Pulverförmige und perlenförmige Sägemehlmaterialien, modifiziertes Eisen(III)-oxid

Oct 24, 2023

Wissenschaftliche Berichte Band 13, Artikelnummer: 531 (2023) Diesen Artikel zitieren

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Die Probleme der Blei- und Reaktivblau-4-(RB4)-Farbstoffverunreinigung im Abwasser sind aufgrund ihrer Toxizität für Wasserlebewesen und die Wasserqualität besorgniserregend. Daher wird empfohlen, Blei- und RB4-Farbstoffe vor der Einleitung aus dem Abwasser zu entfernen. Sägemehlpulver (SP), mit Sägemehlpulver dotiertes Eisen(III)-Oxid-Hydroxid (SPF), Sägemehlkügelchen (SPB) und mit Sägemehlpulver dotiertes Eisen(III)-Oxid-Hydroxid-Kügelchen (SPFB) wurden mit verschiedenen Techniken synthetisiert und charakterisiert Ihre Effizienz bei der Entfernung von Blei- oder RB4-Farbstoffen wurde durch Batch-Experimente, Adsorptionsisothermen, Kinetik und Desorptionsexperimente untersucht. SPFB zeigte eine höhere spezifische Oberfläche (11.020 m2 g−1) und eine kleinere Porengröße (3.937 nm) als andere Materialien. SP und SPF hatten unregelmäßige Formen mit heterogenen Strukturen, während SPB und SPFB sphärische Formen mit groben Oberflächen hatten. Calcium (Ca) und Sauerstoff (O) wurden in allen Materialien gefunden, während Eisen (Fe) nur in SPF und SPFB gefunden wurde. O–H, C–H, C=C und C–O wurden in allen Materialien nachgewiesen. Ihre Effizienz bei der Bleientfernung aller Materialien lag bei über 82 %, und die Effizienz bei der Entfernung von RB4-Farbstoffen bei SPB und SPFB lag bei über 87 %. Daher trugen die Zugabe von Eisen(III)-oxid-hydroxid und die Änderung der Materialform dazu bei, die Materialeffizienz für die Adsorption von Blei oder RB4-Farbstoffen zu verbessern. SP und SPB entsprachen dem Langmuir-Modell in Bezug auf einen physikalischen Adsorptionsprozess, während SPF und SPFB dem Freundlich-Modell in Bezug auf einen Chemisorptionsprozess entsprachen. Alle Materialien entsprachen einem kinetischen Modell pseudo-zweiter Ordnung in Bezug auf den chemischen Adsorptionsprozess. Alle Materialien konnten bei einer hohen Bleientfernung von 63 % mehr als 5 Zyklen lang wiederverwendet werden, und SPB und SPFB konnten auch bei einer hohen RB4-Farbstoffentfernung von 72 % mehr als 5 Zyklen lang wiederverwendet werden. Daher war SPFB ein potenzielles Material für die Entfernung von Blei- oder RB4-Farbstoffen in industriellen Anwendungen.

Wasserverschmutzungen durch Schwermetalle oder Farbstoffverunreinigungen verursachen viele Probleme in Bezug auf die Wasserqualität, Toxizität für Wasserlebewesen und die Umwelt, eine Verringerung des Sauerstoffgehalts in Wasserquellen, ein Hindernis für die Photosynthese des Sonnenlichts sowie die Beständigkeit, Anreicherung und den Transport durch die Nahrungskette. Darüber hinaus verursachen sie viele gesundheitliche Auswirkungen durch Funktionsstörungen in menschlichen Systemen wie Gehirn, Blut, Fortpflanzung, Verdauung und Atemwegen und verursachen Krebs1. Insbesondere Blei (Pb) ist ein giftiges Schwermetall, dessen Toxizität aufgrund seiner Persistenz und Bioakkumulation bedenklich ist. Der Farbstoff Reaktivblau 4 (RB4) wird häufig in der Textilindustrie verwendet, da er dem Stoff eine lang anhaltende Farbe verleiht. Wenn es jedoch ohne Behandlung in die Umwelt gelangt, beeinträchtigt es, wie oben erwähnt, das Leben im Wasser und die Umwelt. Die Quellen für die Freisetzung von Blei oder RB4-Farbstoff sind verschiedene Branchen der Batterie-, Elektronik-, Farben-, Farbstoff-, Kunststoff- und Textilindustrie, die Blei oder RB4-Farbstoff in ihren Herstellungsprozessen verwenden2,3, sodass ihr Abwasser aus Blei oder RB4-Farbstoff bestehen kann. Daher muss Abwasser mit Blei- oder Farbstoffverunreinigungen aus Sicherheitsgründen für eine Behandlung unterhalb der Wasserqualitätsstandards liegen.

