Нанопористые угли на основе координационных органических полимеров как эффективный и экологичный материал.

Aug 06, 2023

Научные отчеты, том 13, Номер статьи: 13127 (2023) Цитировать эту статью

3266 Доступов

3 Альтметрика

Подробности о метриках

Большую часть загрязнителей воды составляют органические вещества, такие как фенольные загрязнители, поэтому все они опасны для окружающей среды. Настоящая работа представляет собой сравнительный анализ химии поверхности и адсорбционных характеристик координационного органического полимера (Cop-150) и нанопористого углерода (NPC), полученных сольвотермическим методом. Успешно синтезирован новый НПК для удаления фенола. Методы FT-IR, XRD, XPS, SEM, TGA и BET использовались для характеристики и подтверждения физико-химических изменений во время приготовления Cop-150 и NPC. Методология поверхности отклика Бокса-Бенкена (BBRSM) использовалась для оптимизации четырех важных факторов: pH (2–10), времени контакта (1–40 минут), температуры (25–60 °C) и начальной концентрации фенола (5 –50 мг л-1). Для анализа данных, полученных при адсорбции фенола синтезированными адсорбентами, были рассмотрены четыре линейные, 2FI, квадратичная и кубическая модели, из которых лучшей была признана квадратичная модель. Для НПК равная адсорбционная емкость 500 мг/г достигается при начальной концентрации фенола = 49,252 мг/л, времени контакта = 15,738 мин, температуре = 28,3 °С и pH 7,042. С другой стороны, адсорбционная емкость по Cop-150 при pH 4,638, времени контакта = 19,695 мин, температуре = 56,8 °С и начальной концентрации фенола = 6,902 мг/л была равна 50 мг/г. . Экспериментальные данные в различных условиях исследовались с помощью некоторых известных кинетических и изотермических моделей, которые, среди них, соответствовали кинетической модели псевдовторого порядка и изотерме Ленгмюра. Более того, согласно результатам термодинамики как для Cop-150, так и для NPC, процесс адсорбции является экзотермическим и самопроизвольным. Согласно результатам, Cop-150 и NPC могут использоваться до четырех и пяти циклов без существенного снижения их производительности соответственно.

Загрязнение воды происходит при попадании в воду промышленных химикатов, что связано с изменением качества воды. Эти соединения очень вредны для окружающей среды и жизни человека, а также оказывают негативное воздействие на экосистемы. Фенол (см. таблицу 1) — промышленное соединение, широко используемое в пластмассовой и смоляной, бумажной, углеперерабатывающей и нефтехимической промышленности. Это соединение и его производные очень токсичны и вызывают такие заболевания, как отравления1. Растущее присутствие фенола в сточных водах стало серьезной проблемой из-за его вредного воздействия как на здоровье человека, так и на окружающую среду2. Фенол отрицательно действует на организмы даже в очень небольших количествах. По данным Всемирной организации здравоохранения, диапазон концентрации фенольных соединений в питьевой воде составляет около 1 мкг/л, поэтому их необходимо удалять из потока воды. Чтобы решить эту проблему, для очистки сточных вод были исследованы различные стратегии, такие как дистилляция, ионный обмен3, мембранная фильтрация, биохимическое восстановление, химическое окисление/восстановление и адсорбция4,5,6,7. Среди этих методов при очистке сточных вод наиболее часто используется процесс адсорбции из-за его высокой экономической эффективности, впечатляющей производительности и отличных характеристик8,9,10,11. В последние годы для очистки сточных вод изучались такие виды адсорбентов, как оксиды металлов12,13, магнитные наночастицы6,14,15,16, полимеры17 и материалы на основе графена18. Но изготовление этих материалов дорогое, и они имеют очень низкую площадь поверхности19, что в результате снижает эффективность процесса адсорбции20,21. Чтобы решить эту проблему, исследователи изучают различные адсорбенты для эффективного удаления фенола из сточных вод. Одним из перспективных решений является использование НПК на основе координационных органических полимеров, которые показали большой потенциал в качестве эффективных и экологически чистых наносорбентов22. NPC очень перспективны из-за их уникальной структуры, высокой пористости и подходящей поверхности для использования в различных исследовательских работах, включая системы доставки лекарств, суперконденсаторы, хранение газа и адсорбцию загрязняющих веществ22.