キトサン

Aug 02, 2023

Scientific Reports volume 13、記事番号: 6050 (2023) この記事を引用

722 アクセス

1 オルトメトリック

メトリクスの詳細

有害な産業廃水の処理を考慮して、トリポリリン酸ナトリウム (TPP) およびバニリン (V) 修飾キトサンベースの磁性ナノ吸着剤 (TPP-CMN および V-CMN) が調製され、両方のナノ吸着剤の物理的および表面特性が調査されました。特徴づけられていました。 FE-SEM と XRD の結果は、Fe3O4 磁性ナノ粒子の平均サイズが 6.50 ～ 17.61 nm であることを示しました。 物理的特性測定システム (PPMS) を実行したところ、キトサン、Fe3O4 ナノ粒子、TPP-CMN、および V-CMN の飽和磁化は、それぞれ 0.153、67.844、7.211、および 7.772emu.g-1 でした。 多点分析を使用することにより、合成された TPP-CMN および V-CMN ナノ吸着剤の BET 表面積は、それぞれ 8.75 および 6.96 m2/g であることがわかりました。 合成された TPP-CMN および V-CMN は、Cd (II)、Co (II)、Cu (II)、および Pb (II) イオンを取り込むための効果的なナノ吸着剤として調査され、その結果は AAS によって調査されました。 重金属の吸着プロセスをバッチ平衡技術によって研究し、TPP-CMNによるCd(II)、Co(II)、Cu(II)、およびPb(II)イオンの吸着容量値は91.75、93.00、 87.25、および99.96 mg/g。 V-CMN によると、値はそれぞれ 92.5、94.00、88.75、および 99.89 mg/g でした。 吸着の平衡時間は、TPP-CMN では 15 分、V-CMN ナノ吸着剤では 30 分であることがわかりました。 吸着機構を理解するために、吸着等温線、反応速度論、熱力学が研究されました。 さらに、2 つの合成染料と 2 つの実際の廃水サンプルの吸着が研究され、重要な結果が得られました。 これらのナノ吸着剤の簡単な合成、高い吸着能力、優れた安定性、およびリサイクル可能性により、廃水処理に非常に効率的でコスト効率の高いナノ吸着剤が提供される可能性がある。

産業や都市からの下水からの毒素の排出の結果、環境は近年悪化し、人間の健康と福祉に脅威を与えています。 皮なめし工場、履物や皮革、電気めっき、塗料、繊維などの産業から排出される廃水が都市下水に添加されると、運河、川、地表流出物を介して、飲料や洗濯に使用される地表水域を汚染する可能性があります1、2。 Fuらによると、重金属。 比重は 5 より大きく、原子量は 63.5 ～ 200.63 です。 私たちの環境で最も頻繁に見られる重金属は、カドミウム (Cd)、クロム (Cr)、銅 (Cu)、コバルト (Co)、ニッケル (Ni)、亜鉛 (Zn)、マンガン (Mn)、鉛 (Pb) です。 。 これらは環境中に蓄積する傾向があり、不安定で有毒であることが多いため、すべての生き物にとって脅威となります4。 産業廃棄物には重金属、有害化合物、染料が豊富に含まれています。 重金属は人体に蓄積し、重大な病気や身体的問題を引き起こす可能性があるため、最も危険であると考えられています。

最近、化学沈殿、イオン交換、吸着、膜濾過、光触媒分解、電気化学技術など、水から重金属や染料を除去する多くの方法が提案されています 3、4、5、6、7。 これらのアプローチの中でも吸着は、設計と運用に柔軟性をもたらし、多くの状況で高品質の処理排水を生成します。 したがって、最近、多くの研究者によって、ナノ粒子、ナノチューブ、活性炭などのさまざまな吸着剤が廃水処理の実験に使用されています8、9、10、11、12、13。 場合によっては、吸着剤は適切な脱着プロセスによって更新されることもあります14。 フェライト ナノ粒子は、その独特の磁気特性、非毒性、生体適合性、および比較的低コストの製造コストにより、過去 10 年間で多くの注目を集め、さまざまな用途に使用できるようになりました 15。 磁性ナノ粒子は現在、ナノ医療の将来にとって極めて重要となっている。なぜなら、磁性ナノ粒子は薬剤を運び、標的を定めることができるほか、造影剤を標的に輸送することができるからである。 環境用途にも使用できます16、17、18、19。 ポリマーなどの有機化合物を使用して表面を官能化することができ、磁性ナノ粒子に新しい機能を与えます。

キチンはセルロースに次いで世界で最も遍在する窒素含有天然多糖類であり、1→4 結合した 2-アセトアミド-2-デオキシ-β-d-グルコピラノースのホモポリマーです。 生物圏には、主に甲殻類（エビ、カニ、ロブスター、ザリガニ、オキアミ、フジツボなど）の外骨格および内部構造に見られる大量のキチンが含まれています20、21、22。 キチンのアルカ​​リ性脱アセチル化生成物であるキトサンは、反応性が高く、キチンよりも汎用性の高い化合物です。 化学構造中に水酸基だけでなくアミノ基も含まれているため、特に効果的です21。 酸性環境では、キトサンは高分子電解質として静電複合体を形成する可能性があります23。 キトサンはカチオン性多糖類であり、pH 7 未満の培地におけるそのカチオン性の性質は、多糖類の中でも独特です 24。 キトサンの応用の可能性が最も高い分野は、その多様な特性により、農業、水と廃棄物処理、食品と飲料、化粧品とトイレタリー、およびバイオ医薬品です。 バイオ医薬品において特に重要なのは、キトサンは生体適合性、生分解性があり、他の一般的な代替品よりも毒性が低く、抗菌性があり、フィルムの形成に優れているという点です23。 アルギン酸塩/キトサン系は、創傷被覆材や骨組織工学に使用されています 25,26。 特に農業において、キトサンは病原菌の菌糸体の成長を効果的に阻害し、非生物的および生物的ストレスに対する植物の耐性を促進します。 したがって、キトサンは、毎年多くの作物に被害を与えたり破壊したりする農作物の病気によって引き起こされる被害を制限するのに役立つ可能性があります27。

出版された文献には、単一の吸着剤を使用してキトサンが多数の重金属と合成染料を一緒に吸着する能力をテストする研究はまだ報告されていません。 したがって、この研究では、少量の合成キトサンナノ吸着剤を使用して、重金属やその他の有機汚染物質を含む廃水を処理するキトサンの可能性を探ります。 仮説としては、そのような戦略は他の選択肢よりも実用的である可能性があるということです。 ここでは、簡単なプロセスによる表面修飾を施したキトサンでコーティングされた磁性ナノ粒子に基づく、新規なナノ吸着剤の製造が研究されました。 合成したままの TPP-CMN および V-CMN ナノ吸着剤の特性を評価し、さまざまな実験条件下で水溶液からの Cd (II)、Co (II)、Cu (II)、および Pb (II) イオンに対する吸着特性を調べました。も調べられました。 ナノ吸着剤の再利用性と合成色素の吸着能力も研究されました。

無水塩化第二鉄(FeCl3)、硫酸鉄(II)六水和物(FeSO4・6H2O)、塩化コバルト(II)六水和物(CoCl2・6H2O)、硝酸鉛(Pb(NO3)2)、クエン酸一水和物(C6H8O7・H2O)結晶、硫酸銅 (II) 五水和物 (CuSO4・5H2O)、氷酢酸 (CH3COOH) 100%、発煙塩酸 (HCl) 37%、水酸化ナトリウム (NaOH) ペレット、および無水アルコールは、ドイツの会社 Merck から購入しました。 。 ホルムアルデヒド (CH3CHO) 溶液 37 重量% は、ドイツの会社 Honeywell Riedel-de Haen Research Chemicals から購入しました。 バニリン (C8H8O3) は、英国の会社 BDH Chemicals Ltd. から購入しました。 硫酸カドミウム (II) (3CdSO4・8H2O) は Loba Chemie Pvt. から購入しました。 Ltd.、インドの会社。 超純度のトリポリリン酸ナトリウム (Na5P3O10) 無水物は、Sisco Research Laboratories Pvt. から購入しました。 Ltd.、インドの会社。 この研究作業で使用された化学物質はすべて分析品質のものであり、さらに精製することなく使用されました。 すべての研究では、サンプルの合成と洗浄の目的で再蒸留水を使用しました。

バングラデシュのクルナにある水産加工工場から廃エビの殻を収集し、文献 28 に従ってわずかに変更を加えて、脱アセチル化度 80.26% のキトサンを調製しました。

