भारी धातु हटाने के लिए Fe2O3/FAU-प्रकार जिओलाइट मिश्रित सामग्री को संश्लेषित करने के लिए लाल मिट्टी का संसाधन पुनर्चक्रण
Summary
यह लेख लाल मिट्टी से Fe2O3 / Faujasite (FAU) -प्रकार जिओलाइट मिश्रित सामग्री को संश्लेषित करने के लिए एक नया और सुविधाजनक मार्ग प्रस्तुत करता है। विस्तृत संश्लेषण मापदंडों को बारीकी से ट्यून किया गया है। प्राप्त समग्र सामग्री का उपयोग कुशल भारी धातु-दूषित जल उपचार के लिए किया जा सकता है, जो पर्यावरण इंजीनियरिंग में इसके संभावित अनुप्रयोगों को दर्शाता है।
Abstract
भारी धातु-प्रदूषित पानी मानव स्वास्थ्य और पर्यावरण के लिए बड़ी चिंता का विषय है। इन परिस्थितियों में अत्यधिक कुशल सोखना सामग्री द्वारा सक्षम सीटू जल उपचार तकनीकों का बहुत महत्व है। पानी के उपचार में उपयोग की जाने वाली सभी सामग्रियों में, लौह-आधारित नैनोमैटेरियल्स और छिद्रपूर्ण सामग्री बहुत रुचि रखते हैं, जो उनकी समृद्ध रेडॉक्स प्रतिक्रिया और सोखना समारोह से लाभान्वित होते हैं। यहां, हमने दक्षिण चीन में व्यापक रूप से फैली लाल मिट्टी को सीधे परिवर्तित करने के लिए एक आसान प्रोटोकॉल विकसित किया ताकि Fe2O3 / Faujasite (FAU) -प्रकार जिओलाइट मिश्रित सामग्री बनाई जा सके।
विस्तृत संश्लेषण प्रक्रिया और संश्लेषण पैरामीटर, जैसे प्रतिक्रिया तापमान, प्रतिक्रिया समय, और कच्चे माल में एसआई / एएल अनुपात, सावधानीपूर्वक ट्यून किया गया है। संश्लेषित मिश्रित सामग्री विशिष्ट भारी धातु (लोइड) आयनों के लिए अच्छी सोखना क्षमता दिखाती है। विभिन्न भारी धातु (लोइड) -प्रदूषित जलीय घोलों (एकल प्रकार की भारी धातु (लोइड) सांद्रता: 1,000 मिलीग्राम / एल [पीपीएम]) में जोड़े गए 0.001 ग्राम / एमएल एफई2ओ3 / एफएयू-प्रकार जिओलाइट मिश्रित सामग्री के साथ, सोखना क्षमता 172, 45, 170, 40, 429, 693, 94, और 133 मिलीग्राम / जी के लिए दिखाया गया था। (III), सीडी (II), Pb (II), Zn (II), और Ni (II) निष्कासन के रूप में, जिन्हें भारी धातु-प्रदूषित पानी और मिट्टी के उपचार के लिए और विस्तारित किया जा सकता है।
Introduction
मानवजनित और प्राकृतिक गतिविधियों से भारी धातु (लोइड) हवा, पानी और मिट्टीके वातावरण में सर्वव्यापी हैं। वे उच्च गतिशीलता और विषाक्तता के हैं, जो सीधे संपर्क या खाद्यश्रृंखला परिवहन के माध्यम से मनुष्यों के लिए संभावित स्वास्थ्य जोखिम पैदा करते हैं। पानी मनुष्य के जीवन के लिए महत्वपूर्ण है क्योंकि यह हर परिवार का फीडस्टॉक है। जल स्वास्थ्य को बहाल करना महत्वपूर्ण है। इसलिए, पानी में जहरीले भारी धातु (लोइड) की गतिशीलता और जैव उपलब्धता को कम करने के लिए इसका बहुत महत्व है। पानी में अच्छे स्वास्थ्य को बनाए रखने के लिए, पानी के उपचार सामग्री, जैसे बायोचार, लौह-आधारित सामग्री, और जिओलाइट, जलीयवातावरण से भारी धातु (लोइड) को स्थिर करने या हटाने में एक आवश्यक भूमिका निभाते हैं।
जिओलाइट्स अत्यधिक क्रिस्टलीय सामग्री हैं जिनके क्रिस्टल संरचनाओं में अद्वितीय छिद्र और चैनल हैं। वे टीओ4 टेट्राहेड्रा (टी केंद्रीय परमाणु है, आमतौर पर सी, अल, या पी) से बने होते हैं जो साझा ओ परमाणुओं से जुड़े होते हैं। छिद्रों में नकारात्मक सतह चार्ज और विनिमय योग्य आयन इसे आयन कैप्चर के लिए एक लोकप्रिय अधिशोषक बनाते हैं, जिसका उपयोग भारी धातु-प्रदूषित पानी और मिट्टी के उपचार में बड़े पैमाने पर किया गया है। उनकी संरचनाओं से लाभान्वित होते हुए, जिओलाइट्स द्वारा दूषित हटाने में शामिल उपचार तंत्र में मुख्य रूप से रासायनिक बंधन6, सतह इलेक्ट्रोस्टैटिक इंटरैक्शन7 और आयन एक्सचेंज8 शामिल हैं।
