Исследование адсорбции шестивалентного хрома композиционным материалом, приготовленным на основе железа

Научные отчеты, том 13, Номер статьи: 135 (2023) Цитировать эту статью

820 Доступов

1 Цитаты

Подробности о метриках

Новый адсорбент с функцией удаления хрома был синтезирован углеродно-термическим методом с использованием железосодержащих отходов Фентона и углеродсодержащей золы твердых отходов для очистки сточных вод с высоким pH, образующихся в результате промышленных процессов. Результаты показали, что использованный адсорбент Т = 273,15 К, рН = 10, t = 1200 мин, С0 = 100 мг/л, имел скорость удаления Cr(VI) более 80 %, а адсорбционная емкость могла достигать 393,79 мг/г. Результаты характеризации показывают, что синтезированный мезопористый легированный азотом композиционный материал имеет большую удельную поверхность и мезопористую структуру, а поверхность материала богата кислородсодержащими функциональными группами и активными центрами. По сравнению с другими исследованиями адсорбционная способность материала больше, что указывает на то, что эффект удаления Cr(VI) в этом исследовании лучше. Результаты кинетики адсорбции показывают, что адсорбция подчиняется псевдовторой кинетической модели, а процесс адсорбции представляет собой хемосорбцию, включающую совместное использование электронов или электронный обмен. В этом эксперименте был разработан простой метод синтеза мезопористых композитов, легированных азотом, с использованием твердых промышленных отходов, сырья из дешевых и легко доступных твердых промышленных отходов, а также решены двойные проблемы тяжелых металлов в сточных водах и твердых отходах, что дает новую идею для использование ресурсов осадка Фентона без образования вторичного загрязнения.

Хром и его соединения широко используются в дублении, текстиле, гальванике, красителях, топливе и консервации древесины1. Применение хрома и его соединений неизбежно вызвало ряд загрязнений, одновременно способствуя быстрому экономическому росту2. Cr(VI) в основном содержится в воде и является типичным загрязнителем с высокой токсичностью и подвижностью. Cr(VI) существует в разных формах при разных значениях pH, причем HcrO4- доминирует в условиях низкого pH и CrO42- в условиях высокого pH. Cr(VI) в 500 раз более токсичен, чем Cr(III), и является одним из трех международно признанных канцерогенных металлов. Хром представляет серьезную угрозу для водных организмов и здоровья человека, поэтому удаление хрома из сточных вод необходимо и срочно3. Среди многих методов удаления хрома адсорбция в настоящее время является эффективным и экономичным решением благодаря высокой скорости удаления, высокому потенциалу регенерации, низкой начальной стоимости, простой конструкции и простоте эксплуатации4. На рынке присутствуют различные адсорбенты, такие как оксиды металлов, активированный уголь и биоматериалы. Среди этих адсорбентов углеродные материалы имеют большое предпочтение из-за разнообразия сырья и низкой стоимости и считаются наиболее перспективными материалами для удаления тяжелых металлов5. Однако многие адсорбенты в настоящее время имеют определенные недостатки, такие как плохая адсорбционная способность и низкая скорость адсорбции, что ограничивает применение и развитие адсорбентов и, следовательно, соответствует необходимости разработки адсорбентов с лучшей адсорбционной способностью и меньшими производственными затратами для очистки хромсодержащих сточных вод6. .

Отходы и побочные продукты промышленных процессов рассматриваются как один из источников дешевых адсорбентов7. Летучая зола может не только решить проблему загрязнения отходами, но и значительно снизить стоимость изготовления мезопористых композитов, легированных азотом. Летучая зола — это тип твердых промышленных отходов, образующихся при сжигании различных органических и неорганических компонентов в процессе производства электроэнергии на угле при температуре от 1200 до 1700 °C. Годовое производство летучей золы в мире составляет около 450 миллионов тонн, а годовое производство в Китае — около 100 миллионов тонн. В настоящее время метод очистки заключается в основном в накоплении, а неправильное обращение может привести к загрязнению воздуха, воды и почвы, что наносит вред окружающей среде и экологии8. Шлам Фентона — это своего рода опасные отходы, образующиеся в процессе Фентона, которые в основном состоят из ионов железа и требуют надлежащего обращения. В основном его удаляют путем сжигания или захоронения, но он вызывает вторичное загрязнение окружающей среды. Он считается потенциальным ресурсом из-за высокого содержания железа, и многие исследования были посвящены его переработке в ресурсы для вторичного использования. Йе и др.9 использовали пиролиз для преобразования осадка Фентона в биоуголь на основе магнитного ила, который использовался в качестве катализатора для активации перекиси водорода для удаления метиленового синего из сточных вод, и это исследование показало, что каталитическая способность приготовленного катализатора может поддерживаться на уровне 88,13% и способен разлагать 98,56% из 100 мг/л метиленового синего в течение 3 минут, что является экономически эффективным, безопасным и очень безопасным для окружающей среды. Тонг и др.10 использовали осадок Фентона для синтеза амида водорода одностадийным гидротермальным методом и использовали его для адсорбции Pb2+ и обнаружили, что его адсорбционная способность может достигать 359,83 мг/л с хорошими результатами. Это исследование предлагает способ использования ресурсов летучей золы и осадка Фентона. В традиционном синтезе активированного угля для анаэробной карбонизации используется богатое углеродом сырье, а в мезопористых композитах, легированных азотом, на основе твердых отходов используется многократно нагреваемый углерод для регенерации соединений железа и углеродсодержащих соединений11. Высокая стоимость и экологические риски ограничивают развитие традиционных методов. Мезопористые композиты, легированные азотом, стали одним из направлений исследований в области очистки хромсодержащих сточных вод из-за их низкой стоимости и экологических преимуществ. Ил Фентона имеет высокое содержание железа и может служить источником железа для приготовления мезопористых композитов, легированных азотом11,12,13,14, в то время как используемая летучая зола имеет высокое содержание углерода и может служить источником углерода для приготовления материал; следовательно, теоретически возможно использовать ил Фентона и летучую золу для приготовления мезопористых композитов, легированных азотом.