNP

그림 2a는 Fe₃에 대해 실온에서 결정된 자기 히스테리시스 루프를 보여줍니다. O₄ 및 Fe₃ O₄ /PCC 다국적 기업. Fe₃의 포화 자화 값 O₄ /PCC MNP는 53.5 emu g^{− 1} 였습니다. , Fe₃보다 높음 O₄ (49.6 emu g^{− 1} ), 외부 자기장에 의해 쉽게 분리될 수 있음을 시사한다[33]. 입자 크기, 스핀 캔팅 현상, 크기 효과 등은 페라이트 나노 입자의 포화 자화와 관련이 있다[34]. 폴리카테콜의 변형은 Fe₃를 만듭니다. O₄ /PCC MNP는 결정화가 훨씬 더 높고 Fe₃보다 입자 크기가 더 작습니다. O₄ Fe₃의 더 높은 포화 자화를 초래할 수 있는 MNP O₄ Fe보다 /PCC MNP₃ O₄ 다국적 기업. 또한, 준비된 Fe₃의 더 높은 포화 자화 O₄ /PCC MNP는 또한 "죽은 표면"이라고도 하는 표면 효과에 기인할 수 있습니다. 죽은 표면은 표면 스핀의 무질서와 관련이 있습니다[35].

<그림>

아 Fe₃의 자화 거동 O₄ MNP 및 Fe₃ O₄ /PCC MNPs at 실온. ㄴ Fe₃의 열중량 측정(TGA) 곡선 O₄ MNP 및 Fe₃ O₄ /PCC 다국적 기업. ㄷ Fe₃의 제타 전위 O₄ /PCC 자성 나노입자. 그림 2에서 빈 줄은 Fe₃의 성질을 나타냅니다. O₄ MNP 및 빨간색 선은 Fe₃의 속성을 나타냅니다. O₄ /PCC 다국적 기업

Fe₃의 열적 거동 O₄ 및 Fe₃ O₄ /PCC MNP는 열중량 분석(TGA)에 의해 추가로 조사되었습니다(그림 2b). Fe₃의 TGA 곡선의 경우 O₄ MNP, 150°C 미만의 무게 손실(6.5%)은 물리적으로 흡착된 물의 손실로 인한 것입니다. Fe₃ 곡선의 경우 O₄ /PCC MNPs, 150°C 미만의 중량 손실(5.2%)은 물리적으로 흡착된 수분의 손실로 인한 것이고, 중량 손실(9.4%)은 150°C에서 400°C의 산소 함유 기능의 손실로 인한 것입니다. 그룹에서 400°C에서 800°C로의 중량 감소(6.8%)는 주로 탄소 연소에 기인했으며 800°C 이상에서 약간의 중량 증가(2.3%)는 Fe_{3의 산화로 인한 것입니다.} O₄ 에 γ-Fe₂ O₃ [36]. Fe₃ O₄ /PCC MNP는 Fe보다 낮은 열 안정성을 나타냄₃ O₄ , 폴리카테콜의 변형으로 인해 [37].

그림 2c는 Fe₃의 제타 전위를 보여줍니다. O₄ 및 Fe₃ O₄ 다양한 pH 값에서 /PCC 현탁액. 그림 2c와 같이 Fe₃의 등전점은 O₄ Fe₃의 표면이 4.2인 반면 O₄ /PCC MNP는 3.0-10.0의 pH 범위에서 음전하를 띠는데, 이는 폴리카테콜에 있는 페놀성 수산기의 전기음성도 때문일 수 있습니다. 또한, Fe₃의 표면 전하 밀도 O₄ /PCC MNPs는 pH가 3.0에서 10.0으로 증가함에 따라 증가했습니다. Fe₃의 음전하 O₄ /PCC MNP는 또한 나노입자가 뭉치는 것을 방지했습니다.

Fe의 선택적 흡착₃ O₄ /PCC MNP

Fe₃의 흡착 특성 O₄ 양이온 염료, 음이온 염료 및 수용액에서 페놀에 대한 /PCC MNP를 자세히 조사했습니다. 그림 3은 양이온 염료의 일종인 MB, 음이온 염료의 일종인 MO, Fe3에 흡착된 페놀의 제거 효율을 보여줍니다. O₄ /PCC 다국적 기업. MB의 제거 효율은 75.7%인 것으로 관찰되었다. 그러나 MO의 제거효율은 10.9%, 페놀의 제거효율은 1.5%에 불과하였다. 결과는 Fe₃ O₄ /PCC MNP는 정전기적 상호작용으로 인해 양이온성 염료를 선택적으로 흡착합니다(그림 2c).

