エレクトロスピニングされた酢酸セルロース/EDTA で修飾された活性炭複合体 (rC/AC)

Scientific Reports volume 13、記事番号: 9919 (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、メチレンブルー (MB) 色素を除去するために、活性炭と EDTA 試薬で官能化された rC/AC3.7 を組み込んだ再生セルロース ナノファイバーを作製しました。 rC/AC3.7 は、酢酸セルロース (CA) を活性炭 (AC) 溶液でエレクトロスピニングし、続いて脱アセチル化することによって作製されました。 化学構造を証明するために FT-IR 分光法が適用されました。 対照的に、BET、SEM、TGA、DSC 分析を適用して、rC/AC3.7-EDTA の繊維直径と構造形態、熱特性と表面特性を研究しました。 CA の脱アセチル化に成功し、再生セルロース ナノファイバー/活性炭が得られ、その後、エチレンジアミン四酢酸二無水物を使用して、作製されたナノファイバー複合材料を官能化しました。 rC/AC3.7-EDTA、rC/AC5.5-EDTA、およびrC/AC6.7-EDTAのMB色素の吸着をテストしたところ、最大除去率はそれぞれ97.48、90.44、94.17%に達しました。 rC/AC3.7-EDTA での MB 色素のバッチ吸収実験に最適な環境は、pH 7、吸着剤の用量 2 g/L、接触時間 180 分間の MB 色素の開始濃度 20 mg/L でした。最大除去率は 99.14%。 最適な等温モデルは Temkin と Hasely です。 等温線モデルの結果は、ラングミュア等温線モデル (LIM) の適用可能性を示しています。 線形 LIM から決定される最大単層容量 Qm は、0.5 g/L の rC/AC3.7-EDTA に対して 60.61 です。 ただし、誤差関数の研究の結果に基づくと、一般化等温線モデルの精度が最も低くなります。 速度論モデルの研究によって得られたデータは、吸収システムが吸収期間全体を通じて擬似二次速度論モデル (PSOM) に従うことを明らかにしました。

染料やその他の化学物質を含む多くの汚染物質は水域に廃棄され、その高い毒性により深刻な環境汚染を引き起こしたり、人間や他の生物の健康に害を及ぼします1、2、3。 染料は、繊維、写真、紙印刷、化粧品、皮革染色、食品、ゴム、プラスチック、製薬産業に関わるいくつかの工業プロセスで製品を着色するために使用されています4、5、6。 生成された染料の約 10 ～ 15% が染色中に廃液として放出されます 7,8。 メチレンブルー (MB) 染料は、化学式 C16H18N3SCl を持つカチオン染料であり、化学分析指示薬、シアン中毒の治療薬、生物学的側面、水産養殖などに使用されてきました9,10。 MB 染料の廃液は、肥沃な人間の健康、漁業、農地に重大な損害を与える可能性があります11。 染料を除去するには、化学的修復、吸着、凝集、生物学的処理、電気化学、沈殿、凝固、高度な酸化、光触媒などのさまざまな方法が使用されます8、12、13、14。 水から染料を取り込む最も効率的な方法は、生物学的分解、化学的修復、および吸着です15。 しかし、これらの方法の中には、生物学的分解の生物効率が低いなどの限界があり、化学的修復方法は高価であり、複合色素には適さない16。 吸着技術は、望ましくない有毒染料を除去するための最も効率的で、取り扱いが容易で、可逆性があり、低コストで、便利なリサイクルと安全な方法であると報告されています8,17。 セルロースは、数百から数千のβ結合 D-グルコース単位からなる、天然に最も豊富な多糖生体材料です18、19、20。 再生可能、環境に優しく、費用対効果が高く、非毒性、生分解性、生体適合性、優れた結晶化度、異常な重合度、高さの引張強度、高結晶性、そして高い比表面積を持っています21、22、23。 エレクトロスピニングによる酢酸セルロースとナノクレイ複合材料に関する注目すべき研究が行われました。 しかし、汚染物質を除去するために酢酸セルロースと粘土を適切に使用するための効果的なアプローチはまだ不足しています24、25、26。