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

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

3292 Доступа

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.

50./p> 0.97 for Cop-150 and NPC indicates that the model is highly accurate46. Moreover, is observed a significant and very suitable correlation between the predicted and adjusted R2 (i.e. 0.96 for Cop-150). Also, for NPC, predicted R2 and adjusted R2 were equal to 0.90 and 0.95, respectively. On the other hand, the correlation between actual values and predicted values is well seen in Fig. 6A and B, which confirms the results obtained from Table 7./p> 144. Table 8 shows the analysis of Variant (ANOVA) to the adsorption of phenols by the proposed adsorbents. The large F-value and the low P-value confirm the significance of the model for the adsorption of phenol by Cop-150 and NPC, as the Table shows. The Lack of fit for the models was 0.064 and 0.37 for Cop-150 and NPC, respectively. These data confirm the non-significance of the Lack of Fit than the pure error. Also, the effect of each factor, regression coefficients, standard effect values, and standard errors are reported in Table 9. Equations (5) and (6) show the coded equation of the ANOVA results for the adsorption of phenol by Cop-150 and NPC, respectively./p> PZC, the Cop-150 and NPC charge is negative, and the electrostatic attraction between it and the positive charge of phenol increases the adsorption rate. According to Fig. 7B-e and f, pH is positive interaction with temperature as well as with contact time. After reaching the equilibrium point, they have a negative effect (Fig. 1)./p>