Кинетика адсорбции метиленового синего из сточных вод с использованием pH

Научные отчеты, том 13, Номер статьи: 11900 (2023) Цитировать эту статью

474 доступа

5 Альтметрика

Подробности о метриках

В этой работе гидрогели крахмал/полиациловая кислота были синтезированы методом свободнорадикальной полимеризации. Молярные соотношения акриловой кислоты и N,N'-метиленбисакриламида составляли 95:5, 94:6 и 93:7. Образцы имели аморфную пористую структуру, что указывает на то, что размер пор зависел от количества сшивающего агента. Количество акриловой кислоты в структуре увеличилось при небольшом увеличении количества сшивающего агента, что улучшило термостабильность гидрогелей. На характеристики набухания гидрогелей влияли как уровень pH, так и количество сшивающего агента. Гидрогель с соотношением 94:6 проявлял наибольшую степень набухания (201,90%) при рН 7,4. Было продемонстрировано доминирование эффекта Фика в регулировании водопоглощения в синтезированных гидрогелях, а кинетика набухания соответствовала модели псевдовторого порядка Шотта. Установлено, что на поглощение метиленового синего разработанными гидрогелями влияют различные факторы, в том числе концентрация красителя, количество сшивающего агента, уровень pH и продолжительность воздействия. Гидрогель 95:5 продемонстрировал наибольшую эффективность адсорбции (66,7%) для раствора красителя с концентрацией 20 мг/л при pH 10,0. Исследование кинетики и изотерм адсорбции показало, что процесс физисорбции протекает на гетерогенных поверхностях адсорбента и может быть объяснен экзотермической природой.

Интерес исследователей к гидрогелям на основе крахмала вызван широким спектром полезных свойств, включая биосовместимость, биоразлагаемость, физико-химические свойства, высокую эффективность и доступную цену1. Гидрогели, полученные из крахмала, используются в широком спектре отраслей промышленности, включая окружающую среду, сельское хозяйство, медицину, абсорбенты и т. д.2. Адсорбция красителей этими гидрогелями в промышленных сточных водах является одним из многих потенциальных применений, привлекших большое внимание. Органические красители используются во многих отраслях промышленности, включая текстильную, полиграфическую, пластмассовую и косметическую, но они чрезвычайно опасны для водных ресурсов и экосистем3. Ароматические органические красители, такие как метиленовый синий (МБ), более токсичны и стабильны, чем другие типы органических красителей; они также могут вызывать тошноту, рвоту, некроз тканей и повреждение нервов у людей4. Отделение красителей может быть достигнуто с помощью различных процессов, включая седиментацию5, ионный обмен6, коагуляцию7, фильтрацию8 и адсорбцию9, 10. Адсорбенты превосходят другие методы, имея такие преимущества, как возможность повторного использования, низкая стоимость, высокая эффективность поглощения, гибкость в работе, эффективность и простота в обращении11.

Несмотря на различные преимущества гидрогелей на основе крахмала, такие недостатки, как низкая механическая стойкость и высокая чувствительность к разложению, препятствуют их широкому использованию в промышленности12. Для решения вышеупомянутых проблем крахмал можно модифицировать с помощью физических13, химических14, смешивания15 и ферментативных16 методов. Окисление17, гидролиз18, этерификация19 и прививка20 относятся к числу методов химической модификации крахмала. Химическая прививка виниловыми мономерами, такими как акриловая кислота, вызвала интерес благодаря точному контролю над процессом модификации, большей адсорбционной способности и созданию более стабильного и однородного продукта21. Кроме того, прививка гидрогеля поли(акриловой кислотой) (ПАА) улучшает свойства, например, механическую прочность, термостойкость и способность поглощать воду, а также расширяет область его применения22, 23. Введение отрицательных зарядов в крахмал имеет важное значение для адсорбции ионов. или положительно заряженные красители с помощью гидрогелей на основе крахмала. Окисление крахмала и модификация полиакриловой кислотой — два метода, используемые для этой цели24. Хотя окисление крахмала может изменить структуру крахмала и свойства гелеобразования, модификация крахмала полиакриловой кислотой дает такие преимущества, как упрощенный процесс, повышенная водопоглощающая способность, настраиваемые свойства и улучшенная стабильность. Этот метод эффективно снижает затраты и решает потенциальные экологические проблемы, связанные с процессом модификации25, 26. Несколько факторов, таких как температура, pH, концентрация красителя и сшивающий агент, могут влиять на эффективность адсорбции гидрогелей27. Добавление N,N'-метиленбисакриламида (МБА) в качестве сшивающего агента к крахмальному гидрогелю дает многочисленные преимущества, включая облегчение формирования стабильной структуры, улучшение структурной целостности, повышенную водопоглощающую способность, а также способность регулировать пористость, поведение набухания и и механические свойства28. Эта универсальность делает гидрогель исключительным выбором для разнообразных применений в сельском хозяйстве, биомедицине и за их пределами29.