<그림>

Fe₃에 흡착된 MB, MO 및 전화의 제거 효율 O₄ /PCC 다국적 기업. 그림 3과 같이 빈 선은 MB 제거 효율, 빨간색 선은 MO 제거, 파란색 선은 음소 제거

양이온 염료의 흡착 동역학

Fe₃에 대한 5가지 양이온 염료의 흡착 동역학 O₄ /PCC MNP는 두 가지 운동 모델, 즉 유사 1차 모델과 유사 2차 모델을 사용하여 연구되었습니다(그림 3). 유사 1차 운동 모델에서 염료 흡착 속도 상수는 [38]로 표현됩니다.

$$ Ln\left({q}_e-{q}_t\right)=\mathit{\ln}\left({q}_e\right)\hbox{--} {k}_1\ t $$ ( 2)

여기서 q _e 및 q _그 흡착된 염료의 양(mg g^{− 1} ) 평형 상태 및 시간 t (분), 각각 및 k ₁ 유사 1차 흡착의 속도 상수(min^{− 1} ).

유사 2차 운동 모델은 공식 [39]로 설명됩니다.

$$ t/{q}_t=1/{k}_{ad}\ {q_e}^2+ 1/{q}_e $$ (3)

q 위치 _e 및 q _그 각각 평형 및 시간 t에서 흡착된 염료의 양 (mg g^{− 1} ); 그리고 k _광고 흡착 과정에 대한 유사 2차 속도 상수(mg g^{− 1} 최소^{− 1} ). 각 모델의 매개변수 값은 선형 최소제곱법으로 계산되었으며 상관 계수는 표 1에 나와 있습니다. 결과는 Fe₃에 대한 이 5가지 양이온 염료의 모든 흡착 동역학을 보여줍니다. O₄ /PCC MNP는 높은 상관 계수(R² > 0.997) 및 속도 상수(k _광고 ) 0.043, 0.047, 0.051, 0.057, 0.052 g mg^{− 1} 으로 계산되었습니다. mL^{− 1} , 각각 MB, GB, MG, CV 및 FG에 해당합니다(그림 4 및 표 1). 또한 Fe₃에 대한 MB의 흡착 용량 O₄ /PCC MNP는 Fe₃에 비해 크게 개선되었습니다. O₄ MNP(추가 파일 1:그림 S1). 주된 이유는 양이온 염료의 양전하와 Fe₃의 음전하 사이의 정전기적 인력이었습니다. O₄ /PCC 다국적 기업.

<그림>

Fe₃에 양이온 염료의 흡착 O₄ /PCC MNP(a ) 유사 2차 동역학(b ) 유사 1차 동역학. 그림 4와 같이 빈 선은 MB의 흡착, 빨간색 선은 GB의 흡착, 파란색 선은 MG의 흡착, 마젠타는 CV 흡착, 올리브는 흡착을 나타냅니다. FG

다양한 양이온 염료의 흡착 등온선

흡착 등온선은 Fe₃의 흡착 특성을 평가하는 데 중요한 역할을 했습니다. O₄ /PCC MNP[40]. 흡착 과정을 철저히 묘사하기 위해 두 개의 잘 알려진 등온식 방정식, Langmuir 및 Freundlich 방정식(Eqs. (4) 및 (5))이 적용되었습니다[41].

랭뮤어 방정식:

$$ {C}_e/{q}_e={C}_e/{q}_m+ 1/{K}_L\ {q}_m $$ (4)

여기서 q _e (mg g^{− 1} )는 흡착제에 대한 염료의 평형 흡착 용량입니다. C _e (mg L^{− 1} )은 용액의 평형 염료 농도입니다. q _m (mg g^{− 1} ), 흡착제의 최대 용량; 및 K _엘 (L mg^{− 1} ), 랭뮤어 상수.

Freundlich 방정식:

$$ {q}_e={K}_F\ {C_e}^{1/n} $$ (5)

q 위치 _e 및 C _e 위와 동일하게 정의됩니다. 케이 _F (L mg^{− 1} )는 Freundlich 상수입니다. n은 이질성 요인입니다.