Zur Beseitigung von Schwermetallen oder Farbstoffen im Abwasser werden viele Methoden der chemischen Fällung, der Koagulation-Flockung, der elektrochemischen Methode, des Ionenaustauschs und der Umkehrosmose eingesetzt. Sie haben jedoch Einschränkungen hinsichtlich der unvollständigen Entfernung von Schwermetallen und komplizierten Vorgängen mit hohen Kosten, einschließlich der Bildung giftiger Schlämme, die eine Entsorgung erfordern4. Daher wurde in vielen Studien versucht, eine alternative Methode zu finden, die wirksam und umweltfreundlich ist. Eine Adsorptionsmethode ist eine gute Methode zur Lösung der oben genannten Probleme, da diese Methode eine hohe Schwermetall- und Farbstoffentfernung, angemessene Kosten, eine einfache Bedienung und ein geringes Schlammvolumen bietet5. Darüber hinaus sind die verschiedenen verfügbaren Adsorptionsmittel dieser Methode eine gute Option für einen Benutzer, der unter Berücksichtigung der Kriterien des verfügbaren Adsorptionsmittels in diesem Bereich, der Wasserqualität nach der Behandlung und des Budgets überlegen möchte, welches Adsorptionsmittel für die Entfernung eines Zielschadstoffs geeignet ist. Mehrere Adsorbentien werden zur Eliminierung spezifischer Zielmetalle oder Farbstoffionen in Abwässern wie Aktivkohle, Chitosan, Zeolith, Fruchtschalen und Abfällen aus der Landwirtschaft, der Lebensmittelindustrie und der Industrie verwendet. Diese Studie wird sich jedoch auf verschiedene Abfälle als kostengünstige Adsorptionsmittel konzentrieren, die zur Verbesserung der Wasserqualität und zur Reduzierung des Abfallvolumens im Hinblick auf die Abfallbewirtschaftung eingesetzt werden. Die Eliminierung von Schwermetallen oder Farbstoffen aus dem Abwasser verschiedener Abfälle ist in Tabelle 1 dargestellt. Unter diesen Adsorptionsmitteln ist Sägemehl ein gutes Angebot, da es gute chemische Eigenschaften von Cellulose, Hemicellulose, Lignin, Pektin, Hydroxyl- und Carboxylgruppen für gutes Blei aufweist oder RB4-Farbstoffadsorption im Abwasser. Darüber hinaus kann die Verwendung von Sägemehl einen großen Teil der Sägewerksabfälle reduzieren und dazu beitragen, das Problem der Abfallentsorgung zu bewältigen und gleichzeitig die Wasserqualität durch die Verwendung von Sägemehl als Adsorptionsmaterial zu verbessern. Obwohl Sägemehl gute chemische Eigenschaften zur Entfernung von Blei oder RB4-Farbstoffen aufweist, muss die Materialverbesserungsmethode untersucht werden, um die Effizienz der Blei- oder RB4-Farbstoffentfernung bei hoher Blei- oder RB4-Farbstoffkonzentration in industriellen Anwendungen zu steigern.

