Method Article

수산화철에 침수된 양이온성 폴리머 젤을 이용한 비소 제거

DOI:

10.3791/59728

⸱

June 28th, 2019

 ,  ,  , 
1Department of Chemical Engineering, Hiroshima University

In This Article

Summary

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

이 작품에서, 우리는 지하수에서 비소를 흡착하기위한 양이온 N,N-디메틸아미노 프로필라미드 메틸 염화물 사분수 (DMAPAAQ) 폴리머 젤 및 철 수산화로 구성된 흡착제를 준비했습니다. 겔은 그 구조에서 철 입자의 최대 함량을 보장하도록 설계된 새로운 방법을 통해 제조되었다.

Abstract

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이 작품에서, 우리는 지하수에서 비소를 흡착하도록 설계된 구조에 수산화 철을 포함하는 양이온 폴리머 젤로 구성된 흡착제를 준비했습니다. 우리가 선택한 겔은 N,N-디메틸아미노 프로필라크릴라미드 메틸 염화염 쿼터니(DMAPAAQ) 겔이었다. 우리의 제조 방법의 목적은 겔의 구조에서 수산화 철의 최대 함량을 보장하는 것이었습니다. 이러한 설계 접근법은 겔의 중합체 구조와 수산화철 성분 모두에 의한 동시 흡착을 가능하게 하여 재료의 흡착 능력을 향상시킨다. 겔의 성능을 조사하기 위해 반응 역학을 측정하고, pH 감도 및 선택성 분석을 수행하고, 비소 흡착 성능을 모니터링하고, 재생 실험을 수행했습니다. 우리는 젤이 화학 흡기 과정을 거치고 10 시간에서 평형에 도달한다는 것을 결정했습니다. 또한, 겔은 중성 pH 수준에서 비소를 효과적으로 흡착하고 복잡한 이온 환경에서 선택적으로 흡착하여 최대 흡착 량 1.63 mM/g를 달성했습니다. 젤은 87.6 % 효율로 재생 될 수 있으며 NaCl은 유해한 NaOH 대신 탈착에 사용될 수 있습니다. 종합하면, 제시된 겔 기반 설계 방법은 고성능 비소 흡착제 를 시공하기 위한 효과적인 접근법이다.

Introduction

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수질 오염은 환경문제로, 연구자들이 폐기물 처리기에서 비소와 같은 오염물질을 제거하는 방법을개발하도록 동기를 부여한다 1. 보고된 모든 방법 중에서 흡착 공정은 중금속 제거2,3,4,5,6,7에대해 비교적 저렴한 비용으로 접근한다. 철 옥시 하이드록시드 분말은 수성 용액8,9에서비소를 추출하기위한 가장 효율적인 흡착제 중 하나로 간주됩니다. 여전히, 이러한 재료는 초기 포화 시간 및 독성 합성 전구체를 포함하여 여러 가지 단점으로 고통받고 있습니다. 부가적으로, 이러한 흡착제가 장기간 사용될 때 수질에 심각한 악영향이있다(10). 침전 또는 여과와 같은 추가분리 공정은 오염된 물을 정화하기 위해 필요하며, 이는 생산 비용을 더

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Protocol

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주의: 비소는 매우 독성이 있습니다. 실험 중에는 장갑, 긴소매 의류 및 실험용 고글을 항상 사용하시면 피부와 눈과 비소 용액이 접촉하지 않도록 하십시오. 비소가 몸의 어떤 부분과 접촉하면 비누로 즉시 씻으십시오. 또한 실험이 수행되지 않는 경우에도 귀하와 다른 사람들이 비소와 접촉하지 않도록 정기적으로 실험 환경을 청소하십시오. 비소 노출의 현상은 시간의 긴 기간 후에 나타날 수 있습니다. 장비를 청소하기 전에 먼저 깨끗한 물로 헹구고 물을 비소로 지정된 실험 용 폐기물 용기에 별도로 폐기하십시오. 그런 다음 세제로 장비를 잘 청소하십시오. 환경의 비소 오염을 방지하기 위해 비소 샘플을 폐기하는 동안 예방 조치를 취하십시오. 비소로 지정된 실험 폐기물 용기에 별도로 폐기하십시오. 흡착 또는 탈착 실험이 수행된 후, 겔은 다량의 비소를 함유한다. 따라서, 비소 함유 겔만을 위해 지정된 실험용 쓰레기통에 겔을 별도로 폐기한다.

