水酸化鉄を含浸させたカチオン性ポリマーゲルを用いたヒ素の除去
Summary
本研究では、地下水からヒ素を吸着するカチオン性N、N-ジメチルアミノプロピラクリラアミドメチル塩化メチル塩化メチル(DMAPAAQ)ポリマーゲルと水酸化鉄からなる吸着剤を用意した。ゲルは、その構造内の鉄粒子の最大含有量を確保するように設計された新しい方法を介して調製されました。
Abstract
本研究では、地下水からヒ素を吸着するように設計された構造で水酸化鉄を含むカチオン性ポリマーゲルからなる吸着剤を用意した。選択したゲルは、N,N-ジメチルアミノプロピラクリラアミドメチル塩化メチル(DMAPAAQ)ゲルであった。我々の調製方法の目的は、ゲルの構造における水酸化鉄の最大含有量を確保することにあった。この設計アプローチにより、ゲルのポリマー構造と水酸化鉄成分の両方による同時吸着が可能となり、材料の吸着能力が高まり、材料の吸着能力が高まり、材料の吸着能力が向上しました。ゲルの性能を調べるために、反応動態を測定し、pH感度と選択性分析を行い、ヒ素吸着性能を監視し、再生実験を行った。ゲルは化学吸収プロセスを経て、10時間で平衡に達すると判断した。さらに、ゲルは中性pHレベルで効果的にヒ素を吸着し、複雑なイオン環境で選択的に、1.63 mM/gの最大吸着容積を達成した。ゲルは87.6%の効率で再生することができ、NaClは有害なNaOHの代わりに脱着に使用することができる。一緒に、提示されたゲルベースの設計方法は、高性能ヒ素吸着剤を構築するための効果的なアプローチです。
Introduction
水質汚染は環境に大きな懸念を抱き、ヒ素などの汚染物質を廃棄物から除去する方法を開発する動機付けとなっています1。報告されたすべての方法の中で、吸着プロセスは、重金属除去2、3、4、5、6、7のための比較的低コストのアプローチである。オキシ水酸化鉄粉末は、水溶液8,9からヒ素を抽出するための最も効率的な吸着剤の一つであると考えられている。それでも、これらの材料は、初期の飽和時間および有毒な合成前駆体を含む多くの欠点に苦しんでいる。さらに、これらの吸着剤を長期間使用すると水質に深刻な悪影響があります10.堆積または濾過などの追加の分離プロセスは、汚染された水を浄化するために必要とされ、これはさらに8、11の生産コストを増加させる。
近年、カチオン性ヒドロゲル、ミクロゲル、クライオゲルなどのポリマーゲルを開発し、効率的な吸着性を実証しています。例えば、カチオン性クライオゲルにより96%のヒ素除去率が達成され、ポリ(3-アクリルミドプロピル)トリメチル塩化アンモニウム[p(APTMACl)]12。さらに、pH9では、このカチオン性ヒドロゲル13により約99.7%の除去効率が達成された。pH4では、最大ヒ素吸着能力の98.72mg/gがマイクロゲルによって達成され、トリス(2-アミノエチル)アミン(TAEA)およびグリセロルディグリシジルエーテル(GDE)、p(TAEA-co-GDE)14に基づいて達成された。これらのゲルは良好な吸着性能を示したが、中性pHレベルで水からヒ素を効果的に除去することができず、すべての研究環境における選択性は15であった。Fe(III)-Sn(IV)混合バイナリ酸化物被覆砂を313Kの温度と716のpHで使用した場合、227mg/gの最大吸着容量を測定した。あるいは、Fe-Zrバイナリ酸化物被覆砂(IZBOCS)もヒ素を除去するために使用され、318 Kで84.75 mg/gの最大吸着能力および717のpHを達成した。他の報告された吸着剤は、低い吸着性能、リサイクル性の欠如、低安定性、高い運用および維持コスト、および合成プロセス4における有害化学物質の使用に苦しんでいます。
ヒ素吸着性能の向上、複雑な環境での高い選択性、リサイクル能力、中性pHレベルでの効率的な活性を備えた材料を開発することで、上記の限界に対処しようとしました。そこで、ヒ素除去の吸着剤として、N、N-ジメチルラミノプロピラクリラミドメチル塩化メチル塩化メチル(DMAPAAQ)ゲル及び鉄(III)水酸化物(FeOOH)粒子のカチオンゲル複合材料を開発した。FeOOHは両方の形態のヒ素18の吸着を増加させるので、FeOOHと私たちのゲルを組み合わせることを選びました。本研究では、当社のゲル複合材料は非多孔質であることを設計し、調製中にFeOOHを含浸させた。次のセクションでは、FeOOHの含有量を最大化するための戦略を含むゲル調製方法の詳細についてさらに説明します。
Protocol
Representative Results
Discussion
私たちの開発された方法の主な進歩は、ゲル複合材料のユニークな設計戦略です。ゲル調製法の目的は、ゲル中の鉄分含有量を最大化することにした。準備中に、FeCl3と NaOH をそれぞれ「イニシエータソリューション」と「モノマー溶液」に追加しました。モノマー溶液をイニシエータ溶液と混合すると、FeCl3とNaOHの間に反応があり、ゲル内でFeOOHを産生した。この現象は、?…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
本研究は、JSPS KAKENHI助成金番号(26420764,JP17K06892)の支援を受けています。国土交通省「建設技術研究開発助成事業」に対する国土交通省の本研究への貢献も認められています。 また、本研究への千本清隆氏の貢献も認めます。広島大学ライティングセンターシニアライティングアドバイザーフェローのアデール・ピトケアス氏も、英語の訂正や提案を認めています。本研究は、第7回IWA-Aspireカンファレンス、2017年、2018年水・環境技術会議で発表されました。
Materials
| 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 |
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