マグネタイト (Fe3O4) は、Ni ら 29 が行ったように、アルカリ条件下で水熱共沈法を使用して、わずかに変更を加えて調製されました。 無水FeCl3とFeSO4・6H2Oをモル比1:1で最初に別々に蒸留水に溶解しました。 調製した溶液を三角フラスコ中で混合し、１０分間撹拌し、その後、良好に分散させるために１０分間超音波処理した。 次に、一定の撹拌下で、沈殿剤として１０％ＮａＯＨを混合溶液に滴下して、所望のｐＨ値１２．２５に達した。 溶液を５０℃で１０００ｒ／分で１時間撹拌した後、均質な黒っぽい溶液を２００ｍｌのテフロンで裏打ちされたオートクレーブに入れ、密閉し、次いで１２０℃で６時間加熱した。 反応後、オートクレーブを室温まで冷却し、濾過し、蒸留水と無水アルコールで洗浄し、得られた黒色の沈殿物をオーブンで60℃で4時間乾燥させた。

CMN は、Ren et al.30 が行ったように、わずかな変更を加えて生成されました。 マグネタイトを 3% (w/v) キトサン溶液に 1:70 (w/v) の比率で添加しました。 Fe3O4 の分散は 20 分間の超音波振動によって完全に完了し、その後ホルムアルデヒドを数滴加えました。 4.5 時間後、黒色のゲルが形成され、これを 60 °C のオーブンで 12 時間乾燥させました。 次いで、乾燥生成物を２％酢酸、次いで蒸留水で洗浄し、さらに５０℃で１２時間乾燥させた。

１：２００の比率で調製したＣＭＮを、１０００ｒｐｍで磁気撹拌しながらクエン酸（６％）の水溶液中に１８時間懸濁した。 次いで、水溶性架橋剤としてのＴＰＰを、黄色がかった不透明な溶液に滴下した。 １５分間超音波処理した後、得られた溶液をさらに５時間撹拌し、そのときの白っぽい溶液をワットマンＮｏ．１濾紙を使用して濾過し、蒸留水で数回洗浄した。 最後に、合成された TPP-CMN を 60 °C で 12 時間乾燥し、粉砕後デシケーターに保管しました。

０．５ｇの調製したＣＭＮを、１０００ｒｐｍで磁気撹拌しながら１００ｍＬの０．３Ｍクエン酸溶液中に１８時間懸濁した。 次いで、アルコールに溶解したバニリンを、黄色がかった不透明な溶液に滴下した。 ２０分間超音波処理した後、良好に分散させるために、得られた溶液をさらに５．５時間撹拌した。 次に、溶液をワットマン No. 1 濾紙で濾過し、蒸留水で複数回洗浄し、60 °C のオーブンで 12 時間乾燥させました。 粉砕後、乾燥させたＶ－ＣＭＮをデシケーター内に保管した。

磁性ナノ粒子の酸化特性と酸性媒体中での不安定性を考慮すると、磁性ナノ粒子を廃水からの重金属の吸着に使用できるようにするには、保護コーティングが必要です 31。 Fe3O4 ナノ粒子は凝集を避けるためにキトサンポリマーでコーティングされ、その表面は 2 つの異なるプロセスでバニリンとトリポリリン酸ナトリウムによって連続的に修飾されました。 CMN の表面修飾中に、クエン酸のカルボキシル基のアニオン部分の静電引力により、キトサン分子のアミン基がプロトン化されることに成功しました。 TPP をプロトン化溶液に添加すると、表面の静電結合が永久に固定されました。 このステップでは、反応混合物の超音波処理により優れた分散が得られました。 さらに、バニリンのアルデヒド基は、CMN の表面に存在するアミン基とシッフ塩基 (\(-\mathrm{N}=\mathrm{CH}-\)) を形成する可能性があります。 上の図 1 は、TPP-CMN および V-CMN ナノ吸着剤の全体的な製造の概略図です。 調製された吸着剤は、TPP-CMN の表面に多数の活性点が存在するため、水溶液から Cd (II)、Co (II)、Cu (II)、および Pb (II) イオンを吸着する優れた能力を示しました。 V-CMN。 吸着過程は酸性pHの環境下で行われるため、プロトン化・脱プロトン化が起こり、吸着反応の活性点が多数出現します。

TPP-CMN および V-CMN ナノ吸着剤の製造の合成経路と重金属の吸着機構。

マグネタイト、キトサン、CMN、TPP-CMN、および V-CMN 表面の官能基は、フーリエ変換赤外 (FTIR) 分光光度計 3000 Hyperion Microscope Vertex 80 を使用して分析されました。FTIR スペクトルは、KBr プレス ペレットから得られました。 1 cm-1 の分解能で 3800 ～ 400 cm-1 の範囲。 熱分析は、Perkin Elmer 熱分析装置を使用し、30 °C ～ 800 °C の範囲の温度で 10 °C/分の加熱速度で実行されました。 すべてのサンプルの熱重量分析 (TGA) および示差熱重量分析 (DTA) 曲線は、不活性窒素雰囲気中、流速 20 mL/分で得られました。 X 線回折 (XRD) 分析は、日本のリガクの Smart Lab によって行われました。 XRD発生器は40 kV、40 mA、λ = 1.54Å、2θ = 10°〜80°で動作させました。 回折データは、室温でステップ幅 0.02°、時間 0.4 秒で記録されました。 キトサン、Fe3O4 ナノ粒子、TPP-CMN、および V-CMN の磁気測定は、物理特性測定システム (PPMS) を使用して、室温、20 kOe の印加磁場下で実行されました。 製品の形態とサイズは、ショットキー電界放射型走査電子顕微鏡 (JSM-7610F、日本電子、日本) を使用して特性評価されました。 イオンスパッタリングコーティング装置（JEOL-JEC-3000FC/Auto Fine Coater）を使用して、FE-SEM 試料に白金をコーティングしました。 次に、生成物を観察し、EDX ユニット (エネルギー分散型 X 線分光法用) に取り付けました。 すべてのサンプルは、10 ～ 15 kV の加速電圧と最大 2,00,000 倍の倍率を使用して検査されました。 Brunauer, Emmett, and Teller (BET) 法を使用して、Belsorp mini II (BEL Japan Inc.) を使用して真空中 70 °C で 2 時間測定した窒素吸脱着等温線から BET 比表面積を計算しました。 吸着研究中、金属イオンの濃度はフレーム発光原子吸光分光法 (AA-6800、日本) を使用して分析されました。

バッチ吸着実験は、さまざまな金属イオン溶液を入れた三角フラスコをシェーカー内で撹拌することにより、35 °C で実行されました。 最適な反応条件に到達するために、初期 pH、接触時間、金属イオン濃度、吸着剤の投与量、および温度の影響が研究されました。 最初に調製した金属イオン溶液の pH は、HCl と NaOH の添加によって決まりました。 各実験の終了時に、ナノ吸着剤は磁気的に分離され、吸着後の溶液が収集され、Whatman No.1 濾紙を使用して濾過され、フレーム放射原子吸光分光法 (AA-6800、日本) によって濃度が測定されました。 。 金属吸着容量 \({q}_{e}\) (mg/g) は、次の式 30 を使用して計算されました。

ここで、\({C}_{i}\) = 金属イオン溶液の初期濃度、mg/L。 \({C}_{e}\) = 吸着後の金属イオン溶液の平衡濃度、mg/L; \(V\) = 溶液の体積、L、\(m\) = 吸着剤の重量、g。

調製したFe3O4ナノ粒子、キトサン、CMN、TPP-CMN、およびV-CMNの典型的なFTIRスペクトルを図2aに示します。 裸の \({\mathrm{Fe}}_{3}{\mathrm{O}}_{4} の結晶格子内の \(\mathrm{Fe}-\mathrm{O}\) 結合の伸縮振動\) は、558 cm-1 と 636 cm-1 の吸収ピークの原因となります。 \(\mathrm{O}-\mathrm{H}\) 曲げ振動では 1625 cm−1 のピークが観察されます 32。 \(\mathrm{N}-\mathrm{H}\) 結合と \(\mathrm{O}-\mathrm{H}\) 結合の伸縮振動は、キトサンの 3436 cm−1 の大きなピークの原因となります。 2880 cm-1 のピークは \(\mathrm{C}-\mathrm{H}\) 結合の伸縮振動を表します。 アミド基の \(\mathrm{N}-\mathrm{H}\) 曲げ振動は 1560 cm–1 で見つかり、\(\mathrm{O}-\mathrm{H}\) とリング内の \(\mathrm{C}-\mathrm{H}\) は、1416 cm-1 と 1320 cm-1 の吸収ピークの原因となります。 1066 cm-1 のピークは、キトサン鎖のグリコシド結合 (\(-\mathrm{C}-\mathrm{O}-\mathrm{C}-\)) の結果です 33,34。 CMNの場合、\({\mathrm{Fe}}_{3}{\mathrm{O}}_{4}\)とキトサンのハイブリッド結果が得られます。 ここで、1632 cm−1 のピークは純粋なキトサンよりも弱く、\({\mathrm{Fe}}_{3}{\mathrm{O}}_{4}\) 上にキトサンが効果的にコーティングされていることを確認しています。表面。 1385 cm-1 の吸収ピークは、CH3 の対称的な角変形を示しています 30。 1300 cm-1 と 1500 cm-1 の間の領域におけるかなりの変化は、TPP とバニリンが CMN の表面をうまく修飾したことを示しています。 1230 cm-1 のピークは、架橋プロセス後の TPP の \(\mathrm{P}=\mathrm{O}\) 基の非対称伸縮振動に対応します。 この発見は、キトサンでプロトン化されたアミノ基 (\({-\mathrm{NH}}_{3}^{+}\)) とトリポリリン酸アニオン基の間のイオン架橋の生成を明らかにしています 35。 1641 cm-1 のピークは、1635 cm-1 で V-CMN 内を移動した純粋なキトサン \(\mathrm{C}=\mathrm{O}\) の伸縮 (アミド I バンド) に起因しており、これは伸縮のシグナルとなります。キトサンとバニリンの間に新たに形成された \(\mathrm{C}=\mathrm{N}\) 結合の振動。 バニリンの \(\mathrm{O}-{\mathrm{CH}}_{3}\) の振動は 1015 cm−136,37 のピークで表されます。

