Улучшение адсорбционных характеристик л

Научные отчеты, том 13, Номер статьи: 10860 (2023) Цитировать эту статью

380 Доступов

Подробности о метриках

В данном исследовании рисовая шелуха (РШ) была использована для приготовления магнитного адсорбента для адсорбции аскорбиновой кислоты (АК). Магнитный агент – хлорид железа(III) (FeCl3). Изучено влияние концентрации кислоты в диапазоне 400–800 ppm, дозировки адсорбента в диапазоне 0,5–1 г и времени контакта в диапазоне 10–130 мин. Модель Ленгмюра имела самые высокие значения R2 0,9982, 0,9996 и 0,9985 при температуре 15, 25 и 35 °C соответственно, а значения qmax при этих температурах были рассчитаны как 19,157, 31,34 и 38,75 мг/г. соответственно. Наилучшее согласие с экспериментальными результатами имела кинетическая модель псевдовторого порядка. В этой кинетической модели значения q были измерены как 36,496, 45,248 и 49,019 мг/г при концентрации кислоты 418, 600 и 718 ppm соответственно. Значения ΔHo и ΔSo составили 31,972 кДж/моль и 120,253 кДж/моль К соответственно, что подтверждает эндотермический и неравномерный характер адсорбции АК. Кроме того, в расчетно-экспертной программе получены оптимальные условия: концентрация кислоты 486,929 ppm, дозировка адсорбента 0,875 г, время контакта 105,397 мин, эффективность адсорбции в этих условиях определена на уровне 92,94%. Определенная площадь поверхности РА и модифицированного РА составила 98,17 и 120,23 м2/г соответственно, что подтверждает высокую площадь поверхности этих двух адсорбентов.

Витамины широко используются в фармацевтической, косметической и пищевой промышленности1. Виды витаминов делятся на два класса с учетом их растворимости в жире и воде. Растворимые витамины в воде: тиамин (В1), рибофлавин (В2), ниацин (В3), пиридоксин (В6), пантотеновая кислота (В5), биотин (В7), фолиевая кислота (В9), цианокобаламин (В12) и витамины. C. Витамин С или L-аскорбиновая кислота (АА) является одним из важнейших витаминов, обладающих замечательными антиоксидантными свойствами, которые могут предотвратить радикальные реакции в организме, которые повреждают клетки и ткани. Таким образом, этот витамин может повысить иммунитет2. Его дефицит может вызвать риск неизлечимых заболеваний, таких как рак, болезни сердца и катаракта3,4,5. Витамин С способен предотвращать микробную активность в пище благодаря низкому значению pH6. Тем не менее, организм человека не способен вырабатывать витамин С из-за отсутствия фермента l-глюконолактона и не может удерживать этот жизненно важный агент в организме. Следовательно, адекватное содержание этого витамина должно поступать в организм при употреблении в пищу некоторых продуктов, таких как цитрусовые, ягоды, картофель, помидоры, перец, брокколи и шпинат7. Биоактивные соединения, такие как биомолекулы, используемые в различных отраслях промышленности, часто являются синтетическими и производятся на различных стадиях биотехнологических и химических процессов. Поэтому выделение и очистка этого витамина из водного раствора неизбежны.

Существуют различные процедуры разделения. Каждая из этих процедур имеет ряд недостатков и может вызвать проблемы в процессе разделения. Например, процедура осаждения не может справиться с низкой концентрацией ионов металлов, и этот метод также может широко производить бесполезные материалы; микробная электрохимическая технология (МЕТ) обладает замечательной эффективностью удаления, однако этот метод требует длительного периода времени для удаления ионов металлов; к тому же цена смол в ионообменной процедуре заоблачная8. Среди методов разделения адсорбция является одним из хорошо известных методов благодаря простоте выполнения, огромному выходу, легкому извлечению и подходящей цене. Поэтому для данного исследования был выбран метод периодической адсорбции. В качестве адсорбента для удаления ионов металлов из загрязненной воды используются несколько типов реагентов, таких как активированный уголь9, фруктовые отходы10, минеральные вещества11,12,13,14, микробы15, отходы16 и полимеры17. В данном исследовании в качестве природного адсорбента использовались сельскохозяйственные отходы. Ежегодное производство пищевых и сельскохозяйственных отходов значительно увеличивается, поэтому крайне важно управлять пищевыми отходами18. Чтобы избежать этой проблемы, пищевые отходы можно превратить в полезные материалы. Повторное использование сельскохозяйственных отходов предлагается как удобный и экономичный подход. Благодаря желаемым характеристикам и низкой цене сельскохозяйственных отходов, таких как банановая кожура, апельсиновая цедра, рисовая шелуха (RH), чайная мякоть, скорлупа грецкого ореха19, монтмориллонитовая глина20, куриный клюв21, цеолит22 и т. д., эти материалы привлекли большое внимание. . Кроме того, в структуру адсорбентов можно привить различные реагенты для улучшения их характеристик, такие как полимеры, гидроксиды металлов, кислоты, железо и другие химические материалы, такие как ксантогенат23,24. Некоторые ценные работы, демонстрирующие превосходство модифицированного адсорбента над необработанным, указаны ниже. Форутан и др. использовали скорлупу грецкого ореха (WSA) и WSA/крахмал/Fe3O4 для удаления ионов меди из воды. Поглощающая способность ионов меди была достигнута на уровне 29 и 45,4 мг/г для WSA и WSA/крахмал/Fe3O4 соответственно19. Ахмади и др. использовали монтмориллонитовую глину (MC) и MC/крахмал/CoFe2O4 для удаления метиленового синего (MB) и метилвиолета (MV) из сточных вод. Емкость поглощения МВ с использованием МК и нанокомпозита МК/крахмал/CoFe2O4 составила 29,76 и 43,95 мг/г соответственно, а сорбционная емкость МВ с использованием этих сорбентов составила 31,96 и 47,51 мг/г соответственно20. Форутан и др. изучили эффективность куриного клюва, содержащего гидроксиапатит (HApB) и модифицированного цеолитовым имидазолатным каркасом-8 (ZIF-8), для удаления ионов никеля из воды. Поглощающая способность ионов никеля составила 24,27 и 63,49 мг/г с использованием HApB и HApB/ZIF-8 соответственно21. Савари и др. исследовали удаление фторида из воды с использованием цеолит-циркония при импульсном и непрерывном воздействии ультразвука. Поглощающая способность фторида была рассчитана на уровне 32,98 и 31,73 мг/г в импульсном и непрерывном режиме соответственно22. Был сделан вывод, что модификация магнитными частицами оказывает наибольшее влияние на поглощающую способность по сравнению с другими модификаторами. Магнитные материалы, особенно магнитные биоугли, относятся к категории углерода, который может удалять загрязняющие вещества за счет электростатического притяжения между загрязняющими веществами и кислородсодержащими функциональными группами. Кроме того, генерация магнитного биоугля при минимальной подаче кислорода увеличивает кристаллическую архитектуру этого адсорбента за счет его графитовых доменов, которые намного меньше по сравнению с наноуглеродными материалами. Магнитные материалы имеют некоторые преимущества, в том числе: (1) их можно синтезировать за один этап, что приводит к уменьшению потерь энергии, (2) они обладают гибкими и исключительными свойствами благодаря площади поверхности, высокой адсорбционной способности и высокой степени реакционной способности поверхности. (3) Они в основном известны как экономичные и экономичные адсорбенты и (4) Они могут значительно снизить концентрацию токсичных газов, ионов металлов и других загрязняющих веществ25.