Für Materialmodifikationen wurden viele frühere Studien zur Verwendung verschiedener Metalloxide von Eisen(II- oder III)-oxid (Fe4O3 oder Fe2O3), Zinkoxid (ZnO), Titandioxid (TiO2), Aluminiumoxid (Al2O3) und Zinn berichtet (IV)-Oxid (SnO2) und Magnesiumoxid (MgO) zur Vergrößerung der Oberfläche und des Porenvolumens von Adsorptionsmitteln und damit zur Steigerung der Effizienz bei der Entfernung von Blei- oder RB4-Farbstoffen6,7,8. Die modifizierten Materialien Zuckerrohrbagasse mit Fe2O3, Sägemehl mit ZnO und Zitronenschalen mit Eisen(III)-oxid-hydroxid wurden zur Bleientfernung verwendet8,9,10 und die Modifikationen von Reiskleie mit SnO2/Fe3O4, Bagasse mit Zinkoxid und Zitronenschalenkügelchen mit Eisen(III)-oxid-hydroxid wurden zur Entfernung des RB4-Farbstoffs eingesetzt11,12,13. Darüber hinaus ist die Stabilität des Materials ein weiterer Punkt für die industrielle Anwendung. Daher wurde in vielen Studien auch über die Änderung der Materialform von einer Pulverform in eine Perlenform berichtet, was die Steigerung der Effizienz bei der Entfernung von Schwermetallen oder Farbstoffen unterstützt6,7. 8,12,13,14. Daher versucht diese Studie, Sägemehlmaterialien, die mit Eisen(III)-oxid-hydroxid modifiziert sind, in Pulver- und Perlenmaterialien zu synthetisieren, ihre Effizienz bei der Entfernung von Blei oder RB4-Farbstoffen durch Chargenexperimente zu vergleichen und zu überprüfen, ob die Zugabe von Metalloxid oder die Änderung der Form zur Verbesserung eines Materials beigetragen hat Effizienz für die Adsorption von Blei oder RB4.

Ziel der Studie war die Synthese von vier Arten von Adsorptionsmaterialien: Sägemehlpulver (SP), mit Sägemehlpulver dotiertes Eisen(III)-oxid-hydroxid (SPF), Sägemehlkügelchen (SPB) und mit Sägemehlpulver dotiertes Eisen(III)-oxid-hydroxidkügelchen (SPFB). Mehrere charakterisierte Techniken von Brunauer-Emmett-Teller (BET), Feldemissions-Rasterelektronenmikroskopie und Fokusionenstrahl (FESEM-FIB) mit energiedispersivem Röntgenspektrometer (EDX) und Fourier-Transformations-Infrarotspektroskopie (FT-IR) wurden verwendet um ihre spezifische Oberfläche, ihr Porenvolumen, ihre Porengröße, ihre Oberflächenmorphologie, ihre chemische Zusammensetzung und ihre chemischen funktionellen Gruppen zu untersuchen. Die Effizienz der Blei- oder RB4-Farbstoffentfernung von SP, SPF, SPB und SPFB wurde durch Batch-Experimente mit unterschiedlichen Dosen, Kontaktzeiten, Temperaturen, pH-Werten und Konzentrationen untersucht. Darüber hinaus wurden lineare und nichtlineare Adsorptionsisothermen von Langmuir-, Freundlich-, Temkin- und Dubinin-Radushkevich-Modellen sowie Kinetiken von Pseudo-First-Kinetic-, Pseudo-Second-Kinetic-, Elovich- und Intraparticle-Diffusionsmodellen zur Untersuchung ihrer Blei- oder RB4-Farbstoffadsorption verwendet Muster und Mechanismen. Schließlich wurden die Desorptionsexperimente auch untersucht, um die Wiederverwendbarkeit von Sägemehlmaterialien für die Adsorption von Blei oder RB4-Farbstoffen zu bestätigen.

Die physikalischen Eigenschaften von Sägemehlpulver (SP), mit Sägemehlpulver dotiertem Eisen(III)-Oxid-Hydroxid (SPF), Sägemehlkügelchen (SPB) und mit Sägemehlpulver dotiertem Eisen(III)-Oxid-Hydroxid-Kügelchen (SPFB) sind in Abb. dargestellt. 1a–d. SP hatte ein hellbraunes Farbpulver, während SPF ein braunes Farbpulver hatte, wie in Abb. 1a, b gezeigt. SPF hatte braune Farbkügelchen, während SPFB dunkelbraune Farbkügelchen aufwies, wie in Abb. 1c, d gezeigt.

Die physikalischen Eigenschaften von (a) Sägemehlpulver (SP), (b) mit Sägemehlpulver dotiertem Eisen(III)-Oxid-Hydroxid (SPF), (c) Sägemehlperlen (SPB) und (d) mit Sägemehlpulver dotiertem Eisen(III) Oxid-Hydroxid-Perlen (SPFB).