(a) Fe3O4 ナノ粒子、キトサン、キトサン被覆 Fe3O4 ナノ粒子、TPP-CMN、V-CMN ナノ吸着剤の FTIR スペクトル、および (b) Fe3O4 ナノ粒子、TPP-CMN、および V-CMN ナノ吸着剤の XRD スペクトル。

TPP-CMNおよびV-CMNナノ吸着剤、ならびにFe3O4ナノ粒子のXRDパターンを図2bに示します。 30.18°、35.51°、43.10°、53.71°、57.03°、および 62.74°での Fe3O4 ナノ粒子の特徴的な回折ピークは、[220]、[311]、[400]、[422]、[511] に割り当てられます。 、マグネタイトの [440] 面 30。 さらに、平均結晶サイズは、Scherrer の式 38 を使用して、2θ = 35・51°におけるマグネタイト [311] 回折ピークの半値全幅 (FWHM) から計算されました。

ここで、L = 平均結晶子サイズ、nm。 λ = X 線の波長、nm。 \(\beta\)= 結晶子サイズが小さいことに起因する最大高さの半分での回折ピーク プロファイルのピーク幅、ラジアン。 k = 結晶子の形状に関連する定数で、通常は 0.9 と見なされます。 θ は度またはラジアンで指定できます。

結晶サイズは、10.2、12.9、12.7、6.5、9.0、および11.5 nmであることが判明した。 格子パラメータ (a = b = c =8.38 および α = β = γ = 90°) は、マグネタイトの逆立方晶スピネル構造を明らかにします。 TPP-CMN ナノ吸着剤の XRD パターンは、20.74°、35.64°、57.22°、62.80°、および 68.6°に 5 つの特徴的なピークを示し、結晶サイズは 1.19、14.4、14.0、10.7、および 1.00 nm です。 V-CMN ナノ吸着剤の XRD パターンは、19.36°、35.64°、57.17°、44.1°、および 62.78°に 5 つの特徴的なピークを示し、結晶サイズは 6.1、12.0、9.8、0.27、および 9.5 nm です。 格子パラメータ (a = b = c = 8.36 および α = β = γ = 90°) は、修飾がマグネタイトの逆立方晶スピネル構造に重大な影響を及ぼさないことを示しています。

熱重量分析（TGA）によって得られたキトサン、Fe3O4ナノ粒子、CMN、TPP-CMN、およびV-CMNのサーモグラムを以下の図3aに示します。 キトサンの最初の重量損失は 35 °C ～ 100 °C の温度範囲で見られ、これは約 10% の水分の損失に相当します。 非酸化的熱分解が 250 °C で発生し、キトサンの脱アセチル化と揮発性生成物の除去が示されました。 CMN の TGA 曲線は、30 °C ～ 800 °C の温度範囲にわたる重量損失が約 59% であることを示しています。 最初の分解は、サンプル内の残留水分の損失により、100 °C で約 4% になります。 2 番目の分解は 220 °C で始まり、380 °C で最大となり、重量が 35% 減少します。 これは、化学水 39 の損失と Fe3O4 メソ細孔の表面からのキトサン膜の放出によるものと考えられます。 最後に、約 500 °C でキトサンのポリマー鎖が壊れ、Fe3O4 メソ細孔を含む炭化物残渣となり、18% の重量損失が生じます。 合成されたままのナノ吸着剤 (TPP-CMN および V-CMN) には約 5 ～ 6% の吸着水が含まれており、この吸着水は約 100 °C の比較的低い温度で蒸発します。 これは、この水が吸着剤分子に物理的に吸着および/または弱く水素結合していることを意味します。 TPP-CMN の次の 6% の重量減少を伴う分解は 100 °C 以上で始まり、約 220 °C に達します。 おそらく、この段階で、Fe3O4 の表面から TPP 修飾キトサン膜が剥離するのに伴い、水素結合の強い水が放出されると考えられます。 キトサン-TPP 骨格 40 の破壊と、Fe3O4 とともに炭化残留物が生成されることによるキトサン鎖の解重合により、さらに重量減少が起こり、これは 320 °C で始まり、700 °C で最大 50% に達します。 さらに、200 °C では、V-CMN の重量損失は約 5% ですが、これはバニリン修飾キトサン膜の Fe3O4 表面からの脱水と分解に起因します。 320 ～ 380 °C の温度範囲では、シッフ塩基 (\(-\mathrm{N}=\mathrm{CH}-\)) の分解、ピラノースの分解により、さらに 21% の重量減少が発生しました。脱水、脱アミノ化、そして最終的には開環反応によって環が形成されます33、41、42。 最後に、炭化残留物は、500 °C の温度での V-CMN 吸着剤の 25% の重量損失に起因すると考えられます。

(a) キトサン、Fe3O4 ナノ粒子、CMN、TPP-CMN、および V-CMN の TGA 曲線および (b) DTA 曲線。

CMN の DTA 曲線 (図 3b) は 80 °C で吸熱ピークを示し、Fe3O4 表面のキトサンは水に対する親和性が高いため、容易に水和できることを示しています。 そのため、乾燥中に結合水分の一部を完全に除去することができませんでした。 他の 2 つの発熱ピークが得られます。 375 °C での最初のピークは、グリコシド結合の切断とアセチル基と脱アセチル化基の分解によるキトサンの解重合に対応します 43,44。 TPP-CMN の DTA 曲線は、98 °C で幅広い吸熱を示します。 505 °C および 680 °C のピークは、それぞれ Fe3O4 から γ-Fe2O3 および α-Fe2O3 への相転移を示しています。 V-CMN の場合、吸熱ピークは 90 °C に見られ、2 つの発熱ピークは 350 °C と 450 °C にあります。

Fe3O4 ナノ粒子の磁気特性は、環境用途に大きな影響を与えます。 合成されたTPP-CMNおよびV-CMNがナノ吸着剤として使用できるかどうかを調べるために磁気実験が行われます。 典型的な磁気ヒステリシス ループが図 4 に記録されています。飽和磁化 (\({M}_{s}\))、保磁力 (\({H}_{c}\))、および残留磁気 (\({M}_{r}\))。磁気ヒステリシス ループから検出され、外部磁場に対する磁性材料の応答能力を表します。 合成されたナノ吸着剤の超常磁性特性は、外部磁場が除去されると超常磁性物質が磁化を失うため、室温で残留磁気や保磁力が存在しないことによって暗示され、これは \({H}_{c の低い値によって裏付けられます) }\)、\({M}_{r}\)、磁化曲線の \({M}_{r}/{M}_{s}\) の比率。 Fe3O4 ナノ粒子の飽和磁化 (\({M}_{s}\)) 値は 75-92 mu.g-145 です。 この研究では、キトサン、Fe3O4 ナノ粒子、TPP-CMN、および V-CMN の \({M}_{s}\) は、それぞれ 0.153、67.844、7.211、および 7.772emu.g−1 でした。

室温におけるキトサン、Fe3O4 ナノ粒子、TPP-CMN、および V-CMN の磁気ヒステリシス ループ (挿入図:廃水処理後の TPP-CMN および V-CMN ナノ吸着剤の磁気分離)。

図4に示すように、よく知られた天然生体高分子であるキトサンには磁気効果がありません。 TPP-CMN および V-CMN の飽和磁化値は Fe3O4 ナノ粒子の飽和磁化値よりも低いですが、挿入図に示すように、ナノ吸着剤はネオジム永久磁石 (N52 グレード) による処理後、水分散液から即座に分離できました。図 4 の \({M}_{s}\) の値が、Fe3O4 ナノ粒子よりも TPP-CMN および V-CMN ナノ吸着剤の方が低いことは、ナノ粒子の表面の乱れ。 文献 46 で報告されているように、超常磁性粒子の寸法は 20 nm 未満であり、Fe3O4 ナノ粒子、TPP-CMN、および V-CMN ナノ吸着剤の超常磁性挙動が確認されています。