1. DMAPAQ + FeOOH 젤 복합체합성

  1. 마그네틱 스터지 바가 장착된 20mL 측정 플라스크 2개와 20mL 비커 2개를 건조합니다.
  2. DMAPAAQ (75%), N,N'-메틸렌 비사크라이야드(MBAA), 0.25 g의 아황산나트륨, 1.68 g의 NaOH를 20 mL 비커1개에 2....

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Results

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도 1은 DMAPAQ+FeOOH 겔의 제조를 위한 실험 적 설정을 설명한다. 표 1은 겔의 제조에 관여하는 물질의 조성물을 예시한다.

도 2는 DMAPAQ+FeOOH 겔에 의한 비소의 흡착과의 접촉 시간의 관계를 나타낸다. 도면에서, 비소의 흡착량은 0.5, 1, 3, 7, 11, 24, 및 48h에서 조사되었다. 결과는 비소의 흡착이 10 시간 후에 평형에 도달하고 24 시간 의 흡착 후 비소의 흡착량이 거의 증가하지 않는 것으로 나타났습니다.

그림 3a

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Discussion

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우리가 개발 한 방법의 주요 발전은 젤 복합체의 독특한 디자인 전략입니다. 겔 제제 방법의 목적은 겔 내의 철 분 함량을 최대화하는 것이었다. 준비 과정에서 FeCl3와 NaOH를 각각 "이니시에이터 솔루션"과 "단량체 용액"에 추가했습니다. 단량체 용액을 이니시에이터 용액과 혼합한 후, FeCl 3와 NaOH 사이에 반응이 있었고, 겔 내부에 FeOOH를 생성한다. 이러한 현상은 겔 복합체의 최대 철 함량을 보장했다. 이 방법의 장점에도 불구하고, 겔은 다음과 같은 조건하에서 형성되지 않습니다 : 1) 해결책이 철저하게 혼합되지 않은 경우; 2) FeCl 3의 양이 700 mol/m3를 초과하거나 개미, APS 및 가속기인 아황산나트륨이 더 낮을 때.

젤이 형성되지 않으면 이니시에이터와 가속기를 서서히 추가하고 용액을 완전히 섞습니다. 이니시에이터와 가속기의 양이 너무 높으면 겔의 중합체 구조가 다르.......

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Disclosures

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저자는 공개 할 것이 없다.

Acknowledgements

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이 연구는 JSPS 카켄히 교부금 번호 (26420764, JP17K06892)에 의해 지원되었습니다. '건설기술 연구개발 보조금 제도'를 통해 일본 정부인 국토교통관광부(MLIT)의 공헌도 인정받고 있습니다.  우리는 또한 이 연구에 센모토 기요타카 씨의 공헌을 인정합니다. 히로시마대학 글쓰기센터의 선임 글쓰기 고문인 아델 피트케리(Adele Pitkeathly)도 영어 교정 및 제안에 대해 인정받고 있습니다. 이 연구는 2017년제7회 IWA-Aspire 컨퍼런스와 2018년 수자원 환경 기술 컨퍼런스에서 구두 발표로 선정되었습니다.

....

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Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
N,N' -dimethylamino propylacrylamide, methyl chloride quaternary (DMAPAAQ) (H2O)에서 75%150707
N,N' -메틸렌 비스아크릴아미드(MBAA)Sigma-Aldrich, 미국1002040622
아황산나트륨(Na2SO3)Nacalai Tesque, Inc., 일본31922-25
황산나트륨(Na2SO4)Nacalai Tesque, Inc., 일본31916-15
디소듐 수소 비산 헵타하이드레이트(Na2HAsO4.7H20)Nacalai Tesque, Inc., Japan10048-95-0
염화제이철(FeCl3)Nacalai Tesque, Inc., Japan19432-25
수산화나트륨(NaOH)Kishida Chemicals Corporation, Japan000-75165
암모늄 peroxodisulfate (APS)Kanto Chemical Co. Inc., Japan907W2052
염산 (HCl)Kanto Chemical Co. Inc., Japan18078-01
염화나트륨 (NaCl)Nacalai Tesque, Inc., Japan31320-05

References

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Oremland, R. S., Stolz, J. F. The Ecology of Arsenic. Science. 300 (5621), 939-944 (2003).
  2. Bibi, I., Icenhower, J., Niazi, N. K., Naz, T., Shahid, M., Bashir, S. Chapter 21 - Clay Minerals: Structure, Chemistry, and Significance in Contami....

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