फौजसाइट (एफएयू) -प्रकार जिओलाइट में अपेक्षाकृत बड़े छिद्र होते हैं, जिसमें अधिकतम छिद्र व्यास 11.24 ए होता है। यह दूषित हटाने के लिए उच्च दक्षता और व्यापकअनुप्रयोगों को दर्शाता है 9,10. हाल के वर्षों में, जिओलाइट संश्लेषण के लिए हरे और कम लागत वाले दिनचर्या को विकसित करने के लिए व्यापक शोध समर्पित किया गया है, जैसे कि सिलिकॉन और एल्यूमीनियम स्रोतों को प्रदान करने के लिए कच्चे माल के रूप में औद्योगिक ठोस अपशिष्ट11 का उपयोग करना, या एजेंट-मुक्त व्यंजनों को अपनाना12। रिपोर्ट किए गए वैकल्पिक औद्योगिक ठोस अपशिष्ट जो सिलिकॉन और एल्यूमीनियम स्रोत हो सकते हैं, उनमें कोयला गैंगू13, फ्लाई ऐश11, अपशिष्ट आणविक छलनी14, खनन और धातुकर्म अपशिष्ट15, इंजीनियरिंग-परित्यक्त मिट्टी8, और कृषि मिट्टी6 आदि शामिल हैं।
इसमें, लाल मिट्टी, एक प्रचुर मात्रा में और आसानी से प्राप्त सिलिकॉन और एल्यूमीनियम समृद्ध सामग्री, को कच्चे माल के रूप में अपनाया गया था, और Fe2O3 / FAU-प्रकार जिओलाइट मिश्रित सामग्री संश्लेषण (चित्रा 1) के लिए एक आसान हरा रसायन विज्ञान दृष्टिकोण विकसित किया गया था। विस्तृत संश्लेषण मापदंडों को बारीकी से ट्यून किया गया है। संश्लेषित सामग्री भारी धातु-दूषित जल उपचार के लिए उच्च स्थिरीकरण क्षमता दिखाती है। वर्तमान अध्ययन संबंधित शोधकर्ताओं के लिए शिक्षाप्रद होना चाहिए जो इस क्षेत्र में रुचि रखते हैं ताकि पर्यावरण-सामग्री संश्लेषण के लिए कच्चे माल के रूप में मिट्टी का उपयोग किया जा सके।
Protocol
Representative Results
Discussion
जिओलाइट आमतौर पर एक एलुमिनोसिलिकेट सामग्री है। सिद्धांत रूप में, सिलिकेट और एलुमिनेट में समृद्ध सामग्री को जिओलाइट संश्लेषण के लिए कच्चे माल के रूप में चुना जा सकता है। अतिरिक्त सिलिकॉन / </s…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
इस काम को गुआंग्डोंग प्रांत, चीन के प्रतिष्ठित युवा विद्वान के लिए प्राकृतिक विज्ञान कोष द्वारा वित्तीय रूप से समर्थित किया गया था, संख्या 2020 बी 151502094; चीन के राष्ट्रीय प्राकृतिक विज्ञान फाउंडेशन, नंबर 21777045 और 22106064; शेन्ज़ेन विज्ञान, प्रौद्योगिकी और नवाचार आयोग की नींव, चीन, JCYJ20200109141625078; गुआंग्डोंग विश्वविद्यालयों और कॉलेजों, चीन की 2019 युवा नवाचार परियोजना, संख्या 2019KQNCX133 और गुआंग्डोंग प्रांत (पीडीजेएच 2021सी0033) की विज्ञान और प्रौद्योगिकी नवाचार रणनीति के लिए एक विशेष निधि। यह काम शेन्ज़ेन प्रमुख प्रयोगशाला ऑफ इंटरफेशियल साइंस एंड इंजीनियरिंग ऑफ मैटेरियल्स द्वारा प्रायोजित किया गया था ।। जेडडीएसवाईएस 20200421111401738, गुआंग्डोंग प्रांतीय प्रमुख प्रयोगशाला मृदा और भूजल प्रदूषण नियंत्रण (2017 बी030301012), और एकीकृत सतही जल-भूजल प्रदूषण नियंत्रण की राज्य पर्यावरण संरक्षण प्रमुख प्रयोगशाला। विशेष रूप से, हम एसयूएसटेक कोर रिसर्च सुविधाओं से तकनीकी सहायता को स्वीकार करते हैं।
Materials
| Chemicals | |||
| Cadmium nitrate tetrahydrate | Shanghai Aladdin Bio-Chem Technology Co., LTD | C102676 | AR, 99%. Make 1,000 ppm stock solution for the test of adsorption performance of zeolite. |
| Chromium(III) nitrate nonahydrate | Shanghai Aladdin Bio-Chem Technology Co., LTD | C116446 | AR, 99%. Make 1,000 ppm stock solution for the test of adsorption performance of zeolite. |
| Copper sulfate pentahydrate | Shanghai Aladdin Bio-Chem Technology Co., LTD | C112396 | AR, 99%. Make 1,000 ppm stock solution for the test of adsorption performance of zeolite. |