合成した生成物の形態構造をFE-SEMにより観察した。 図 5 は、Fe3O4 ナノ粒子、TPP-CMN、および V-CMN ナノ吸着剤の顕微鏡写真を示しています。 FE-SEM 画像は、さまざまな形態学的構造とさまざまな粒子サイズを示し、Fe3O4 ナノ粒子上のキトサンのコーティングと、TPP およびバニリンによる CMN の表面修飾が成功していることを確認します。 モルフォグラフ（図5a）は、マグネタイト（Fe3O4）が良好な球形で、よく分散しており、直径が11.3〜17.6nmの範囲であることを確認しています。 個々のナノ粒子は磁気特性を示すため、凝集体は単一のナノ粒子から形成されます。 TPP-CMNの顕微鏡写真（図5c）は、多数の細孔を有するネットワーク状構造を示しますが、V-CMNの層状構造（図5e）は、その表面に細孔を示しません。 形態の変化は、合成されたナノ吸着剤の物理的および化学的特性の変化につながり、その吸着能力と重金属吸着プロセスにおける結合部位の利用可能性に影響を与えます。

(a) Fe3O4 ナノ粒子、(c) TPP-CMN、(e) V-CMN、および (b) Fe3O4 ナノ粒子、(d) TPP-CMN、(f) V-CMN の EDX スペクトルの SEM 顕微鏡写真。

Fe3O4ナノ粒子、TPP-CMN、およびV-CMNナノ吸着剤のEDXスペクトルをそれぞれ図5b、d、fに示します。 Fe3O4ナノ粒子の、少量の不純物を含む元素FeおよびOのピークを図5bに示します。 観察された Fe/O 値のパーセンテージは、それぞれの前駆体で使用された量とよく一致しており、合成中に重大な損失が発生していないことを示しています。 したがって、この水熱共沈法は、他の従来法と比較して、合成中の元素の損失を回避するという点で非常に有効であると結論付けられる。 TPP-CMN の EDX スペクトルにより、ナノ吸着剤が鉄、炭素、窒素、酸素、リンで構成されていることが確認されました。 また、V-CMN の EDX スペクトルにより、ナノ吸着剤が鉄、炭素、窒素、酸素で構成されていることが確認されました。 つまり、TPPとバニリンによるCMN表面の修飾は成功した。

TPP-CMN ナノ吸着剤の BET 比表面積は、多点分析を使用して 8.75 m2/g であることがわかりました。 総細孔容積と平均細孔直径は、それぞれ 3.12 × 10−2 cm3/g と 142.879 Å と特定されました。 7.8301 g/cm3 の骨格密度に基づく空隙率は、1 グラムあたり 0.1966 と計算されました。 一方、V-CMN ナノ吸着剤の BET 比表面積は、多点分析を使用して 6.96 m2/g と測定されました。 総細孔容積と平均細孔直径は、それぞれ 1.72 × 10−2 cm3/g と 98.814 Å と特定されました。 1.6859 g/cm3 の骨格密度に基づく気孔率は、1 グラムあたり 0.0282 と計算されました。 これら 2 つの吸着剤は、より大きな表面積と細孔サイズを備えているため、廃水からのより多くの重金属が付着できる場所が多数提供されます。

初期溶液の pH は、吸着剤の官能基のプロトン化を決定するため、金属イオン吸着における重要な操作パラメータです。 pH はプロトン酸塩だけでなく、溶液中の金属イオンの種分けにも影響します 30。 pHが酸性範囲に上昇すると、吸着容量の値が上昇します。これは、より高い正味引力の出現により、ナノ吸着剤のほとんどの反応サイトで脱プロトン化が誘発されることを意味します。 ただし、pH 値が高すぎるレベルに上昇すると、Mn+ が沈殿する可能性があり、吸着プロセスが中断される可能性があります。 低い pH 値では金属吸着容量が低いことがわかりました。これは、H3O+ イオンと Mn+ イオン間の競合吸着によるものと考えられます。 さらに、吸着剤表面に高濃度のヒドロニウムイオンが存在すると正電荷が生じ、金属イオンの結合部位の数が減少すると考えられます。

図6aは、TPP-CMNおよびV-CMNナノ吸着剤のpH 6.0でCd(II)の最高の吸着容量値が得られ、それぞれ98.31および98.00mg/gの吸着容量が得られたことを示しています。 Co (II) の最も高い吸着容量値は、TPP-CMN および V-CMN ナノ吸着剤によって pH 7.0 で得られ、それぞれ 99.25 および 99.00 mg/g の吸着容量値でした。 pH 5.0 では、TPP-CMN および V-CMN 吸着剤による Cu (II) の最大吸着容量が得られ、その値は 98.00 および 93.26 mg/g でした。 Pb (II) の最も高い吸着容量値は、TPP-CMN では pH 4.0、V-CMN ナノ吸着剤では pH 5.0 で得られ、それぞれ 99.98 および 99.96 mg/g の吸着容量でした。 金属イオンの性質 (電荷、サイズ、さまざまな吸着剤に対する親和性など) と吸着剤材料が、金属間の吸着容量の違いの原因となる可能性があります。 さらに、優れた吸着容量 (Pb > Co > Cd > Cu) は、Cd (II)、Co (II)、Cu (II)、および Pb (II) イオンに対する TPP-CMN および V-CMN の潜在的な選択性を示しています。

TPPCMN および VCMN ナノ吸着剤を使用した水溶液からの Cd (II)、Co (II)、Cu (II)、および Pb (II) イオンの吸着に対するさまざまな操作条件の影響: (a) 初期溶液の pH、(b)接触時間、(c) 金属イオン濃度、および (d、e) 吸着剤の投与量。

接触時間の影響を金属イオン溶液の最適 pH で調査しました。 図 6b は、さまざまな振盪時間における、TPP-CMN および V-CMN 吸着剤の Cd (II)、Co (II)、および Cu (II) 金属容量の結果を mg/g で示しています。 金属イオンと TPP-CMN 間の接触時間は 15 分、V-CMN の接触時間は 30 分で平衡に達するのに十分でした。 これは、ナノ吸着剤による調査対象の金属イオンの吸着反応が実際には 2 段階の機構に従う可能性があることを示唆しています。 表面拡散が初期段階となり、続いて金属イオンとナノ吸着剤の間の収着プロセスが律速段階となります47。 接触時間が 5 分から 240 分に延長されるにつれて、金属吸着容量は着実に増加しました。 Cd (II)、Co (II)、および Cu (II) イオンの最大吸着は、TPP-CMN では 30 分、V-CMN 吸着剤では 45 分で達成されました。 その後、吸着速度はわずかに増加しました。これは、吸着剤の潜在的な選択性を示しています。 Cd (II) イオンの最大吸着値は、TPP-CMN および V-CMN ナノ吸着剤でそれぞれ 87.25 mg/g および 85.25 mg/g でした。 Co(II)イオンは、TPP-CMNおよびV-CMNナノ吸着剤においてそれぞれ88.25mg/gおよび88.75mg/gという最も高い吸着容量を示した。 Cu (II) イオンの最高吸着値は、TPP-CMN および V-CMN ナノ吸着剤で、それぞれ 81.25 mg/g および 78.00 mg/g でした。 Pb (II) イオンの最大吸着値は、TPP-CMN および V-CMN ナノ吸着剤について、それぞれ 99.98 mg/g および 99.92 mg/g でした。

調査したすべての金属イオンの吸着容量は、濃度が50 mg/Lから100 mg/Lに増加するにつれて連続的に向上することがわかりました（図6c）。 溶液中の利用可能な金属イオンの数とアクセス可能な吸着サイトの数の比も、高濃度でのより大きな金属吸着容量の原因となる可能性があります。 この結果は、ナノ吸着剤表面上の限られた数の官能基と比較して、利用可能な多数の金属イオンが存在することに起因する48。 TPP-CMN を使用した場合の最大吸着容量は、Cd (II)、Co (II)、Cu (II)、および Pb (II) に対して、91.75 mg/g、93.00 mg/g、87.26 mg/g、および 99.78 mg/g でした。 ) イオン、それぞれ。 V-CMN の最高吸着容量は、それぞれ 92.94 mg/g、94.04 mg/g、88.75 mg/g、および 99.93 mg/g でした。 これらの発見は、吸着剤が最大濃度 100 mg/L であっても、Cd (II)、Co (II)、および Pb (II) の吸着能力が Cu (II) の吸着能力よりも高いことを示唆しています。