그림 5는 Fe₃에 대한 양이온 염료의 흡착 등온선을 보여줍니다. O₄ /PCC 다국적 기업. 결과는 5가지 양이온 염료의 흡착이 상관계수에 따라 Freundlich 방정식보다 Langmuir 방정식에 모두 더 잘 맞는다는 것을 나타내었다. 최대 흡착 용량(q _m ) 이러한 염료의 경우 표 2에 나열된 Langmuir 방정식으로 계산되었습니다. q _m 양이온 염료:MB, GB, MG, CV 및 FG는 60.06, 70.97, 66.84, 66.01 및 50.27mg g^{− 1} 이었습니다. , 각각. 적합된 Langmuir 모델은 흡착제의 단일 위치에 결합된 단일 오염물질과 흡착제의 모든 표면 위치가 오염물질에 대해 동일한 친화도를 가지며 오염물질 사이의 상호작용이 없다고 가정했습니다[42].

<그림>

아 Fe₃에 대한 양이온 염료 흡착의 등온선 O₄ /PCC MNP(b ) 랭뮤어 및 (c ) Fe₃에 의한 유기 염료에 대한 Freundlich 흡착 등온선 모델 O₄ /PCC 다국적 기업. 그림 5와 같이 빈 선은 MB의 흡착, 빨간색 선은 GB의 흡착, 파란색 선은 MG의 흡착, 마젠타 선은 CV 흡착, 올리브색 선은 FG의 흡착

양이온 염료 흡착에 대한 온도의 영향

양이온 염료의 흡착에 대한 온도의 영향은 그림 6에 나와 있습니다. MB의 제거 효율은 온도 상승(30–45 °C)에 따라 증가했으며 45 °C에서 최대 84%에 도달했습니다. , 이는 Fe₃에 대한 MB의 흡착을 제안했습니다. O₄ /PCC는 흡열 과정이었습니다. GB와 CV의 제거 효율은 온도가 상승함에 따라 감소하는 반면, GB와 CV의 흡착에 대한 발열 반응을 시사하여 흡착 과정이 주로 물리적 흡착임을 나타냅니다. 또한, 반응 온도는 WG 및 FG의 흡착에 거의 영향을 미치지 않았다. 5가지 양이온 염료의 흡착에 대한 반응 온도의 영향은 주로 염료의 구조와 MNP의 구멍이 다르기 때문에 달랐습니다. MNP의 구멍이 너무 작아서 들어갈 수 없을 때 흡착물 분자는 구멍에 들어가기 위해 높은 장벽을 넘어야 합니다. 구멍이 작고 확산이 차단되기 때문에 흡착 과정이 더 불안정하여 더 높은 에너지가 발생하고 과정은 흡열입니다. 그렇지 않으면 프로세스가 발열됩니다.

<그림>

Fe₃에 대한 양이온성 염료의 흡착에 대한 온도의 영향 O₄ /PCC 다국적 기업. 그림 6과 같이 빈 선은 온도가 30°C, 빨간색 선은 온도가 40°C, 파란색 선은 온도가 45°C임을 나타냅니다.

양이온 염료 흡착에 대한 pH의 영향

수용액의 pH는 흡착제의 표면 전하와 흡착제와 염료의 이온화 거동에 영향을 미치기 때문에 염료 흡착 과정에 영향을 미치는 중요한 인자이다[43]. 양이온성 염료 제거에 대한 pH의 영향은 30°C에서 0.1mM의 염료 농도와 3.0~9.0의 pH 값에서 연구되었습니다. 그림 7과 같이 pH 값이 증가함에 따라 양이온 염료의 제거 효율이 증가하였다. Fe₃ O₄ /PCC MNP는 음전하를 가지며 pH가 높을수록 표면 전하 밀도가 증가합니다(그림 2c). 양이온 염료는 Fe₃에 흡착되었습니다. O₄ 양이온 염료 분자의 양전하와 Fe의 음전하 사이의 정전기적 인력을 통한 /PCC MNPs₃ O₄ /PCC 다국적 기업. pH가 증가함에 따라 Fe₃의 음으로 대전된 표면 사이의 정전기적 인력 O₄ /PCC복합체와 양이온염료 분자가 증가하여 양이온염료의 흡착능력이 증가합니다. 따라서, 상승된 pH는 Fe₃에 의한 양이온성 염료의 제거를 도왔습니다. O₄ /PCC 다국적 기업.

<그림>

Fe₃에 대한 양이온 염료 제거에 대한 초기 pH의 영향 O₄ /PCC MNP의 온도는 30°C입니다. 그림 7과 같이 빈 선은 용액의 pH가 3.0, 빨간색 선은 용액의 pH가 6.0, 파란색 선은 용액의 pH가 9.0임을 나타냅니다.

