改質ブルーコークスの六価クロム吸着性能に関する研究

Scientific Reports volume 13、記事番号: 7223 (2023) この記事を引用

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メトリクスの詳細

水域における六価クロム (Cr(VI)) 汚染の問題を解決するために、青色コークス粉末 (LC) を水酸化カリウムを使用して化学的に変化させて改質材 (GLC) を作成し、それを Cr(VI) の処理に使用しました。 -含有廃水溶液。 改質ブルーコークスと未改質ブルーコークスの Cr(VI) 吸着特性の違いを研究し、GLC の吸着性能に対する pH、開始溶液濃度、吸着期間の影響を調査しました。 GLC の吸着挙動は等温吸着モデル、速度論モデル、吸着熱力学解析を用いて解析されました。 GLC による Cr(VI) の吸着機構は、フーリエ変換赤外分光法 (FTIR)、電界放射型走査電子顕微鏡 (FE-SEM)、X 線回折 (XRD)、X 線光電子などの特性評価技術を使用して研究されました。分光法 (XPS)。 pH = 2 での除去速度の最大の差は LC の 2.42 倍であり、バッチ吸着実験では、同じ吸着条件下では GLC が常に LC よりも優れた性能を発揮することが明らかになりました。 GLC は、比表面積が LC の 3 倍、平均細孔直径が LC の 0.67 倍であり、LC よりも多孔質な構造を持っています。 この変更により、LC の構造構成が変化し、GLC 表面のヒドロキシルの数が大幅に増加しました。 Cr(VI) を除去するための理想的な pH は 2 で、理想的な GLC 吸着剤の用量は 2.0 g/L でした。 擬二次反応速度論 (PSO) モデルと Redlich-Peterson (RP) モデルは、Cr(VI) に対する GLC の吸着挙動を効果的に記述することができます。 物理的吸着と化学的吸着が連携して、酸化還元プロセスが重要な役割を果たしながら、自発的、発熱的、エントロピー増大のプロセスで GLC によって Cr(VI) を除去します。 GLC は、水溶液から Cr(VI) を除去するために使用できる強力な吸着剤です。

近年、工業、農業、都市化の急速な発展に伴い、環境保護問題は広く社会の関心を呼んでいます1。 重要な工業用材料であるクロムは、製紙、電気メッキ、染料製造、皮革なめし、塗装などのプロセスで広く使用されています2、3。 大量のクロム含有廃棄物が環境中に放出されると、深刻な環境汚染が発生する可能性があります。 クロムは主に Cr(VI) および Cr(III)4 の形で自然界に存在します。 Cr2O72- や HCr2O7- などの Cr(VI) は毒性が高く、移動しやすいのに対し、Cr(III) は水への溶解度が低く、流動性が低く、生物放出性が低い 5,6。 クロム汚染管理の主なターゲットは Cr(VI) です。Cr(VI) は代謝過程で人体に蓄積する傾向があり、皮膚の炎症や肺がんなどの一連の健康上の問題を引き起こす可能性があります 7,8。 Cr(VI) 汚染によって引き起こされる問題を解決するために、研究者は化学還元、吸着、バイオレメディエーション、電気凝固などを含む Cr(VI) を処理するためのさまざまな方法を開発してきました9。 中でも吸着法は、経済性、高効率、実現可能性などの利点から注目を集めている10。 吸着剤としての炭素材料は、表面積が大きく、官能基が豊富で、化学的安定性が優れているため、重金属の除去に広く使用されています5。

持続可能性と保全を考慮すると、廃水処理には、入手可能な産業廃棄物と同様に、コスト効率の高い炭素吸着剤が実用的な選択肢となります11。 ブルーコークスは、揮発性の高い成分を含む非固結石炭または弱固結石炭を低温で熱分解して製造されるセミコークスの一種であり、石炭をクリーンに利用した製品です12。 これは、合金鉄や炭化カルシウムの製造用の還元剤として、高炉用のジェット原料として、また産業用と公共用のクリーン燃料として広く使用されています13。 通常、粒径が 6 mm12 を超える粒状コークスです。 粉末のセミコークスはブルーコークスの製造と加工の副産物であり、廃棄されるか、安価に販売されます14。 しかし、低価格、高カロリー、エネルギーを回収し、吸収された難燃性汚染物質を除去するためのコークス炉の燃料として使用できる能力により、最近では人気のある吸着剤となっています15。 活性炭（AC）の製造コストは、プロセスに 5% の粉末ブルーコークスを追加することにより、約 500 CNY t-1 削減できます16。 それにもかかわらず、原料粉末コークスは、その限られた表面積と、非選択的吸着剤および非反応性化学物質としての性質のため、あまり使用されません17。 強力な吸着剤であるため、使用前に修飾する必要があります。 粉末ブルーコークスは、複数の開口と大きな比の表面を使用すると、良好な吸着性能と負荷関数を発揮できることがわかりました18。 しかし、目的とする吸着質の特徴が青色コークス粉末の改質方法に影響を与える可能性がある19。 十分な官能基と高い比表面積を提供することにより、Cr(VI) を廃水から除去できます。