吸着剤の投与量の影響は、調べた金属イオンに対して、溶液の pH と反応時間の最適条件下で、ナノ吸着剤の量を 0.5 ～ 2.0 g/L ± 0.001 g/L の間で調整することによって調べられました。 金属イオンと吸着剤の活性部位との相互作用を最適化するには、吸着剤の最大用量を得ることが重要です49。 金属容量値は、評価されたすべての金属イオンについて吸着剤の投与量が減少するにつれて増加しました（図6d）。 これは、アクセス可能な界面活性基の数と比較して、より多くの金属イオンが存在することに起因します47。 吸着剤の用量が減少すると金属容量の値は増加しましたが、ナノ吸着剤の用量が 0.5 ～ 1.0 g/L に増加し、その後 1.0 ～ 2.0 g/L の用量範囲でプラトーに近づくと除去率が大幅に向上しました (図6e)。 しかし、TPP-CMN および V-CMN ナノ吸着剤の吸着容量は、0.5 ～ 1.0 g/L の範囲の投与量にわたってわずかに変化し、1.0 ～ 2.0 g/L の範囲の投与量では著しく減少しました。 これらの結果は、吸着剤の投与量を増やすとアクセス可能な吸着サイトの数が 4 倍になり、除去効率が向上するという事実によって説明される可能性があります。 しかし、水溶液中のほぼすべての重金属が吸着剤によって除去されると、空の活性吸着サイトの数は増加しますが、これはもはや除去率には寄与しません。 したがって、新しいサイトが存在していましたが、それらは使用されなかったため、吸着容量が減少しました。 さらに、過剰な用量は吸着剤の凝集を引き起こす可能性があり50、吸着剤の吸着能力がさらに低下する可能性があります。 その結果、1.0 g/L の投与量では、TPP-CMN および V-CMN ナノ吸着剤は、2.0 g/L の場合よりも高い除去率と高い吸着容量を示します。 このため、これらの吸着剤の最適投与量は 1.0 g/L であることがわかりました。

イオン強度は、吸着剤による特異的および非特異的吸着による重金属の除去を評価する際の重要なパラメーターです。 吸着剤への重金属の直接相互作用と結合は特異的吸着で発生し、Cd (II)、Co (II)、Cu (II)、および Pb (II) イオンの除去は、次の場合、イオン強度が増加しても変化または増加しない可能性があります。金属イオンは、潜在的に存在する吸着剤表面上の官能基または部分と内球表面複合体を形成します。 一方、非特異的重金属吸着は、外圏の形成により、イオン強度の増加とともに Cd (II)、Co (II)、Cu (II)、および Pb (II) イオンが減少することを意味します。静電引力を介して金属イオンによって表面錯体が形成され、これがイオンの保持された水和球の吸着剤への吸着に影響を与えます51。 重金属の特異吸着は基本的に溶液のイオン強度の影響を受けませんが、金属イオンの非特異吸着は一般に溶液のイオン強度の変化の影響を受けます52。 吸着能力に対するイオン強度パラメーターの影響をさまざまな濃度の NaCl および Na2SO4 で調査し、その結果を図 7a、b に示します。

(a) NaCl および (b) Na2SO4 を使用した TPP-CMN および V-CMN ナノ吸着剤による Cd (II)、Co (II)、Cu (II)、および Pb (II) イオンの吸着に対するイオン強度の影響。

TPP-CMN および V-CMN ナノ吸着剤を使用した場合の Cd (II)、Co (II)、Cu (II)、および Pb (II) イオンの吸着は、競合するイオン濃度が増加するにつれてより制限されました。 これは、TPP-CMN および V-CMN ナノ吸着剤の表面に Cd(II)/Co(II)/Cu(II)/Pb(II) および Na+/Cl-/SO42- 部分が形成されることに起因すると考えられます。外圏複合体。 さらに、より高いイオン強度では、Cd(II)/Co(II)/Cu(II)/Pb(II) と Na+/Cl-/SO42- の間の競合により、結合への移動と重金属の拡散のための位置エネルギーが減少する可能性があります。吸着ベントの位置が変化し、平衡吸着容量に影響を与えます。 これらの結果は、この主題に関する出版された文献と一致していました51,53。

吸着機構の律速段階を調査するために、擬似一次モデルと擬似二次モデルを利用して反応速度論データを分析しました。 擬似 1 次モデルと擬似 2 次モデルはそれぞれ、式 (1) のようになります。 (5) と式 (5) (6)54．

ここで、 \({q}_{t}\) = 時間 t で吸着された金属イオンの量 (mg/g)、 \({q}_{e}\) = 平衡状態で吸着された金属イオンの量 (mg/g) g)、\({K}_{1}\) = 擬似一次モデルの速度定数 (min−1)、\({K}_{2}\) = 擬似二次モデルの速度定数モデル (g.mg−1.min−1)、\(t\) = 時間 (分)。 TPP-CMN および V-CMN 表面への Cd (II)、Co (II)、Cu (II)、および Pb (II) 金属イオンの吸着速度を研究し、表 1 と擬似吸着法によって作成されたグラフに示します。二次運動モデルを図 8 に示します。

(a) TPP-CMN および (b) V-CMN ナノ吸着剤を使用した、Cd (II)、Co (II)、Cu (II)、および Pb (II) 金属イオンの擬似二次速度論モデリング。

より高い統計線形係数値 (R2) と、qe (実験値から) および qe,cal (擬似 2 次モデルから) の値の一貫性から、擬似 2 次モデルの方が予測の信頼性が高いと結論付けることができます。吸着の動力学的な側面。 吸着プロセスは 2 つのステップで表すことができます。

水溶液からナノ吸着剤の表面への溶質分子の移動。

ナノ吸着剤の内部細孔への吸着質分子の拡散55。

研究対象の金属のさまざまな吸着剤への吸着は、ラングミュアのモデル (式 (7)) やフロイントリヒのモデル (式 (8)) を含むいくつかの吸着等温線モデルを使用して調査されました。

ここで、\({q}_{e}\)= 吸着物の平衡濃度 (mg/g)、\({q}_{max}\)= 吸着剤の最大吸着容量 (mg/g)、\( {C}_{e}\)= 吸着質の液相平衡濃度 (mg/L)、\({K}_{L}\)= 平衡定数 (L/g)、\({K}_{F }\)= 収着容量定数 (L/g)、n= 収着強度定数。

ラングミュア モデルと \(\mathrm{log}\left({q}_{フロイントリヒのモデルを使用した e}\right)\) と \(\mathrm{log}\left({C}_{e}\right)\) の比較を図 9 に示します。全体の統計的線形係数値 (R2) は次のとおりです。 TPP-CMN および V-CMN ナノ吸着剤を使用した吸着の R2 値 (0

Cd (II)、Co (II)、Cu (II)、および Pb (II) イオンの吸着等温線の線グラフ。 (a) TPP-CMN のラングミュア等温モデル、(b) V-CMN のラングミュア等温モデル、(c) TPP-CMN のフロイントリヒ等温モデル、(d) V-CMN のフロイントリヒ等温モデル。

ラングミュアの等温線モデルによれば、平衡パラメータ (無次元定数分離係数) RL は次の方程式で定義されます。

ここで、Ci は金属イオンの初期濃度 (mg/L) です。 表 2 に示す TPP-CMN および V-CMN の RL 値 (0

TPP-CMN および TPP-V ナノ吸着剤を使用した Cd (II)、Co (II)、Cu (II)、および Pb (II) イオンの吸着に対する温度の影響も調査され、その熱力学パラメーターが計算されました。 ナノ吸着剤の表面への金属イオンの吸着プロセスは、主にギブスの自由エネルギー変化 (ΔG°)、エンタルピー変化 (ΔH°)、エントロピー変化 (ΔS°) などの熱力学的パラメーターに依存します。これらは等温モデル (式 (10)) とヴァント・ホフ モデル (式 (11)) を使用して計算されました57:

ここで、R = 気体定数 (8.314 J mol−1 K−1)、T = 温度 (K)、KL = 平衡定数。 ΔＨ°およびΔＳ°は、ｌｎＫＬ対１／Ｔのファント・ホフグラフ（図１０）の傾きおよび切片から計算され、以下の表３に報告される。

(a) TPP-CMN および (b) V-CMN ナノ吸着剤上の Cd (II)、Co (II)、Cu (II)、および Pb (II) イオンの吸着を示す van't Hoff プロット。

結果として生じるΔG°の負の値は、すべての吸着プロセスが自発的であることを示しています。 さらに、ΔH°の負の値は発熱反応を示し、負のΔS°の値はナノ吸着剤/金属溶液界面での吸着プロセス中の秩序状態の増加を示唆します。

投入物をリサイクルする能力は運用コストの削減に大きく貢献するため、吸着剤の長期安定性と再利用可能性は産業用途の評価において重要な側面となります。 合成された吸着剤が水溶液から Cd (II)、Co (II)、Cu (II)、および Pb (II) イオンを吸着する能力を、最適化された反応条件下で最大 5 サイクルの連続操作プロセスで評価しました。 これらの最適化された反応条件は次のとおりです: (容量 = 50 ± 1 mL、pH = 5 ～ 6、時間 = 30 ± 1 分、吸着剤の投与量 = 1.0 ± 0.001 g/L、初期金属イオン濃度 = 50 ± 1 mg/L)。 吸着剤はリサイクル実行のために磁気的に分離され、吸着後の原子吸光分光法を使用して処理溶液の平衡濃度が決定されました。

吸着剤を 60 °C で 1 時間乾燥させた後、リサイクルされた吸着剤を何度も使用して、金属イオンの別の溶液を調査しました。 TPP-CMN および V-CMN ナノ吸着剤の両方で、Cd (II)、Co (II)、Cu (II)、および Pb (II) イオンの吸着容量の約 75% が最大 4 回のリサイクルで達成されました (図.11a、b)。 これは、合成された吸着剤中に重金属を吸着する活性部位が多数あるためである可能性があり、これは吸着剤の安定性が高いことを示しています。 このような安定性は、リサイクル能力が高く、低コストでの産業用途の可能性を示唆しています。

