Demir hidroksit ile Emili olan bir cationic polimer jel kullanarak arsenik kaldırılması
Summary
Bu çalışma, biz bir adsorban oluşan hazırlandı cationıc n, n-dimethylamino propylacrylamide metil klorür kuaterner (dmapaaq) polimer jel ve demir hidroksit yeraltı suyundan arsenik adsorat için. Jel, yapısında demir parçacıklarının maksimum içeriğini sağlamak için tasarlanan yeni bir yöntem ile hazırlanmıştır.
Abstract
Bu çalışma, biz yeraltı suyundan arsenik adsorbe için tasarlanmış yapısında demir hidroksit içeren bir cationıc polimer jel oluşan bir adsorban hazırladık. Biz seçilmiş jel n, n-dimethylamino propylacrylamide metil klorür kuaterner (dmapaaq) jel. Hazırlık yöntemimizin amacı, jel yapısında demir hidroksit maksimum içerik sağlamak oldu. Bu tasarım yaklaşımı, jel ve demir hidroksit bileşeni hem polimer yapısı tarafından eşzamanlı adsorpsiyon etkin, böylece, malzemenin adsorpsiyon kapasitesini artırmak. Jel performansını incelemek için, reaksiyon kinetiği ölçüldü, pH duyarlılığı ve seçicilik analizleri gerçekleştirdik, arsenik adsorpsiyon performansını takip ettik ve rejenerasyon deneyleri gerçekleştirdi. Biz jel bir sorpsiyon süreci uğrar ve 10 h denge ulaşır tespit. Dahası, jel, nötr pH düzeylerinde ve seçici olarak kompleks iyon ortamlarında arsenik etkin bir şekilde adsoryat, 1,63 mM/g maksimum adsorpsiyon hacmi elde. Jel% 87,6 verim ile yeniden oluşturulabilir ve NaCl zararlı NaOH yerine desorpsiyon için kullanılabilir. Birlikte alınan jel tabanlı tasarım yöntemi, yüksek performanslı arsenik adsorbents oluşturmak için etkili bir yaklaşımdır.
Introduction
Su kirliliği büyük bir çevre endişesi, araştırmacılar, atık ve1‘ den arsenik gibi kirleticilerin kaldırılması için yöntemler geliştirmek için motive. Bildirilen tüm yöntemler arasında, adsorpsiyon süreçleri ağır metal kaldırma2,3,4,5,6,7için nispeten düşük maliyetli bir yaklaşımdır. Demir oxyhidroksit tozları sulu çözeltiler8,9arsenik ayıklanması için en verimli adsorbanlar biri olarak kabul edilir. Yine de, bu malzemeler erken doygunluk süreleri ve toksik sentetik öncüleri de dahil olmak üzere dezavantajları, bir dizi muzdarip. Ayrıca, bu adsorbanlar uzun bir süre için kullanıldığında su kalitesinde ciddi bir olumsuz etki vardır10. Sedimantasyon veya filtrasyon gibi ek bir ayırma işlemi daha sonra kontamine suyu arındırmak için gereklidir, bu da üretimin maliyetini daha da arttıran8,11.
Son zamanlarda, araştırmacılar katyonik Hidrojeller gibi polimer jelleri geliştirdik, microgels, ve verimli adsorpsiyon özellikleri göstermiştir cryogels. Örneğin,% 96 arsenik kaldırma oranı cationıc cryogel tarafından elde edildi, Poly (3-acrylamidopropyl) trimetil amonyum klorür [p (APTMACl)]12. Ayrıca, pH 9, yaklaşık 99,7% kaldırma verimliliği bu katort hidrojel13tarafından elde edildi. PH 4, 98,72 mg/g maksimum arsenik adsorpsiyon kapasitesi mikrojel tarafından elde edildi, Tris dayalı (2-aminoetil) Amin (TAEA) ve glisoldiglycidil eter (GDE), p (TAEA-Co-GDE)14. Bu jellerin iyi adsorpsiyon performansları gösterilse de, nötr pH seviyelerinde arsenik suyundan etkili bir şekilde kaldırılamadı ve tüm çalışılan ortamlarda bunların selectileri15‘ e bildirilmemiştir. 227 mg/g ‘lık maksimum adsorpsiyon kapasitesi, Fe (III)-sn (IV) karışık ikili oksit kaplı kum 313 K sıcaklıkta ve 716pH ‘da kullanıldığında ölçülmüştür. Alternatif olarak, Fe-ZR ikili oksit kaplı kum (ıZBOCS) ayrıca arsenik kaldırmak ve 318 K 84,75 mg/g ve 717pH ‘lık maksimum adsorpsiyon kapasitesi elde etmek için kullanılmıştır. Diğer bildirilen adsorbanlar düşük adsorpsiyon performansları, geri dönüşümlü eksikliği, düşük stabilite, yüksek operasyonel ve bakım maliyetleri ve sentezi sürecinde tehlikeli kimyasalların kullanımı muzdarip4.