| Lead nitrate | Shanghai Aladdin Bio-Chem Technology Co., LTD | L112118 | AR, 99%. Make 1,000 ppm stock solution for the test of adsorption performance of zeolite. |
| Nickel nitrate hexahydrate | Shanghai Aladdin Bio-Chem Technology Co., LTD | N108891 | AR, 98%. Make 1,000 ppm stock solution for the test of adsorption performance of zeolite. |
| Nitric acid | Shanghai Aladdin Bio-Chem Technology Co., LTD | N116238 | AR, 69.2%. Used as solvent in ICP-MS test. |
| Potassium dichromate | Shanghai Aladdin Bio-Chem Technology Co., LTD | P112163 | AR, 99.8%. Make 1,000 ppm stock solution for the test of adsorption performance of zeolite. |
| Silicon dioxide | Shanghai Aladdin Bio-Chem Technology Co., LTD | S116482 | AR, 99%. For synthesis of zeolite. |
| Sodium (meta)arsenite | Sigma-aldrich | S7400-100G | AR, 90%. Make 1,000 ppm stock solution for the test of adsorption performance of zeolite. |
| Sodium hydroxide | Shanghai Aladdin Bio-Chem Technology Co., LTD | S111502 | Pellets. For the synthesis of zeolite. |
| Zinc nitrate hexahydrate | Shanghai Aladdin Bio-Chem Technology Co., LTD | Z111703 | AR, 99%. Make 1,000 ppm stock solution for the test of adsorption performance of zeolite. |
| Equipment | |||
| Air-dry oven | Shanghai Yiheng Technology Instrument Co.,LTD. | DHG-9075A | Used for hydrothermal crystallization and drying of sample |
| Analytical balance | Sartorius Scientific Instruments Co.LTD | BSA224S-CW | Used for weighing samples |
| Centrifuge tubes | Nantong Supin Experimental Equipment Co., LTD | ||
| High speed centrifuge | Hunan Xiang Yi Laboratory Instrument Development Co.,LTD | H1850 | Used for separation of solid and liquid samples |
| Multipoint magnetic stirrer | IKA Equipment Co.,LTD. | RT15 | Used for stirring samples |
| Oscillator | Changzhou Guohua Electric Appliances Co.,LTD. | SHA-B | For uniform mixing of samples |
| Syringe-driven filter | Tianjin Jinteng Experimental Equipment Co.,LTD. | 0.22 μm. For filtration. | |
| Softwares | |||
| JADE 6.5 | Materials Data& (MDI) | ||
| Mercury | Cambridge Crystallographic Data Centre (CCDC) | ||
| Materials Studio | Accelrys Software Inc. | ||
| Websites | |||
| Database of Zeolite Structures: http://www.iza-structure.org/databases/ | |||
| ICSD: https://icsd.products.fiz-karlsruhe.de/en |
References
- Qin, G., et al. Soil heavy metal pollution and food safety in China: Effects, sources and removing technology. Chemosphere. 267, 129205 (2021).
- Xu, D. M., Fu, R. B., Liu, H. Q., Guo, X. P. Current knowledge from heavy metal pollution in Chinese smelter contaminated soils, health risk implications and associated remediation progress in recent decades: A critical review. Journal of Cleaner Production. 286, 124989 (2021).
- Dong, X., Ma, L. Q., Li, Y. Characteristics and mechanisms of hexavalent chromium removal by biochar from sugar beet tailing. Journal of Hazardous Materials. 190 (1-3), 909-915 (2011).
- El-Mekkawi, D. M., Selim, M. M. Removal of Pb2+ from water by using Na-Y zeolites prepared from Egyptian kaolins collected from different sources. Journal of Environmental Chemical Engineering. 2 (1), 723-730 (2014).
