lの吸着性能向上

Scientific Reports volume 13、記事番号: 10860 (2023) この記事を引用

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メトリクスの詳細

本研究では、もみ殻（RH）を利用してアスコルビン酸（AA）を吸着する磁気吸着剤を調製しました。 磁性剤は塩化鉄(III) (FeCl3) です。 400 ～ 800 ppm の範囲の酸濃度、0.5 ～ 1 g の範囲の吸着剤投与量、および 10 ～ 130 分の範囲の接触時間の影響が研究されました。 ラングミュア モデルは、温度 15、25、および 35 °C でそれぞれ 0.9982、0.9996、および 0.9985 という最も高い R2 を持ち、これらの温度での qmax 値は 19.157、31.34、および 38.75 mg/g と計算されました。それぞれ。 擬似二次反応速度論モデルは実験結果と最も良く一致しました。 この反応速度論モデルでは、酸濃度 418、600、および 718 ppm で、q の値はそれぞれ 36.496、45.248、および 49.019 mg/g と測定されました。 ΔHo とΔSo の値は、それぞれ 31.972 kJ/mol と 120.253 kJ/mol K と測定され、AA の吸着の吸熱性と不規則性が証明されました。 さらに,デザインエキスパートソフトウェアの最適条件は,酸濃度486.929ppm,吸着剤投与量0.875g,接触時間105.397分であり,これらの条件における吸着効率は92.94%と測定された。 RH および修飾 RH の表面積は、それぞれ 98.17 および 120.23 m2/g と測定され、これら 2 つの吸着剤の表面積が大きいことが確認されました。

ビタミンは、製薬、化粧品、食品業界で広く使用されています1。 ビタミンの種類は、脂肪と水への溶解度の観点から 2 つのクラスに分類されます。 水溶性ビタミンは、チアミン (B1)、リボフラビン (B2)、ナイアシン (B3)、ピリドキシン (B6)、パントテン酸 (B5)、ビオチン (B7)、葉酸 (B9)、シアノコバラミン (B12) およびビタミンです。 C. ビタミン C または l-アスコルビン酸 (AA) は、細胞や組織にダメージを与える体内のラジカル反応を防ぐ、顕著な抗酸化特性を持つ必須ビタミンの 1 つです。 したがって、このビタミンは免疫システムを高めることができます2。 欠乏すると、がん、心臓病、白内障などの不治の病気のリスクを引き起こす可能性があります3、4、5。 ビタミンCはpH6が低いため、食品中の微生物の活動を防ぐことができます。 それにもかかわらず、人間の体のメカニズムは、L-グルコノラクトン酵素が欠如しているためビタミンCを生成できず、この重要な物質を体内に保持することができません。 したがって、このビタミンの十分な量は、柑橘系の果物、ベリー、ジャガイモ、トマト、ピーマン、ブロッコリー、ほうれん草などの食品を食べることによって体内に入る必要があります7。 さまざまな産業で使用される生体分子などの生理活性化合物は合成されたものが多く、バイオテクノロジーや化学プロセスのさまざまな段階で生成されます。 したがって、このビタミンを水溶液から分離および精製することは避けられません。

多様な分離手順が存在します。 これらの手順にはそれぞれ多くの欠点があり、分離プロセス中に問題が発生する可能性があります。 たとえば、沈殿法では低濃度の金属イオンを処理できず、またこの方法では無駄な物質が大量に生成される可能性があります。 微生物電気化学技術（MET）は優れた除去率を持っていますが、金属イオンの除去には長時間を要します。 さらに、イオン交換手順での樹脂の価格は法外に高価です8。 分離技術の中でも、吸着は、性能が簡単で収率が高く、回収が容易で、価格も手頃であるため、よく知られた方法の 1 つです。 したがって、この研究ではバッチ吸着法が選択されました。 活性炭9、果物廃棄物10、鉱物物質11、12、13、14、微生物15、廃棄物16、ポリマー17などの汚染水から金属イオンを除去するための吸着剤として、数種類の試薬が利用されています。 この研究では、農業廃棄物の一種を天然吸着剤として使用しました。 食品および農作物廃棄物の年間生産量は大幅に増加しているため、食品廃棄物を管理することが重要です18。 この課題を回避するには、食品廃棄物を有益な材料に変換することができます。 農業廃棄物の再利用は、便利で経済的なアプローチとして提案されています。 バナナの皮、オレンジの皮、もみ殻 (RH)、茶パルプ、クルミの殻 19、モンモリロナイト粘土 20、鶏のくちばし 21、ゼオライト 22 などの農業廃棄物は、望ましい性能と低価格のため、これらの材料は大きな注目を集めています。 。 また、ポリマー、金属水酸化物、酸、鉄、キサンテートなどの他の化学物質など、さまざまな試薬を吸着剤の構造にグラフトして性能を向上させることもできます23、24。 未加工の吸着剤に対する修飾された吸着剤の優位性を実証する貴重な研究のいくつかを以下に示します。 フォロウタンら。 水から銅イオンを除去するために、クルミの殻 (WSA) と WSA/スターチ/Fe3O4 を使用しました。 銅イオンの取り込み能力は、WSA および WSA/デンプン/Fe3O4 についてそれぞれ 29 および 45.4 mg/g に達しました 19。 アフマディら。 は、廃水からメチレンブルー (MB) とメチルバイオレット (MV) を除去するために、モンモリロナイト粘土 (MC) と MC/デンプン/CoFe2O4 を使用しました。 MC および MC/デンプン/CoFe2O4 ナノ複合材料を使用した MV の取り込み容量は、それぞれ 29.76 および 43.95 mg/g であり、これらの吸着剤を使用した MB の取り込み収着容量は、それぞれ 31.96 および 47.51 mg/g でした 20。 フォロウタンら。 は、ヒドロキシアパタイト (HApB) を含むニワトリのくちばしと、ゼオライト性イミダゾレート フレームワーク 8 (ZIF-8) で修飾されたニワトリのくちばしの、水からのニッケル イオンの除去性能を研究しました。 ニッケルイオンの取り込み能力は、HApB および HApB/ZIF-8 を使用して、それぞれ 24.27 および 63.49 mg/g と得られています 21。 サヴァリら。 は、パルス状および連続超音波処理下でゼオライト-ジルコニウムを使用して水からフッ化物の除去を研究しました。 フッ化物の取り込み能力は、パルス状態および連続状態でそれぞれ 32.98 および 31.73 mg/g と計算されています 22。 磁性粒子による修飾は、他の修飾剤と比較して、取り込み能力に最も大きな影響を与えると結論付けられました。 磁性材料、特に磁性バイオ炭は、汚染物質と酸素含有官能基の間の静電引力によって汚染物質を除去できる炭素のカテゴリーに属します。 さらに、最小限の酸素供給で磁性バイオ炭を生成すると、ナノカーボン材料と比較してはるかに小さい黒鉛ドメインにより、この吸着剤の結晶構造が増加します。 磁性材料には、(1) ワンステップで合成できるため、エネルギー損失が少ない、(2) 表面積、吸着能力が高く、表面反応性が高いため、柔軟で独特な性質を持ち、 (3) これらは経済的で費用対効果の高い吸着剤としてよく知られており、(4) 有毒ガス、金属イオン、およびその他の汚染物質の濃度を劇的に低減することができます25。