Gelişmiş arsenik adsorpsiyon performansı, karmaşık ortamlarda yüksek seçicilik, geri dönüşüm kabiliyeti ve nötr pH düzeylerinde verimli aktivite ile bir malzeme geliştirerek yukarıdaki sınırlamaları ele almak için çalışmışlardır. Bu nedenle, arsenik kaldırılması için bir adsorban olarak n, n-dimethylamino propylacrylamide metil klorür kuaterner (dmapaaq) jel ve demir (III) hidroksit (feooh) partiküllerinin bir katentik jel kompozit geliştirdi. Biz feooh bizim jel ile birleştirmek için seçti çünkü FeOOH arsenik her iki formları Adsorpsiyon artar18. Bu çalışmada, jel kompozit gözeneksiz olacak şekilde tasarlanmıştır ve hazırlık sırasında FeOOH ile emdirilmiş. Sonraki bölümde, FeOOH içeriğinin en üst düzeye çıkarma stratejimiz de dahil olmak üzere jel hazırlama yönteminin detayları daha da tartışılmaktadır.
Protocol
Representative Results
Discussion
Gelişmiş yöntemimizin ana gelişimi, jel bileşiminin benzersiz tasarım stratejisidir. Jel hazırlama yöntemimizin amacı, jeldeki demir içeriğinin miktarını maksimize etmektir. Hazırlık sırasında, biz “başlatıcı çözüm” ve “monomer çözüm,” sırasıyla FeCl3 ve NaOH ekledi. Monomer solüsyonu Başlatıcı çözümüyle karıştırıldığında, jelin içinde FeOOH üreten FeCl3 ve NaOH arasında bir reaksiyon vardı. Bu fenomen, jel bileşikte maksimum demir içeriği sağladı….
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Bu araştırma JSPS KAKENHı Grant Number (26420764, JP17K06892) tarafından destekleniyordu. Kara, ınfrastrture, Ulaştırma ve Turizm Bakanlığı ‘nın (MLIT), Japonya hükümeti ‘nin ‘ Inşaat teknolojisi araştırma ve geliştirme sübvansiyon programı ‘ kapsamında bu araştırmaya katkısı da tanınır. Biz de bu araştırmaya Bay Kiyotaka Senmoto katkısı kabul ediyoruz. Bayan Adele Pitkeathly, Hiroşima Üniversitesi yazma merkezi ‘nden kıdemli yazı Danışmanı Fellow da Ingilizce düzeltmeler ve öneriler için kabul edilir. Bu araştırma 7TH IWA-Aspire konferansı, 2017 ve su ve çevre teknolojisi konferansı, 2018 sözlü sunumu için seçildi.
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 |
References
- Oremland, R. S., Stolz, J. F. The Ecology of Arsenic. Science. 300 (5621), 939-944 (2003).
- Bibi, I., Icenhower, J., Niazi, N. K., Naz, T., Shahid, M., Bashir, S. Chapter 21 – Clay Minerals: Structure, Chemistry, and Significance in Contaminated Environments and Geological {CO2} Sequestration. Environmental Materials and Waste. , 543-567 (2016).
- He, R., Peng, Z., Lyu, H., Huang, H., Nan, Q., Tang, J. Synthesis and characterization of an iron-impregnated biochar for aqueous arsenic removal. Science of the Total Environment. 612, 1177-1186 (2018).
- Niazi, N. K., et al. Arsenic removal by Japanese oak wood biochar in aqueous solutions and well water: Investigating arsenic fate using integrated spectroscopic and microscopic techniques. Science of the Total Environment. 621, 1642-1651 (2017).
- Shaheen, S. M., Eissa, F. I., Ghanem, K. M., Gamal El-Din, H. M., Al Anany, F. S. Heavy metals removal from aqueous solutions and wastewaters by using various byproducts. Journal of Environmental Management. 128, 514-521 (2013).