- Perego, C., Bagatin, R., Tagliabue, M., Vignola, R. Zeolites and related mesoporous materials for multi-talented environmental solutions. Microporous and Mesoporous Materials. 166, 37-49 (2013).
- Zheng, R., et al. Converting loess into zeolite for heavy metal polluted soil remediation based on "soil for soil-remediation" strategy. Journal of Hazardous Materials. 412, 125199 (2021).
- Cheng, Y., et al. Feasible low-cost conversion of red mud into magnetically separated and recycled hybrid SrFe12O19@NaP1 zeolite as a novel wastewater adsorbent. Chemical Engineering Journal. 417, 128090 (2021).
- Yang, D., et al. Remediation of Cu-polluted soil with analcime synthesized from engineering abandoned soils through green chemistry approaches. Journal of Hazardous Materials. 406, 124673 (2021).
- Song, W., Li, G., Grassian, V. H., Larsen, S. C. Development of improved materials for environmental applications: Nanocrystalline NaY zeolites. Environmental Science & Technology. 39 (5), 1214-1220 (2005).
- Cheng, H., Reinhard, M. Sorption of trichloroethylene in hydrophobic micropores of dealuminated Y zeolites and natural minerals. Environmental Science & Technology. 40 (24), 7694-7701 (2006).
- Rayalu, S. S., Bansiwal, A. K., Meshram, S. U., Labhsetwar, N., Devotta, S. Fly ash based zeolite analogues: Versatile materials for energy and environment conservation. Catalysis Surveys from Asia. 10 (2), 74-88 (2006).
- Borel, M., et al. SDA-free hydrothermal synthesis of high-silica ultra-nanosized zeolite Y. Crystal Growth & Design. 17 (3), 1173-1179 (2017).
- Jin, Y., Li, L., Liu, Z., Zhu, S., Wang, D. Synthesis and characterization of low-cost zeolite NaA from coal gangue by hydrothermal method. Advanced Powder Technology. 32 (3), 791-801 (2021).
- Huiyu, S., Weiming, L., Zheng, Z. Current situation of comprehensive utilization of waste industrial molecular sieve and agricultural rice husk. Liaoning Chemical Industry. 49 (12), 1555 (2020).
- Azizi, D., et al. Microporous and macroporous materials state-of-the-art of the technologies in zeolitization of aluminosilicate bearing residues from mining and metallurgical industries: A comprehensive review. Microporous and Mesoporous Materials. 318, 111029 (2021).
- Yang, D., et al. Transferring waste red mud into ferric oxide decorated ANA-type zeolite for multiple heavy metals polluted soil remediation. Journal of Hazardous Materials. 424, 127244 (2022).
- Kirdeciler, S. K., Akata, B. One pot fusion route for the synthesis of zeolite 4A using kaolin). Advanced Powder Technology. 31 (10), 4336-4343 (2020).
- Rubtsova, M., et al. Nanoarchitectural approach for synthesis of highly crystalline zeolites with a low Si/Al ratio from natural clay nanotubes. Microporous and Mesoporous Materials. 330, 111622 (2022).
- Setthaya, N., Chindaprasirt, P., Pimraksa, K. Preparation of zeolite nanocrystals via hydrothermal and solvothermal synthesis using of rice husk ash and metakaolin. Materials Science Forum. 872, 242-247 (2016).
- Belviso, C., et al. Red mud as aluminium source for the synthesis of magnetic zeolite. Microporous and Mesoporous Materials. 270, 24-29 (2018).
- Zhao, Y., et al. Removal of ammonium from wastewater by pure form low-silica zeolite Y synthesized from halloysite mineral. Separation Science and Technology. 45 (8), 1066-1075 (2010).
- Meng, Q., Chen, H., Lin, J., Lin, Z., Sun, J. Zeolite A synthesized from alkaline assisted pre-activated halloysite for efficient heavy metal removal in polluted river water and industrial wastewater. Journal of Environmental Sciences (China). 56, 254-262 (2017).
- Wang, X., et al. Synthesis of substrate-bound Au nanowires via an active surface growth mechanism. Journal of Visualized Experiments. (137), e57808 (2018).
- Asundi, A. S., et al. Understanding structure-property relationships of MoO3-promoted Rh catalysts for syngas conversion to alcohols. Journal of the American Chemical Society. 141 (50), 19655-19668 (2019).
- Zhu, Q., et al. Solvent-free crystallization of ZSM-5 zeolite on SiC foam as a monolith catalyst for biofuel upgrading. Chinese Journal of Catalysis. 41 (7), 1118-1124 (2020).
- Ghrear, T. M. A., et al. low-pressure, low-temperature microwave synthesis of ABW cesium aluminosilicate zeolite nanocatalyst in organotemplate-free hydrogel system. Materials Research Bulletin. 122, 110691 (2020).