(a) TPP-CMN および (b) V-CMN ナノ吸着剤のリサイクル性能。

混合金属イオンの溶液から有毒な Cd (II)、Co (II)、Cu (II)、および Pb (II) イオンを除去する際の TPP-CMN および V-CMN ナノ吸着剤の適用性も調査されました。得られた結果を以下の表４に示す。 これらの結果は、ナノ吸着剤が溶液から有毒物質を除去するのに非常に効果的であり、どちらのナノ吸着剤でも除去率が 90% をはるかに超えていることを示しています。

ナノ吸着剤は重金属を除去するために作られていますが、染料も除去できます。 これは、水に溶解した染料に対して強い親和性を持つ Fe3O4 ナノ粒子表面のキトサン分子に特に当てはまります。 実験では、合成された TPP-CMN および V-CMN ナノ吸着剤を使用して、濃度 30 mg/L の水溶液から RB 59 および RO 14 色素を吸着しました。 TPP-CMN の場合、時間の経過とともに色は徐々に消え、溶液はほぼ無色になります。 処理溶液の濃度は紫外可視分光法により測定した。 実験の6時間後、劇的な変化が起こりました。 RB 59 および RO 14 の最終濃度は、それぞれ 1.216 mg/L および 1.126 mg/L でした。 溶液の色のほぼ 96% が除去されました。 これは、染料分子と吸着剤の間のイオン相互作用、およびアルキル基の疎水性相互作用によるものと考えられます。 しかし、V-CMN は、その構造内に存在するベンゼン環の静電反発のため、より良い結果を示せませんでした。

合成されたナノ吸着剤の吸着効率は、バングラデシュの繊維染色および履物工場からの 2 つの実際の廃水サンプルを使用して調査され、結果は光電比色計 (AE-11M) を使用して測定されました。 250 mL の各廃水サンプルを、pH 調整を行わずに、250 mL のサブサンプルに 0.5 g の合成ナノ吸着剤 (TPP-CMN および V-CMN) を適用して調査しました。 どちらの場合も、最も重要な結果は 1.5 時間の治療後に得られました。 実際の廃水サンプルの吸着速度は、有機汚染物質の混合物が存在するため、上記のモデル汚染物質のテストよりも遅い場合がありました7。

Cd (II)、Co (II)、Cu (II)、および Pb (II) イオンの吸着に TPP-CMN および V-CMN ナノ吸着剤を使用する利点を確認するため、他のキトサンを使用した重金属吸着の結果公表された研究からの修飾吸着剤を表 5 に示します。TPP-CMN および V-CMN は、他のすべての吸着剤よりも高い吸着容量を示します。これは、調製されたナノ吸着剤のより大きな比表面積に起因すると考えられます。 TPP-CMN と V-CMN のパフォーマンスが向上するもう 1 つの要因は、磁気分離の容易さである可能性があります。

この研究では、TPP-CMN および V-CMN ナノ吸着剤が簡単な方法で合成され、FTIR、XRD、TGA、PPMS、FE-SEM、EDX、BET 分析技術によって特性評価されました。 調製された TPP-CMN および V-CMN ナノ吸着剤は、実験室と履物からの実際の産業廃水の両方で、Cd (II)、Co (II)、Cu (II)、および Pb (II) イオンを含む廃水の処理に首尾よく適用されました。そして繊維の染色工場。 結果は、調査した吸着剤は、Cu (II) イオンと比較して Cd (II)、Co (II)、および Pb (II) の除去に優れており、それらの金属吸着能力は Pb (II) > Co (II) > Cd であることを示しています。 (II) > 銅 (II)。 しかし、除去率はいずれの場合も 90% かそれに近いものであり、これらの金属またはイオンを除去する実験で見つかった公表された結果よりもはるかに優れていました。 これは、金属と吸着材の性質に起因すると考えられます。 これらの比較的良好な結果を得るために、少量 (約 1.0 g/L) の合成ナノ吸着剤が使用されました。 これは、吸着剤表面に多数の活性部位があり、そこに重金属イオンが化学結合によって結合しているためである可能性があります。 ナノ吸着剤をリサイクルすると、TPP-CMN および V-CMN を最大 4 回リサイクルした後でも、高い吸着率 (> 80%) が維持されることがわかりました。 TPP-CMN の吸着平衡研究では、フロイントリヒ等温線モデルの予想が最もよく裏付けられましたが、ラングミュア モデルは V-CMN 結果のより良い予測因子であることが判明しました。 擬似二次反応速度論モデルは、吸着プロセスの速度論をより適切に予測するものでした。 熱力学パラメーターは、ナノ吸着剤/金属溶液界面での吸着プロセス中にますます秩序だった発熱反応を示しました。 最後に、調製されたままのナノ吸着剤は、Cr (II)、Zn (II)、Mn (II)、As (II) などの他の金属イオンの除去に効果的である可能性があり、また高い除去能力も備えています。有機汚染物質の吸着。

この研究には、倫理規定の対象となる人間や動物を対象とした研究は含まれていませんでした。

この作品には人間が登場しませんでした。

データはリクエストに応じて対応著者から入手できます。

ブイヤン、MAH 他バングラデシュのダッカにある皮なめし工業地帯のラグーンと運河の水における重金属汚染の考えられる原因の調査。 環境。 モニト。 評価。 175(1–4)、633–649。 https://doi.org/10.1007/s10661-010-1557-6 (2011)。

論文 CAS PubMed Google Scholar

アブドゥルカリーム、AS et al. 処理および官能化されたカーボンナノチューブを使用した電気めっき廃水からの金属イオン吸着の等温線、反応速度論、熱力学および機構。 Ｊ．Ｅｎｖｉｒｏｎ． 化学。 工学 11(1)、109180。https://doi.org/10.1016/J.JECE.2022.109180 (2023)。

記事 CAS Google Scholar

Fu, F. & Wang, Q. 廃水からの重金属イオンの除去: レビュー。 Ｊ．Ｅｎｖｉｒｏｎ． 管理。 92(3)、407–418。 https://doi.org/10.1016/j.jenvman.2010.11.011 (2011)。

記事 CAS Google Scholar

NK 州ソリマン & AF 州ムスタファ 重金属吸着の産業固形廃棄物の特徴と課題。 レビュー。 J. メーター。 解像度テクノロジー。 9(5)、10235–10253。 https://doi.org/10.1016/J.JMRT.2020.07.045 (2020)。

記事 CAS Google Scholar

Kurniawan, TA、Chan, GYS, Lo, WH & Babel, S. 重金属を含む廃水の物理化学的処理技術。 化学。 工学 J. 118(1-2)、83-98。 https://doi.org/10.1016/j.cej.2006.01.015 (2006)。

記事 CAS Google Scholar

Wang、YH、Lin、SH、Juang、RS さまざまな低コストの吸着剤を使用した水溶液からの重金属イオンの除去。 J.ハザード。 メーター。 102(2–3)、291–302。 https://doi.org/10.1016/S0304-3894(03)00218-8 (2003)。

論文 CAS PubMed Google Scholar

リヤット、MRIら。 磁気的にリサイクル可能なコアシェル構造の Co0.5Zn0.5Fe2O4@ポリアニリン ナノ複合材料: 安定性が高く、市販のアゾ染料および産業排水の光触媒分解が迅速に行われます。 反応してください。 キネット。 メカ。 カタル。 135(2)、1077–1098。 https://doi.org/10.1007/S11144-022-02182-1 (2022)。

記事 CAS Google Scholar

エグボシウバ、TC 他。 活性炭の最適化された表面積へのメチレンブルーの超音波による吸着強化: 吸着等温線、反応速度論および熱力学。 化学。 工学解像度デス。 153、315–336。 https://doi.org/10.1016/J.CHERD.2019.10.016 (2020)。

記事 CAS Google Scholar

エグボシウバ、TC 他。 化学工業廃水からの Pb(II) および Ni(II) の吸着のための多層カーボン ナノチューブの直径制御合成のタグチ最適化設計。 Chemosphere 266、128937。https://doi.org/10.1016/J.CHEMOSPHERE.2020.128937 (2021)。

論文 ADS CAS PubMed Google Scholar

カリフォルニア州ウコら地元の染色廃水から選択された重金属を除去するための MgO/WO3 ナノ吸着剤の吸着特性。 プロセスセーフ。 環境。 プロット。 162、775–794。 https://doi.org/10.1016/J.PSEP.2022.04.057 (2022)。

記事 CAS Google Scholar

エグボシウバ、TC 他。 KIAgNP による Cr(VI)、Ni(II)、Fe(II)、および Cd(II) イオンの吸着により、バッチおよび固定床プロセスで MWCNT が修飾されました。 科学。 議員11(1)、1-20。 https://doi.org/10.1038/s41598-020-79857-z (2021)。

