Быстрое адсорбционное удаление хрома из сточных вод с помощью грецкого ореха.

Научные отчеты, том 13, Номер статьи: 6859 (2023) Цитировать эту статью

1665 Доступов

4 цитаты

7 Альтметрика

Подробности о метриках

Серьезной проблемой является загрязнение водных ресурсов промышленными стоками, содержащими ионы тяжелых металлов, а также утилизация твердых отходов сельскохозяйственной и пищевой промышленности. В данном исследовании представлена ​​возможность использования отходов скорлупы грецких орехов в качестве эффективного и экологически чистого биосорбента для секвестрации Cr(VI) из водных сред. Нативный порошок скорлупы грецкого ореха (NWP) был химически модифицирован щелочью (AWP) и лимонной кислотой (CWP) для получения модифицированных биосорбентов с обильным наличием пор в качестве активных центров, что подтверждено анализом БЭТ. В ходе периодических адсорбционных исследований параметры процесса адсорбции Cr(VI) были оптимизированы при pH 2,0. Данные по адсорбции были адаптированы к изотермическим и кинетическим моделям для расчета различных параметров адсорбции. Картина адсорбции Cr(VI) хорошо объясняется моделью Ленгмюра, предполагающей образование монослоя адсорбата на поверхности биосорбентов. Максимальная адсорбционная емкость qm по Cr(VI) была достигнута для CWP (75,26 мг/г), за ней следовали AWP (69,56 мг/г) и NWP (64,82 мг/г). Обработка гидроксидом натрия и лимонной кислотой повысила эффективность адсорбции биосорбента на 4,5 и 8,2% соответственно. Было обнаружено, что эндотермическая и спонтанная адсорбция соответствует кинетике псевдовторого порядка при оптимизированных параметрах процесса. Таким образом, химически модифицированный порошок скорлупы грецкого ореха может быть экологически чистым адсорбентом Cr(VI) из водных растворов.

Загрязнение воды сточными водами различных перерабатывающих производств, содержащими неразлагаемые и стойкие тяжелые металлы, является глобальной проблемой из-за серьезного негативного воздействия на окружающую среду1. Тяжелые металлы, такие как As, Pb, Cr, Hg и Ni, не поддаются биоразложению, токсичны и сохраняются в окружающей среде из-за своей склонности к биоаккумуляции, вызывая серьезные проблемы со здоровьем живых организмов при попадании в пищевую цепь2. Cr, преимущественно в виде Cr(VI), является одним из наиболее распространенных загрязнителей воды, образующихся в горнодобывающей, металлообрабатывающей, текстильной, гальванической и кожевенной промышленности3,4,5. Согласно нормативам ВОЗ, безопасная и допустимая концентрация Cr(VI) в питьевой воде и промышленных сточных водах составляет 0,05 мг/л и 0,5 мг/л соответственно5. Cr(VI) хорошо растворим в воде и может попадать в организм человека при попадании через кожу и через рот. Он чрезвычайно токсичен и канцерогенен при длительном воздействии, поэтому его необходимо удалить из сточных вод перед утилизацией6.

Сообщается, что традиционные методы секвестрации Cr(VI) включают экстракцию растворителем7, фильтрацию8, восстановление9, осаждение10 и ионный обмен11. Однако эти методы имеют ограниченное применение из-за необходимости использования энергоемких и дорогостоящих приборов, опасных химических реагентов, а в ряде случаев их применение приводит к вторичному загрязнению12. Требование мониторинга и удаления образовавшихся твердых частиц и шлама требует дополнительных трудозатрат, и этот процесс может привести к неполной очистке, что ограничивает его пригодность для больших объемов12. Биосорбция считается простым, легким в эксплуатации, экономически эффективным и экологически чистым методом с использованием биоразлагаемых и недорогих материалов13. К таким материалам относятся отходы животного происхождения (отходы яичной скорлупы и костей)14, микробная биомасса (водоросли и бактерии)5 и сельскохозяйственные отходы (кора, листья, кожура фруктов, семена, шелуха, скорлупа, соломка и т.д.)15. Эффективность биосорбентов можно повысить путем химической обработки кислотами и основаниями, что приводит к модификации функциональных групп, присутствующих на поверхности биосорбента, и усилению активных центров16.

Сельскохозяйственные отходы признаны недорогими, возобновляемыми, биоразлагаемыми и экологически чистыми биосорбентами со значительной адсорбционной способностью к таким загрязнителям, как ионы тяжелых металлов, фармацевтические продукты, красители и ароматические соединения17. Сельскохозяйственные отходы в качестве биосорбента также обеспечивают устойчивое решение для эффективного управления и использования постоянно растущих отходов, образующихся в результате сельскохозяйственных операций, домашнего приготовления пищи и промышленной переработки пищевых продуктов18. Сельскохозяйственные отходы являются богатым источником лигноцеллюлозного материала, а именно. лигнин, целлюлоза, гемицеллюлоза, пектин, белки, флавоноиды, терпеноиды и другие вторичные метаболиты, имеющие полигидрокси, карбокси, аминные и альдегидные функциональные группы с высоким сродством к ионам металлов15. Сельскохозяйственные отходы, в том числе рисовая шелуха19, пшеничные отруби20, скорлупа пальмовых косточек21, абрикосовые косточки16, шелуха арахиса22, листья1, кожура фруктов и овощей23, растительные отходы24 и жом25 в виде высушенного порошка или золы, считаются эффективными адсорбентами стойких органических соединений и ионы тяжелых металлов из-за их большей эффективности адсорбции, а также легкости разделения и регенерации26,27.