Исследование эффективности модифицированного голубого кокса по адсорбции шестивалентного хрома

Научные отчеты, том 13, Номер статьи: 7223 (2023) Цитировать эту статью

321 Доступ

1 Альтметрика

Подробности о метриках

Чтобы решить проблему загрязнения шестивалентным хромом (Cr(VI)) в водоемах, порошок синего кокса (LC) был химически изменен с использованием гидроксида калия для создания модифицированного материала (GLC), который затем использовался для очистки Cr(VI) -содержащий раствор сточных вод. Были изучены различия между адсорбционными характеристиками модифицированного и немодифицированного синего кокса по Cr(VI), а также исследовано влияние pH, концентрации исходного раствора и периода адсорбции на адсорбционные характеристики ГЖХ. Адсорбционное поведение ГЖК анализировали с использованием моделей изотермической адсорбции, кинетических моделей и термодинамического анализа адсорбции. Механизм адсорбции Cr(VI) с помощью ГЖХ был исследован с использованием таких методов определения характеристик, как инфракрасная спектроскопия с преобразованием Фурье (FTIR), полевой эмиссионный сканирующий электронный микроскоп (FE-SEM), рентгеновская дифракция (XRD) и рентгеновский фотоэлектронный анализ. Спектроскопия (РФС). При самой большой разнице в скорости удаления при pH = 2, которая была в 2,42 раза выше, чем у LC, эксперименты по периодической адсорбции показали, что при одинаковых условиях адсорбции GLC всегда работает лучше, чем LC. Имея удельную площадь поверхности в три раза больше, чем у ЖК, и средний диаметр пор, который был в 0,67 раза больше, чем у ЖК, ГЖК имел более пористую структуру, чем ЖК. Это изменение значительно увеличило количество гидроксилов на поверхности ГЛЦ за счет изменения структурного состава ЖК. Идеальный pH для удаления Cr(VI) составлял 2, а идеальная дозировка адсорбента для ГЖХ — 2,0 г/л. Кинетическая модель псевдовторого порядка (PSO) и модель Редлиха-Петерсона (RP) могут эффективно описать поведение адсорбции GLC для Cr(VI). Физическая и химическая адсорбция работают вместе для удаления Cr(VI) с помощью ГЖХ в результате спонтанного экзотермического процесса с увеличением энтропии, при этом ключевую роль играют окислительно-восстановительные процессы. ГЖХ является мощным адсорбентом, который можно использовать для удаления Cr(VI) из водных растворов.

В последние годы, в условиях быстрого развития промышленности, сельского хозяйства и урбанизации, вопросы охраны окружающей среды вызвали широкую общественную озабоченность1. Хром, важный промышленный материал, широко используется в таких процессах, как производство бумаги, гальваника, производство красителей, дубление кожи и покраска2,3. Если большое количество хромсодержащих отходов выбрасывается в окружающую среду, может произойти серьезное загрязнение окружающей среды. Хром в природе существует преимущественно в виде Cr(VI) и Cr(III)4. Cr(VI), такой как Cr2O72- и HCr2O7-, высокотоксичен и подвижен, тогда как Cr(III) имеет низкую растворимость в воде, низкую подвижность потока и биовысвобождение5,6. Основной целью борьбы с загрязнением хромом является Cr(VI), который имеет тенденцию накапливаться в организме человека во время метаболического процесса и может вызвать ряд проблем со здоровьем, таких как раздражение кожи и рак легких7,8. Чтобы решить проблемы, вызванные загрязнением Cr(VI), исследователи разработали различные методы очистки Cr(VI), включая химическое восстановление, адсорбцию, биоремедиацию, электрокоагуляцию и т.д.9. Среди них адсорбция привлекла большое внимание благодаря своим преимуществам, таким как экономичность, высокая эффективность и осуществимость10. Углеродные материалы в качестве адсорбентов широко используются для удаления тяжелых металлов из-за их большой площади поверхности, большого количества функциональных групп и хорошей химической стабильности5.

Учитывая устойчивость и сохранение, экономически эффективный углеродный адсорбент, как и доступные промышленные отходы, является практическим выбором для очистки сточных вод11. Голубой кокс — вид полукокса, получаемый пиролизом неспекающегося или слабоспекающегося угля с легколетучим компонентом при низких температурах12, является продуктом чистой утилизации угля12. Он широко используется в качестве восстановителя при производстве ферросплавов и карбида кальция, в качестве реактивного сырья для доменных печей, а также в качестве чистого топлива как для промышленного, так и для общественного использования13. Обычно это гранулированный кокс с размером частиц более 6 мм12. Полукоксовый порошок – это побочный продукт производства и переработки голубого кокса, который либо выбрасывается, либо продается по дешевке14. Однако из-за своей низкой цены, высокой калорийности и возможности использования в качестве топлива для коксовой печи для восстановления энергии и удаления поглощенных устойчивых загрязнителей в последнее время он стал популярным адсорбентом15. Себестоимость производства активированного угля (АУ) можно снизить примерно на 500 юаней за тонну за счет добавления в процесс 5% порошкового синего кокса16. Тем не менее, сырой порошкообразный кокс не часто используется из-за его ограниченной площади поверхности и того, что он является неселективным адсорбентом и нереакционноспособным химическим веществом17. Поскольку он является сильным адсорбентом, перед применением его необходимо модифицировать. Было обнаружено, что порошок синего кокса может иметь хорошие адсорбционные характеристики и функцию нагрузки при использовании поверхности с несколькими апертурами и большим соотношением18. Однако особенности целевого адсорбата могут повлиять на метод модификации порошка голубого кокса19. Обеспечивая достаточное количество функциональных групп и высокую удельную поверхность, Cr(VI) можно удалить из сточных вод.