記事 CAS Google Scholar

Egbosiuba、TC および Abdulkareem、AS バッチおよび固定床プロセスで銅 (II) および亜鉛 (II) イオンを吸着するための、合成のまま酸化された高効率多層カーボン ナノチューブ。 J. メーター。 解像度テクノロジー。 15、2848–2872。 https://doi.org/10.1016/J.JMRT.2021.09.094 (2021)。

記事 CAS Google Scholar

Aliyu, S. et al. 養殖池の排水処理用の多層カーボンナノチューブに銀をドープしたものの開発。 登録スタッド。 3月科学。 58、102797。https://doi.org/10.1016/J.RSMA.2022.102797 (2023)。

記事 Google Scholar

パン、B.ら。 水から汚染物質を除去するためのポリマーおよびポリマーベースのハイブリッド吸着剤の開発。 化学。 工学 J. 151(1-3)、19-29。 https://doi.org/10.1016/j.cej.2009.02.036 (2009)。

記事 CAS Google Scholar

Ignat, M.、Samoila, P.、Cojocaru, C.、Sacarescu, L.、Harabagiu, V. 廃水処理用の潜在的な吸着剤としてのキトサン被覆亜鉛フェライトナノ粒子の新規合成ルート。 化学。 工学共通。 203(12)、1591–1599。 https://doi.org/10.1080/00986445.2016.1185711 (2016)。

記事 CAS Google Scholar

Chomoucka, J. et al. 磁性ナノ粒子と標的薬物送達。 薬理学。 解像度 62(2)、144–149。 https://doi.org/10.1016/J.PHRS.2010.01.014 (2010)。

論文 CAS PubMed Google Scholar

Kumar, CSSR & Mohammad, F. ハイパーサーミアベースの治療と制御された薬物送達のための磁性ナノマテリアル。 上級医薬品の配送。 黙示録63(9)、789－808。 https://doi.org/10.1016/J.ADDR.2011.03.008 (2011)。

論文 CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Singh, J.、Srivastava, M.、Kalita, P. & Malhotra, BD コレステロール バイオセンサーとしての新規三元 NiFe2O4/CuO/FeO-キトサン ナノ複合材料。 プロセス生化学。 47(12)、2189–2198。 https://doi.org/10.1016/J.PROCBIO.2012.08.012 (2012)。

記事 CAS Google Scholar

Mohammed, L.、Gomaa, HG、Ragab, D. & Zhu, J. 環境および生物医学用途のための磁性ナノ粒子: レビュー。 粒子学 30、1–14。 https://doi.org/10.1016/J.PARTIC.2016.06.001 (2017)。

記事 CAS Google Scholar

戸倉 S. & 田村 H. キチンとキトサン。 比較グリコシ。 化学。 システム。 バイオル。 2–4、449–475。 https://doi.org/10.1016/B978-044451967-2/00127-6 (2007)。

記事 Google Scholar

Dutta、PK、Duta、J. & Tripathi、VS キチンとキトサン: 化学、特性、および用途。 J.Sci. インド研究所 (インド) 63(1)、20–31 (2004)。

CAS Google スカラー

Arbia, W.、Arbia, L.、Adour, L. & Amrane, A. 生物学的手法を使用した甲殻類の殻からのキチン抽出 - レビュー。 フードテクノロジー。 バイオテクノロジー。 51(1)、12–25 (2013)。

リナウド、M. キチンとキトサン: 特性と応用。 プログレスポリム。 科学。 31(7)、603–632。 https://doi.org/10.1016/j.progpolymsci.2006.06.001 (2006)。

記事 CAS Google Scholar

笠井 MR 各種 NMR 分光法によるキチンおよびキトサンの N-アセチル化度の測定: レビュー。 炭水化物。 ポリム。 79(4)、801–810。 https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2009.10.051 (2010)。

記事 CAS Google Scholar

Li、Z.、Ramay、HR、Hauch、KD、Xiao、D.、および Zhang、M. 骨組織工学用のキトサン - アルギン酸塩ハイブリッド足場。 バイオマテリアル 26(18)、3919–3928。 https://doi.org/10.1016/j.biomaterials.2004.09.062 (2005)。

論文 CAS PubMed Google Scholar

Wang, L.、Khor, E.、Wee, A. & Yong Lim, L. 創傷被覆材としてのキトサン - アルギン酸塩 PEC 膜: 切開創傷治癒の評価。 Ｊ．Ｂｉｏｍｅｄ． メーター。 解像度 https://doi.org/10.1002/jbm.10382 (2002)。

論文 PubMed Google Scholar

Xing, K. et al. Ceratocystis fimbriata に対する膜障害の誘発によるキトサンの殺菌効果。 炭水化物。 ポリム。 192、95–103。 https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2018.03.053 (2018)。

論文 CAS PubMed Google Scholar

El Knidri, H.、El Khalfaouy, R.、Laajeb, A.、Addaou, A. & Lahsini, A. マイクロ波照射によるエビ殻廃棄物からのキチンとキトサンの環境に優しい抽出と特性評価。 プロセスセーフ。 環境。 プロット。 104、395–405。 https://doi.org/10.1016/j.psep.2016.09.020 (2016)。

記事 CAS Google Scholar

Ni、S.ら。 Fe3O4 ナノ粒子の水熱合成とリチウムイオン電池への応用。 メーター。 レット。 63(30)、2701–2703。 https://doi.org/10.1016/J.MATLET.2009.09.047 (2009)。

記事 CAS Google Scholar

Ren, Y.、Abbood, HA、He, F.、Peng, H. & Huang, K. 磁性 EDTA 修飾キトサン/SiO2/Fe3O4 吸着剤: 重金属吸着における調製、特性評価、および応用。 化学。 工学ヨハネ 226, 300–311。 https://doi.org/10.1016/J.CEJ.2013.04.059 (2013)。

記事 CAS Google Scholar

Xue, S. et al. Fe3O4 ナノ粒子を酸化フミン酸で修飾することによる水中の重金属の吸着。 コロイドサーフ。 物理化学。 工学 Asp. 616、126333。https://doi.org/10.1016/J.COLSURFA.2021.126333 (2021)。

記事 CAS Google Scholar

ナルバンディアン、L.ら。 医療診断用途における磁性ナノ粒子: 合成、特性評価、タンパク質結合。 カー。 ナノサイエンス。 12(4)、455–468。 https://doi.org/10.2174/1573413712666151210230002 (2015)。

記事 ADS CAS Google Scholar

Pawlak, A. & Mucha, M. キトサン ブレンドの熱重量分析および FTIR 研究。 サーモチム。 Acta 396(1-2)、153-166。 https://doi.org/10.1016/S0040-6031(02)00523-3 (2003)。

記事 CAS Google Scholar

Lustriane, C.、Dwivany, FM、Suendo, V. & Reza, M. バナナ果実の収穫後の品質に対するキトサンおよびキトサン ナノ粒子の影響。 J.プラントバイオテクノロジー。 45(1)、36–44。 https://doi.org/10.5010/JPB.2018.45.1.036 (2018)。

記事 Google Scholar

Lima, HA、Marcus, F.、Lia, V. & Ramdayal, S. 薬物放出制御のための膜の調製と特性評価: 架橋剤の効果。 Ｊ．バイオメーター。 ナノバイオテクノロジー。 https://doi.org/10.4236/jbnb.2014.54025 (2014)。

記事 Google Scholar

ストロエスク、M.ら。 抗菌特性を持つキトサン-バニリン複合材料。 食品ハイドロコール。 48、62–71。 https://doi.org/10.1016/J.FOODHYD.2015.02.008 (2015)。

記事 CAS Google Scholar

Zhang、ZH、Han、Z.、Zeng、XA、Xiong、XY、Liu、YJ バニリンによる修飾によるキトサンフィルムの機械的特性の強化。 内部。 Ｊ．Ｂｉｏｌ． マクロモル。 81、638–643。 https://doi.org/10.1016/J.IJBIOMAC.2015.08.042 (2015)。

論文 CAS PubMed Google Scholar

Monshi, A.、Foroughi, MR & Monshi, MR XRD を使用してナノ結晶子サイズをより正確に推定するために Scherrer 方程式を修正しました。 World J. Nano Sci. 工学 02(03)、154–160。 https://doi.org/10.4236/wjnse.2012.23020 (2012)。

記事 ADS CAS Google Scholar

yin Li, G.、ren Jiang, Y.、long Huang, K.、Ding, P. & Chen, J. 磁性 Fe3O4 – キトサン ナノ粒子の調製と特性。 J. アロイズ Compd. 466(1-2)、451-456。 https://doi.org/10.1016/J.JALLCOM.2007.11.100 (2008)。

記事 Google Scholar

Ahmed, MES、Mohamed, HM、Mohamed, MI & Kandile, NG 持続可能な抗菌修飾キトサンとそのナノ粒子ヒドロゲル: 合成と特性評価。 内部。 Ｊ．Ｂｉｏｌ． マクロモル。 162、1388–1397。 https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2020.08.048 (2020)。

