クルミを使用した廃水からのクロムの迅速な吸着除去

Scientific Reports volume 13、記事番号: 6859 (2023) この記事を引用

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メトリクスの詳細

重金属イオンを含む産業排水による水資源の汚染と、農業や食品産業からの固形廃棄物の管理は深刻な問題です。 この研究は、水性媒体から Cr(VI) を隔離するための効果的で環境に優しい生体吸着剤としての廃棄クルミ殻の価値化を示しています。 天然クルミ殻粉末 (NWP) をアルカリ (AWP) とクエン酸 (CWP) で化学修飾して、BET 分析で確認されたように、活性中心として細孔を豊富に利用できる修飾生体吸着剤を得ました。 バッチ吸着研究中、Cr(VI) 吸着のプロセス パラメーターは pH 2.0 で最適化されました。 吸着データを等温線および速度論モデルに当てはめて、さまざまな吸着パラメータを計算しました。 Cr(VI) の吸着パターンは、生体吸着剤の表面での吸着質単層の形成を示唆するラングミュア モデルによってよく説明されました。 Cr(VI) の最大吸着容量 qm は、CWP (75.26 mg/g) で達成され、続いて AWP (69.56 mg/g)、NWP (64.82 mg/g) でした。 水酸化ナトリウムとクエン酸で処理すると、生体吸着剤の吸着効率がそれぞれ 4.5% と 8.2% 向上しました。 最適化されたプロセスパラメーターの下では、吸熱および自発吸着が擬似二次反応速度論を追跡することが観察されました。 したがって、化学的に修飾されたクルミ殻粉末は、水溶液からの Cr(VI) の環境に優しい吸着剤となり得る。

非分解性で残留性の重金属を含むさまざまな加工産業から発生する廃水による水汚染は、環境への深刻な悪影響により世界的な懸念となっています1。 As、Pb、Cr、Hg、Ni などの重金属は非生分解性で有毒であり、生物蓄積傾向があるため環境中に残留し、食物連鎖に入ると生物に深刻な健康問題を引き起こします2。 主に Cr(VI) としての Cr は、鉱業、金属仕上げ、繊維、電気メッキ、皮革産業によって生成される最も一般的な水汚染物質の 1 つです3、4、5。 WHO の規制によれば、飲料水および産業廃水中の安全で許容される Cr(VI) 濃度は、それぞれ 0.05 mg/L および 0.5 mg/L です5。 Cr(VI) は水に溶けやすく、経皮および経口暴露を通じて人体に侵入する可能性があります。 これは非常に有毒であり、長期間暴露すると発がん性があるため、廃棄する前に廃液から除去する必要があります6。

Cr(VI) の隔離に関して報告されている従来の技術には、溶媒抽出 7、濾過 8、還元 9、沈殿 10、およびイオン交換 11 が含まれます。 それでも、これらの方法は、エネルギーとコストがかかる機器、危険な化学試薬が必要なため、適用可能性が限られており、場合によっては、その適用が二次汚染を引き起こす12。 生成された固形物やスラッジの監視と廃棄には追加の労力が必要であり、そのプロセスにより処理が不完全になり、大量処理への適合性が制限される可能性があります12。 生体吸着は、生分解性で安価な材料を使用する、シンプルで操作が簡単、費用対効果が高く、環境に優しい技術と考えられています13。 これらの物質には、動物の排泄物（廃卵の殻や骨）14、微生物バイオマス（藻類や細菌）5、農業廃棄物（樹皮、葉、果物の皮、種子、殻、殻、わらなど）15が含まれます。 生体吸着剤の効率は、酸および塩基を用いた化学処理によって高めることができ、その結果、生体吸着剤の表面に存在する官能基が修飾され、活性部位が強化されます 16。

農業廃棄物は、重金属イオン、医薬品、染料、芳香族化合物などの汚染物質に対する顕著な吸着能力を備え、低コスト、再生可能、生分解性で環境に優しい生体吸着剤として認識されています17。 生物吸着剤としての農業廃棄物は、農業経営、家庭での食品調理、工業的食品加工によって発生するこの増え続ける廃棄物を効率的に管理し、利用するための持続可能なソリューションも提供します18。 農業廃棄物は、リグノセルロース系物質の豊富な供給源です。 リグニン、セルロース、ヘミセルロース、ペクチン、タンパク質、フラボノイド、テルペノイド、および金属イオンに対して高い親和性を持つポリヒドロキシ、カルボキシ、アミン、およびアルデヒド官能基を有する他の二次代謝産物15。 もみ殻 19、小麦ふすま 20、パーム核殻 21、アンズの種子 16、落花生の皮 22、葉 1、果物と野菜の皮 23、野菜廃棄物 24、および乾燥粉末または灰としてのバガス 25 を含む農業廃棄物は、難分解性有機化合物および有機化合物に対する効果的な吸着剤として報告されています。重金属イオンは、吸着効率が高く、分離と再生が容易であるためです26,27。