Die spezifische Oberfläche, das Porenvolumen und die Größe des Porendurchmessers von Sägemehlpulver (SP), mit Sägemehlpulver dotiertem Eisen(III)-oxid-hydroxid (SPF), Sägemehlkügelchen (SPB) und mit Sägemehlpulver dotiertem Eisen(III)-oxid-hydroxid Kügelchen (SPFB), bestimmt mit der Brunauer-Emmet- und Teller-Technik (BET) mit N2-Adsorptions-Desorptions-Isotherme bei 77,3 K und einer Entgasungstemperatur von 80 °C für 6 Stunden, und die Ergebnisse der spezifischen Oberfläche und des Porenvolumens von Brunauer-Emmett –Teller (BET) und die Porengröße nach der Barrett-Joyner-Halenda-Methode (BJH) sind in Tabelle 2 aufgeführt.

Die spezifische Oberfläche von SP, SPF, SPB und SPFB betrug 0,328, 1,551, 1,960 bzw. 11,020 m2 g−1, wobei SPFB die höchste spezifische Oberfläche als andere Materialien aufwies. Darüber hinaus betrugen ihre Porenvolumina 0,075, 0,356, 0,250 bzw. 2,532 cm3 g−1 und ihre Porendurchmessergrößen betrugen 4,256, 3,940, 4,068 bzw. 3,937 nm. Infolgedessen erhöhte die Zugabe von Eisen(III)-oxid-hydroxid zu Sägemehlmaterialien (SPF und SPFB) die spezifische Oberfläche und das Porenvolumen, während der Porendurchmesser verringert wurde. Darüber hinaus erhöhten sich alle drei Parameter durch den Wechsel der Materialform von SP zu SPB. Da ihre Porengröße im Bereich von 2–50 nm lag, wurden sie gemäß der Klassifizierung der International Union of Pure and Applied Chemistry (IUPAC) als mesoporös eingestuft35.

Für den BET-Vergleich hatte SP eine geringere spezifische Oberfläche als alle in Tabelle 2 aufgeführten Studien, wohingegen SPF, SPB und SPFB höhere Werte aufwiesen als die Studien von Chen et al. und Houshangi et al.29,34. Die Studien von Chen et al. und Houshangi et al. Es wurde berichtet, dass die Modifikation von Sägemehlmaterialien durch Natriumhydroxid (NaOH), Triethanolamin (C6H15NO3) oder Eisendioxid (Fe2O4) dazu beitrug, die spezifische Oberfläche ähnlich wie in dieser Studie zu vergrößern29,34.

Die Oberflächenmorphologien von Sägemehlpulver (SP), mit Sägemehlpulver dotiertem Eisen(III)-oxid-hydroxid (SPF), Sägemehlkügelchen (SPB) und mit Sägemehlpulver dotierten Eisen(III)-oxid-hydroxidkügelchen (SPFB) durch FESEM-FIB-Analyse bei 500-facher Vergrößerung mit 400 µm für eine Oberfläche und bei 100-facher Vergrößerung mit 1 mm für eine Perle, dargestellt in Abb. 2a–f. SP und SPF waren unregelmäßige Formen mit heterogenen Faserstrukturen, die in Abb. 2a, b dargestellt sind, ähnlich wie in anderen Studien über Sägemehlmorphologien berichtet 36, 37. Für SPB hatte es eine Kugelform mit einer groben Oberfläche bei 100-facher Vergrößerung mit 1 mm, wie in Abb. 2c gezeigt, und seine Oberfläche war eine raue Oberfläche, als es bei 500-facher Vergrößerung mit 400 µm gezoomt wurde, wie in Abb. 2d gezeigt. Schließlich hatte SPFB eine Kugelform mit einer groben Oberfläche bei 100-facher Vergrößerung von 1 mm, wie in Abb. 2e dargestellt, und seine Oberfläche hatte eine unregelmäßige Form mit der heterogenen Oberfläche, wenn bei 500-facher Vergrößerung mit 400 µm gezoomt wurde, wie in Abb. 2f dargestellt.

Die Oberflächenmorphologien von (a) Sägemehlpulver (SP), (b) mit Sägemehlpulver dotiertem Eisen(III)-oxid-hydroxid (SPF), (c,d) Sägemehlperlen (SPB) und (e,f) mit Sägemehlpulver dotiert Eisen(III)-oxid-hydroxid-kügelchen (SPFB).