- Shakoor, M. B., et al. Remediation of arsenic-contaminated water using agricultural wastes as biosorbents. Critical Reviews in Environmental Science and Technology. 46 (5), 467-499 (2016).
- Vithanage, M., et al. Interaction of arsenic with biochar in soil and water: A critical review. Carbon. 113, 219-230 (2017).
- Hu, X., Ding, Z., Zimmerman, A. R., Wang, S., Gao, B. Batch and column sorption of arsenic onto iron-impregnated biochar synthesized through hydrolysis. Water Research. 68, 206-216 (2015).
- Saharan, P., Chaudhary, G. R., Mehta, S. K., Umar, A. Removal of Water Contaminants by Iron Oxide Nanomaterials. Journal of Nanoscience and Nanotechnology. 14 (1), 627-643 (2014).
- Siddiqui, S. I., Chaudhry, S. A. Iron oxide and its modified forms as an adsorbent for arsenic removal: A comprehensive recent advancement. Process Safety and Environmental Protection. 111, 592-626 (2017).
- Tuna, A. &. #. 2. 1. 4. ;. A., özdemir, E., şimşek, E. B., Beker, U. Removal of As(V) from aqueous solution by activated carbon-based hybrid adsorbents: Impact of experimental conditions. Chemical Engineering Journal. 223, 116-128 (2013).
- Sahiner, N., Demirci, S., Sahiner, M., Yilmaz, S., Al-Lohedan, H. The use of superporous p(3-acrylamidopropyl)trimethyl ammonium chloride cryogels for removal of toxic arsenate anions. Journal of Environmental Management. 152, 66-74 (2015).
- Barakat, M. A. A., Sahiner, N. Cationic hydrogels for toxic arsenate removal from aqueous environment. Journal of Environmental Management. 88 (4), 955-961 (2008).
- ur Rehman, S., et al. Removal of arsenate and dichromate ions from different aqueous media by amine based p(TAEA-co-GDE) microgels. Journal of Environmental Management. 197, 631-641 (2017).
- Safi, S. R., Gotoh, T., Iizawa, T., Nakai, S. Development and regeneration of composite of cationic gel and iron hydroxide for adsorbing arsenic from ground water. Chemosphere. 217, 808-815 (2019).
- Chaudhry, S. A., Ahmed, M., Siddiqui, S. I., Ahmed, S. Fe(III)-Sn(IV) mixed binary oxide-coated sand preparation and its use for the removal of As(III) and As(V) from water: Application of isotherm, kinetic and thermodynamics. Journal of Molecular Liquids. 224, 431-441 (2016).
- Chaudhry, S. A., Zaidi, Z., Siddiqui, S. I. Isotherm, kinetic and thermodynamics of arsenic adsorption onto Iron-Zirconium Binary Oxide-Coated Sand (IZBOCS): Modelling and process optimization. Journal of Molecular Liquids. 229, 230-240 (2017).
- Lin, S., Yang, H., Na, Z., Lin, K. A novel biodegradable arsenic adsorbent by immobilization of iron oxyhydroxide (FeOOH) on the root powder of long-root Eichhornia crassipes. Chemosphere. 192, 258-266 (2018).
- Allen, K. D., et al. Hsp70 chaperones as modulators of prion life cycle: Novel effects of Ssa and Ssb on the Saccharomyces cerevisiae prion [PSI+]. Genetics. 169 (3), 1227-1242 (2005).
- Chaplin, B. P., Roundy, E., Guy, K. A., Shapley, J. R., Werth, C. I. Effects of natural water ions and humic acid on catalytic nitrate reduction kinetics using an alumina supported Pd-Cu catalyst. Environmental Science and Technology. 40 (9), 3075-3081 (2006).
- Zhang, Y., Cremer, P. S. Interactions between macromolecules and ions: the Hofmeister series. Current Opinion in Chemical Biology. 10 (6), 658-663 (2006).
- Fawell, J. K., Ohanian, E., Giddings, M., Toft, P., Magara, Y., Jackson, P. Sulfate in Drinking-water Background document for development of WHO Guidelines for Drinking-water Quality. World Health Organization. , 8 (2004).
- ur Rehman, S., et al. Fast removal of high quantities of toxic arsenate via cationic p(APTMACl) microgels. Journal of Environmental Management. 166, 217-226 (2016).