MB 흡착에 대한 공존 양이온의 영향

염료 유출물에는 항상 다양한 공존 이온이 포함되어 있어 염료 흡착 과정에 영향을 미칠 수 있습니다[4]. 이 연구에서 일반적으로 공존하는 세 가지 염인 NaCl, MgSO₄ 및 FeCl₃ Fe₃에 대한 MB 흡착에 대한 공존 양이온 및 이온 강도의 영향을 연구하기 위해 선택되었습니다. O₄ /PCC MNPs는 Fig. 8에 제시되어 있다. , 마그네슘²⁺ 및 Fe³⁺ Fe₃의 흡착 부위에서 양이온과 MB 간의 경쟁 흡착으로 인해 모두 억제된 MB 흡착 O₄ /PCC 다국적 기업. 또한, MB 제거 효율은 Fe³⁺ 사용 시 63%에서 20%로 감소했습니다. 농도가 0.1mM에서 0.5mM으로 증가합니다. 이러한 경쟁적 흡착은 문헌[44]에 널리 보고되었습니다. 결과는 Fe₃에 대한 MB의 정전기 흡착을 추가로 확인했습니다. O₄ /PCC 다국적 기업.

<사진>

Fe₃에 대한 MB 흡착에 대한 공존 양이온 및 이온 강도의 영향 O₄ /PCC 다국적 기업. 그림 8에서 볼 수 있듯이, 빈 선은 공존하는 이온 없이 MB의 흡착을 나타내고, 빨간색 선은 10mM NaCl을 사용한 MB 흡착에 대한 영향을 나타내고, 파란색 선은 50mM NaCl을 사용한 MB 흡착에 대한 효과를 나타냅니다. 선은 10mM MgSO₄를 사용한 MB 흡착 효과를 나타냅니다. , 올리브 라인은 50mM MgSO₄를 사용한 MB 흡착 효과를 나타냅니다. , 네이비 라인은 0.1mM FeCl₃을 사용한 MB 흡착 효과를 나타냅니다. , 보라색 선은 0.2mM FeCl₃을 사용한 MB 흡착 효과를 나타냅니다. , 보라색 선은 0.1mM FeCl₃을 사용한 MB 흡착 효과를 나타냅니다.

흡착제의 재활용

흡착 후 Fe₃ O₄ /PCC MNP는 pH 4.0에서 12시간 동안 에탄올 탈착으로 재생성할 수 있으며 탈이온수로 중성 상태로 세척할 수 있습니다. Fe₃ O₄ /PCC MNP는 5회 재생 및 재사용할 수 있습니다. 그림 9는 재생된 Fe₃의 흡착 성능을 보여줍니다. O₄ /PCC 양이온 염료용 MNP. 양이온 염료의 제거 효율은 1차 흡탈착 주기에서 5차 주기로 갈수록 점차 감소하였다. 여섯 번째 주기에서 MB, GB, MG, CV 및 FG의 제거 효율은 각각 27%, 23%, 37%, 43% 및 39%로 급격히 감소했습니다. 특히, 자성 나노입자의 존재는 흡착제의 분리 및 회수를 용이하게 하였다. Fe₃ O₄ /PCC 다국적 기업은 경제적 타당성이 있습니다.

<그림>

Fe₃에 의한 양이온 염료 제거 효율의 히스토그램 O₄ /PCC MNPs 흡착([Fe₃ O₄ /PCC] =1.0 g L^{− 1} , [염료]₀ =0.1 mM, pH 6.0, t =300 분)

결론

결론적으로 새로운 자성 나노 흡착제(Fe₃ O₄ /PCC MNPs)는 수용액에서 양이온성 염료를 제거하기 위한 활성 흡착 부위로 성공적으로 준비되었습니다. Fe₃ 구조에 폴리카테콜 도입 O₄ /PCC MNP는 나노입자가 뭉치는 것을 방지하고 MNP의 흡착 거동을 개선하는 등 놀라운 이점을 수행했습니다. 정전기적 상호작용은 양이온성 염료에 대한 흡착 거동의 주된 힘인 것으로 밝혀졌다. 흡착 과정은 각각 유사 2차 동력학 및 Langmuir 등온선 모델로 잘 설명되어 있습니다. 결과는 Fe₃ O₄ /PCC MNP는 산업 폐수에서 양이온성 염료 제거를 위한 잠재적인 응용을 보여주었습니다.