Die chemischen Zusammensetzungen von Sägemehlpulver (SP), mit Sägemehlpulver dotiertem Eisen(III)-oxid-hydroxid (SPF), Sägemehlkügelchen (SPB) und mit Sägemehlpulver dotierten Eisen(III)-oxid-hydroxidkügelchen (SPFB) wurden mithilfe von EDX analysiert Die in Tabelle 3 dargestellte Analyse und die in Abb. 3a–d dargestellte Elementkartierung von SP, SPF, SPB und SPFB zeigen die Dispersionen chemischer Elemente jedes Materials auf der Oberfläche. Die beiden chemischen Hauptkomponenten Kohlenstoff (C) und Sauerstoff (O) wurden in allen Materialien gefunden, während Kupfer (Cu) nur in den Pulvermaterialien SP und SPF gefunden wurde. Für Kalzium (Ca) wurde es in SPB und SPFB nachgewiesen. Für Natrium (Na) und Chlorid (Cl) wurden sie in allen Materialien außer SP beobachtet. Darüber hinaus wurde Eisen (Fe) in den Materialien SPF und SPFB mit Zusatz von Eisen(III)-oxid-hydroxid gefunden, um die erfolgreiche Zugabe von Fe zu SP und SPB zu bestätigen. Bei SP und SPF wurden die Massenprozente von C und O verringert, wenn Eisen(III)-oxid-hydroxid zu SP hinzugefügt wurde, wohingegen Cu erhöht wurde. Darüber hinaus wurden Na, Cl und Fe in SPF nachgewiesen, was möglicherweise auf die Verwendung von Chemikalien bei einem Prozess der Zugabe von Eisen(III)-oxid-hydroxid durch Eisenchlorid-Hexahydrat (FeCl3.6H2O) und Natriumhydroxid (NaOH) zur Synthese von SPF zurückzuführen ist. Bei SP und SPB wurde der Massenanteil von C verringert, während O erhöht wurde, nachdem das Material in eine Perlenform umgewandelt wurde. Darüber hinaus wurden die Massenanteile von Ca, Na und Cl auch in SPB ermittelt, indem Natriumalginat (NaC6H7O6) und Calciumchlorid (CaCl2) in einer Perlenformation verwendet wurden. Für SPF und SPFB wurden die Massenanteile von C, O und Na verringert. Während die Massenprozentsätze von Ca, Cl und Fe erhöht wurden, als SPF in eine Perlenform geändert wurde. Der Anstieg von Ca und Cl könnte auf die Verwendung von CaCl2-Chemikalien in einem Prozess der Perlenbildung ähnlich wie bei SPB zurückzuführen sein. Daher beeinflussten die Zugabe von Eisen(III)-oxid-hydroxid und die sich ändernde Materialform den Anstieg der Ca-, Na-, Cl- und Fe-Gehalte in Sägemehlmaterialien.

Die Elementkartierung von (a) Sägemehlpulver (SP), (b) mit Sägemehlpulver dotiertem Eisen(III)-Oxid-Hydroxid (SPF), (c) Sägemehlkügelchen (SPB) und (d) mit Sägemehlpulver dotiertem Eisen(III) Oxid-Hydroxid-Kügelchen (SPFB) auf der Oberfläche.

Die chemischen Funktionsgruppen von Sägemehlpulver (SP), mit Sägemehlpulver dotiertem Eisen(III)-oxid-hydroxid (SPF), Sägemehlkügelchen (SPB) und mit Sägemehlpulver dotierten Eisen(III)-oxid-hydroxidkügelchen (SPFB) wurden mittels FT untersucht -IR-Analyse und ihre FT-IR-Spektren sind in Abb. 4a – d dargestellt. In allen Materialien wurden vier Hauptfunktionsgruppen O–H, C–H, C=C und C–O nachgewiesen. Darüber hinaus wurde die Carboxylgruppe von Natriumalginat (–COOH) in Perlenmaterialien (SPB und SPFB)38 gefunden, und Fe–O wurde in Materialien mit Zusatz von Eisen(III)-oxid-hydroxid (SPF und SPFB)39 beobachtet. O–H repräsentierte die Streckung von Hydroxyl-, Alkohol- und Phenolgruppen von Cellulosefasern, Lignin und Pektin, und C–H demonstrierte die Streckung einer Methylgruppe (–CH2) in Cellulose und Hemicellulose40. C=C bezog sich auf die Streckung der aromatischen Ringe, die dem Lignin entsprechen, und C–O war die Streckung von Alkohol und Carbonsäure von Lignin und Hemicellulose41. Für SP wurde die Streckung von O-H bei 3322,83 cm-1, die Streckung von C-H bei 2918,28 cm-1, die Streckung von C=C bei 1666,59 cm-1 und die Streckung von C-O bei 1245,34 und 1030,31 cm festgestellt −1 dargestellt in Abb. 4a. Für SPF wurde die Streckung von O-H bei 3325,99 cm-1, die Streckung von C-H bei 2916,52 cm-1, C=C bei 1664,48 cm-1 und die Streckung von C-O bei 1262,29 und 1028,88 cm-1 beobachtet. und Fe-O bei 847,36 cm−1, dargestellt in Abb. 4b. Für SPB wurden die Streckung von O-H bei 3323,08 cm-1, C-H bei 2910,48 cm-1, C=C bei 1664,90 cm-1, die Streckung von C-O bei 1249,35 und 1021,42 cm-1 und – identifiziert. COOH bei 1419,56 cm−1, dargestellt in Abb. 4c. Für SPFB wurde die Streckung von O-H bei 3323,68 cm-1, die Streckung von C-H bei 2919,56 cm-1, C=C bei 1664,33 cm-1 und die Streckung von C-O bei 1262,71 und 1024,87 cm-1 gefunden. –COOH bei 1421,49 cm–1 und Fe–O bei 813,34 cm–1, dargestellt in Abb. 4d.