論文 CAS PubMed Google Scholar

Wanjun, T.、Cunxin, W. & Donghua, C. キチンとキトサンの熱分解に関する速度論的研究。 ポリム。 劣化する。 刺す。 87(3)、389–394。 https://doi.org/10.1016/J.POLYMDEGRADSTAB.2004.08.006 (2005)。

記事 Google Scholar

Bengisu, M. & Yilmaz, E. 炭素繊維誘導経路としてのキトサンの酸化と熱分解。 炭水化物。 ポリム。 50(2)、165–175。 https://doi.org/10.1016/S0144-8617(02)00018-8 (2002)。

記事 CAS Google Scholar

Cárdenas, G. & Miranda, SP キトサン複合フィルムの FTIR および TGA 研究。 J.チル。 化学。 社会 49(4)、291–295。 https://doi.org/10.4067/s0717-97072004000400005 (2004)。

記事 Google Scholar

Kittur, FS、Harish Prashanth, KV、Udaya Sankar, K. & Tharanathan, RN 示差走査熱量測定によるキチン、キトサンおよびそれらのカルボキシメチル誘導体の特性評価。 炭水化物。 ポリム。 49(2)、185–193。 https://doi.org/10.1016/S0144-8617(01)00320-4 (2002)。

記事 CAS Google Scholar

Ge、Y.ら。 高効率の細胞イメージングのための、蛍光修飾キトサンでコーティングされた磁性ナノ粒子。 ナノスケール解像度レット。 4(4)、287–295。 https://doi.org/10.1007/s11671-008-9239-9 (2009)。

論文 ADS CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Zhu, Y.、Zhao, W.、Chen, H. & Shi, J. 配向付着構造と磁気特性を備えたナノ多孔質で単分散の Fe3O4 粒子への簡単なワンポット自己組織化ルート。 Ｊ．Ｐｈｙｓ． 化学。 C 111(14)、5281–5285。 https://doi.org/10.1021/jp0676843 (2007)。

記事 CAS Google Scholar

Rafatullah, M.、Sulaiman, O.、Hashim, R. & Ahmad, A. メランティおがくずによる水溶液からの銅 (II)、クロム (III)、ニッケル (II) および鉛 (II) イオンの吸着。 J.ハザード。 メーター。 170(2–3)、969–977。 https://doi.org/10.1016/J.JHAZMAT.2009.05.066 (2009)。

論文 CAS PubMed Google Scholar

Mahmoud、ME、Yakout、AA、Abdel-Aal、H. & Osman、MM 鉛の生体蓄積および固相抽出用の高性能 SiO2 ナノ粒子固定化ペニシリウム フニクロサム。 バイオリソース。 テクノロジー。 106、125–132。 https://doi.org/10.1016/J.BIORTECH.2011.11.081 (2012)。

論文 CAS PubMed Google Scholar

Hao, YM, Man, C. & Hu, ZB アミノ官能化磁性ナノ粒子による水溶液からの Cu (II) イオンの効果的な除去。 J.ハザード。 メーター。 184(1-3)、392-399。 https://doi.org/10.1016/J.JHAZMAT.2010.08.048 (2010)。

論文 ADS CAS PubMed Google Scholar

Zhou、YT、Nie、HL、Branford-White、C.、He、ZY & Zhu、LM α-ケトグルタル酸で修飾されたキトサン被覆磁性ナノ粒子による水溶液からの Cu2+ の除去。 J. コロイド界面科学。 330(1)、29–37。 https://doi.org/10.1016/J.JCIS.2008.10.026 (2009)。

論文 ADS CAS PubMed Google Scholar

エグボシウバ、TC 他。 バッチおよび連続フローモードで廃水からヒ素、カドミウム、鉛を吸着するための、ゼロ価ニッケルナノ粒子で装飾された活性化多層カーボンナノチューブ。 J.ハザード。 メーター。 423、126993。https://doi.org/10.1016/J.JHAZMAT.2021.126993 (2022)。

論文 CAS PubMed Google Scholar

Zhao, M.、Huang, Z.、Wang, S. & Zhang, L. 新しいキトサンコーティング MoS2 生体吸着剤による水からの Au(III) の超高効率かつ選択的吸着: 性能とメカニズム。 化学。 工学 J. 401、126006。https://doi.org/10.1016/J.CEJ.2020.126006 (2020)。

記事 CAS Google Scholar

酸化鉄改質絹雲母アルギン酸塩ビーズ: 水溶液から As(V) および Pb(II) を除去するための持続可能な吸着剤。 Ｊ．Ｍｏｌ． リク。 改訂 240、497–503。 https://doi.org/10.1016/J.MILL.2017.05.086 (2017)。

記事 CAS Google Scholar

エグボシウバ、TC 他。 多層カーボン ナノチューブおよびカルボキシル化多層カーボン ナノチューブを使用して、産業廃水からの As(V) および Mn(VII) の吸着を強化します。 Chemosphere 254、126780。https://doi.org/10.1016/J.CHEMOSPHERE.2020.126780 (2020)。

論文 ADS CAS PubMed Google Scholar

Hosain, ANA、El Nemr, A.、El Sikaily, A.、Mahmoud, ME & Amira, MF ナノキトサンでコーティングされた磁性ナノ粒子の表面修飾と、Pb(II)、Cu(II)、および Cd(II) の除去におけるその応用。 Ｊ．Ｅｎｖｉｒｏｎ． 化学。 工学 8(5)、104316。https://doi.org/10.1016/j.jece.2020.104316 (2020)。

記事 CAS Google Scholar

El Nemr, A.、El-Sikaily, A.、Khaled, A. 籾殻活性炭へのメチレンブルーの吸着等温線のモデル化。 エジプト。 J.アクアット。 解像度 36(3)、403–425 (2010)。

Google スカラー

Liu, Y. & Liu, YJ 生体吸着等温線、反応速度論、熱力学。 9月、プリフ。 テクノロジー。 61(3)、229–242。 https://doi.org/10.1016/J.SEPPUR.2007.10.002 (2008)。

記事 CAS Google Scholar

Liu, T.、Yang, X.、Wang, ZL & Yan, X. 透過性反応性バリア内の電気めっき廃水から重金属を除去するための強化キトサン ビーズ担持 FeO ナノ粒子。 水耐性 47(17)、6691–6700。 https://doi.org/10.1016/J.WATRES.2013.09.006 (2013)。

論文 CAS PubMed Google Scholar

Sargin, I.、Kaya, M.、Arslan, G.、Baran, T. & Ceter, T. 生分解性花粉キトサン マイクロカプセルの調製と特性評価、および重金属除去におけるその応用。 バイオリソース。 テクノロジー。 177、1-7。 https://doi.org/10.1016/J.BIORTECH.2014.11.067 (2015)。

論文 CAS PubMed Google Scholar

Srivastava, V.、Sharma, YC & Sillanpää, M. NiO ナノ粒子への吸着による合成廃水からの Co(II) 除去の最適化のための応答曲面法の適用。 Ｊ．Ｍｏｌ． リク。 211、613–620。 https://doi.org/10.1016/J.MOLLIQ.2015.07.056 (2015)。

記事 CAS Google Scholar

Legrouri, K. et al. 糖蜜由来の活性炭による Cr (VI)、Pb (II)、および Cu (II) の吸着効率: メカニズムの研究。 化学。 内部。 3（8月）、201–310（2017）。

Google スカラー

Tang, S. et al. 物理架橋キトサン/アルギン酸ナトリウム/カルシウムイオン二重ネットワークハイドロゲルの構築と重金属イオン除去への応用。 化学。 工学 J. 393、124728。https://doi.org/10.1016/J.CEJ.2020.124728 (2020)。

記事 CAS Google Scholar

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著者は、この原稿の準備中に資金、助成金、その他の支援を受けていないことを宣言します。

応用化学および化学工学部、ラジシャヒ大学、ラジシャヒ、6205、バングラデシュ

ディペシュ・チャンドラ医師タムジッド・ホセイン・モラ、メリーランド州アブル・バシャール、メリーランド州スーマン・イスラム＆MD. シャミーム・アサン

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DC および Md.SA: 概念化、方法論、調査、監督、原案作成、レビューおよび編集。 Md.THM、Md.AB、Md.SI: 実験装置の試運転と論文の批判。 すべての著者は、出版のためにこの原稿を提出することに同意しました。

シャミーム・アサン医師への手紙。

著者らは競合する利害関係を宣言していません。

シュプリンガー ネイチャーは、発行された地図および所属機関における管轄権の主張に関して中立を保ちます。

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転載と許可

Chandra, D.、Molla, MTH、Bashar, MA 他。 キトサンベースのナノ吸着剤:廃水からの Cd (II)、Co (II)、Cu (II)、および Pb (II) イオンの除去における合成、表面改質、特性評価および応用。 Sci Rep 13、6050 (2023)。 https://doi.org/10.1038/s41598-023-32847-3

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受信日: 2022 年 12 月 9 日

受理日: 2023 年 4 月 3 日

公開日: 2023 年 4 月 13 日

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