FT-IR-Spektren von (a) Sägemehlpulver (SP), (b) mit Sägemehlpulver dotiertem Eisen(III)-oxid-hydroxid (SPF), (c) Sägemehlkügelchen (SPB) und (d) mit Sägemehlpulver dotiertem Eisen (III). ) Oxid-Hydroxid-Perlen (SPFB).

Zur Bleientfernung wurden fünf verschiedene Dosen von 0,5 bis 3 g verwendet, um den Dosiseffekt der Bleiadsorption durch Sägemehlpulver (SP), mit Sägemehlpulver dotiertes Eisen(III)-oxid-hydroxid (SPF), Sägemehlkügelchen (SPB) zu untersuchen Mit Sägemehlpulver dotierte Eisen(III)-Oxid-Hydroxid-Perlen (SPFB). Die Ergebnisse sind in Abb. 5a dargestellt. Die Kontrollbedingung war eine Bleikonzentration von 50 mg L−1, ein Probenvolumen von 200 ml, eine Kontaktzeit von 6 Stunden, pH 5, eine Temperatur von 25 °C und eine Schüttelgeschwindigkeit von 200 U/min. Die Effizienz der Bleientfernung aller Materialien wurde mit der Erhöhung der Materialdosis gesteigert, was möglicherweise auf die Zunahme der aktiven Stellen der Materialien zurückzuführen ist7. Ihre höchsten Wirkungsgrade bei der Bleientfernung betrugen 85,12 %, 96,11 %, 89,57 % und 100 % bei 2 g, 1 g, 1,5 g bzw. 0,5 g für SP, SPF, SPB und SPFB. Daher handelte es sich um optimale Dosierungen von Sägemehlmaterialien, die zur Untersuchung des Kontaktzeiteffekts verwendet wurden.

Batch-Experimente zur Blei- und RB4-Farbstoffentfernung auf die Auswirkungen von (a,b) Dosis, (c,d) Kontaktzeit, (f) Temperatur, (e,h) pH-Wert und (g,i) Konzentration von Sägemehlpulver ( SP), mit Sägemehlpulver dotiertes Eisen(III)-oxid-hydroxid (SPF), Sägemehlkügelchen (SPB) und mit Sägemehlpulver dotiertes Eisen(III)-oxid-hydroxidkügelchen (SPFB).

Zur Entfernung des RB4-Farbstoffs wurden sechs verschiedene Dosen von 0,5 bis 3 g verwendet, um den Dosiseffekt der RB4-Farbstoffadsorption durch Sägemehlkügelchen (SPB) und mit Sägemehlpulver dotierte Eisen(III)-Oxid-Hydroxid-Kügelchen (SPFB) zu untersuchen. Die Ergebnisse sind in Abb. 5b dargestellt. Die Kontrollbedingung war eine RB4-Farbstoffkonzentration von 50 mg L−1, ein Probenvolumen von 200 ml, eine Kontaktzeit von 12 Stunden, pH 7, eine Temperatur von 60 °C und eine Schüttelgeschwindigkeit von 150 U/min. Die Effizienz der RB4-Farbstoffentfernung aller Materialien wurde mit der Erhöhung der Materialdosis gesteigert, was möglicherweise auf die Zunahme der aktiven Stellen der Materialien zurückzuführen ist12. Die höchste RB4-Farbstoffentfernungseffizienz von SPB wurde bei 3 g mit 89,65 % gefunden, während die höchste RB4-Farbstoffentfernungseffizienz von SPFB bei 1,5 g mit 94,10 % gefunden wurde. Daher handelte es sich um die optimalen Dosierungen von Sägemehlmaterialien, die zur Untersuchung des Kontaktzeiteffekts verwendet wurden.

Zur Bleientfernung wurden die unterschiedlichen Kontaktzeiten von 1 bis 6 Stunden verwendet, um den Einfluss der Kontaktzeit auf die Bleiadsorption durch Sägemehlpulver (SP), mit Sägemehlpulver dotiertes Eisen(III)-oxid-hydroxid (SPF) und Sägemehlkügelchen (SPB) zu untersuchen. und mit Sägemehlpulver dotierte Eisen(III)-Oxid-Hydroxid-Perlen (SPFB). Die Ergebnisse sind in Abb. 5c dargestellt. Die Kontrollbedingung war eine Bleikonzentration von 50 mg L−1, ein Probenvolumen von 200 ml, pH 5, eine Temperatur von 25 °C, eine Schüttelgeschwindigkeit von 200 U/min und die optimale Dosis von 2 g (SP) oder 1 g (SPF) oder 1,5 g (SPB) oder 0,5 g (SPFB). Die Effizienz der Bleientfernung aller Materialien wurde mit zunehmender Kontaktzeit ähnlich dem Dosiseffekt erhöht. Ihre höchsten Wirkungsgrade bei der Bleientfernung betrugen 86,74 %, 97,58 %, 90,12 % und 100 % nach 5 Stunden, 3 Stunden, 4 Stunden und 2 Stunden für SP, SPF, SPB bzw. SPFB. Daher waren sie die optimale Kontaktzeit der Sägemehlmaterialien, die zur Untersuchung des pH-Effekts verwendet wurden.

Zur Entfernung des RB4-Farbstoffs wurden die unterschiedlichen Kontaktzeiten von 3 bis 18 Stunden verwendet, um den Einfluss der Kontaktzeit auf die Adsorption des RB4-Farbstoffs durch Sägemehlkügelchen (SPB) und mit Sägemehlpulver dotierte Eisen(III)-Oxid-Hydroxid-Kügelchen (SPFB) zu untersuchen Die Ergebnisse sind in Abb. 5d dargestellt. Die Kontrollbedingung war eine RB4-Farbstoffkonzentration von 50 mg L−1, ein Probenvolumen von 200 ml, pH 7, eine Temperatur von 60 °C, eine Schüttelgeschwindigkeit von 150 U/min und die optimale Dosis 3 g (SPB) oder 1,5 g (SPFB). Die Effizienz der RB4-Farbstoffentfernung aller Materialien wurde mit zunehmender Kontaktzeit ähnlich dem Dosiseffekt erhöht. Ihre höchsten Wirkungsgrade bei der Entfernung von RB4-Farbstoffen wurden nach 12 Stunden mit 88,15 % für SPB und nach 9 Stunden mit 93,76 % für SPFB gefunden. Daher waren es die optimalen Kontaktzeiten der Sägemehlmaterialien, die zur Untersuchung des pH-Effekts verwendet wurden.

Nur die Farbstoffentfernung untersuchte den Einfluss der Temperatur darauf, ob sich die Temperaturänderung auf die RB4-Farbstoffentfernung durch Sägemehlkügelchen (SPB) und mit Sägemehlpulver dotierte Eisen(III)-Oxid-Hydroxid-Kügelchen (SPFB) auswirkt. Die unterschiedlichen Temperaturen von 40 bis 80 °C wurden zur Untersuchung des Temperatureffekts auf die Adsorption von RB4-Farbstoffen durch Sägemehlmaterialien verwendet. Die Ergebnisse sind in Abb. 5f dargestellt. Die Kontrollbedingung war eine RB4-Farbstoffkonzentration von 50 mg L−1, ein Probenvolumen von 200 ml, pH 7, eine Schüttelgeschwindigkeit von 150 U/min und die optimale Dosis von 3 g (SPB) oder 1,5 g (SPFB) und Kontakt Zeit von 12 h (SPB) oder 9 h (SPFB). Die Effizienz der RB4-Farbstoffentfernung aller Materialien nahm mit zunehmender Temperatur ab, und die höchste Effizienz der RB4-Farbstoffentfernung wurde bei einer Temperatur von 40 °C mit 87,78 % für SPB und 30 °C mit 95,12 % für SPFB erreicht. Daher handelte es sich um die optimalen Temperaturen der Sägemehlmaterialien, die zur Untersuchung des pH-Effekts verwendet wurden.

Zur Bleientfernung wurde die Auswirkung des pH-Werts untersucht, indem die pH-Werte 1, 3, 5, 7, 9 und 11 variiert wurden, was die sauren, neutralen und basischen Bedingungen auf die Bleiadsorption durch Sägemehlpulver (SP) und mit Sägemehlpulver dotiertes Eisen darstellte (III)-Oxid-Hydroxid (SPF), Sägemehlkügelchen (SPB) und mit Sägemehlpulver dotierte Eisen(III)-Oxid-Hydroxid-Kügelchen (SPFB). Die Ergebnisse sind in Abb. 5e dargestellt. Die Kontrollbedingung war eine Bleikonzentration von 50 mg L−1, ein Probenvolumen von 200 ml, eine Temperatur von 25 °C, eine Schüttelgeschwindigkeit von 200 U/min und die optimale Dosis von 2 g (SP) bzw. 1 g (SPF). ) oder 1,5 g (SPB) oder 0,5 g (SPFB) und eine Kontaktzeit von 5 h (SP) oder 3 h (SPF) oder 4 h (SPB) oder 2 h (SPFB). Die Effizienz der Bleientfernung aller Materialien wurde mit der Erhöhung der pH-Werte von 1 auf 7 erhöht und dann wieder verringert. Die höchsten Effizienzen bei der Bleientfernung aller Materialien wurden bei pH 5 festgestellt, wobei die Bleientfernung bei 86,21 %, 98,15 %, 91,45 % bzw. 100 % für SP, SPF, SPB und SPFB lag, was mit anderen früheren Studien übereinstimmte, die die höchste Bleientfernung meldeten Entfernungseffizienz bei pH > 47,8,18. Daher war pH 5 der optimale pH-Wert der Sägemehlmaterialien, die zur Untersuchung des Konzentrationseffekts verwendet wurden.

Zur Entfernung des RB4-Farbstoffs wurde die Auswirkung des pH-Werts untersucht, indem die pH-Werte 1, 3, 5, 7, 9 und 11 variiert wurden, was die sauren, neutralen und basischen Bedingungen auf die RB4-Farbstoffadsorption durch Sägemehlkügelchen (SPB) und Sägemehlpulver darstellte dotierte Eisen(III)-Oxid-Hydroxid-Perlen (SPFB), und die Ergebnisse sind in Abb. 5h dargestellt. Die Kontrollbedingung war eine RB4-Farbstoffkonzentration von 50 mg L−1, ein Probenvolumen von 200 ml, eine Schüttelgeschwindigkeit von 150 U/min und die optimale Dosis 3 g (SPB) oder 1,5 g (SPFB), Kontaktzeit von 12 Stunden (SPB) oder 9 h (SPFB) und einer Temperatur von 40 °C (SPB) oder 30 °C (SPFB). Die Effizienz der RB4-Farbstoffentfernung aller Materialien stieg mit der Erhöhung der pH-Werte von 1 auf 3, dann sank sie wieder. Die höchste Effizienz der RB4-Farbstoffentfernung aller Materialien wurde bei pH 3 gefunden, wobei die RB4-Farbstoffentfernung bei 89,12 % und 95,96 % für SPB und SPFB lag, was anderen früheren Studien entspricht, die die höchste RB4-Farbstoffentfernungseffizienz bei sauren Bedingungen meldeten6,14. Daher war pH 3 der optimale pH-Wert der Sägemehlmaterialien, die zur Untersuchung des Konzentrationseffekts verwendet wurden.

Zur Bleientfernung wurden Bleikonzentrationen von 30–70 mg L−1 verwendet, um den Konzentrationseffekt auf die Bleiadsorption durch Sägemehlpulver (SP), mit Sägemehlpulver dotiertes Eisen(III)-oxid-hydroxid (SPF) und Sägemehlperlen (SPB) zu untersuchen. und mit Sägemehlpulver dotierte Eisen(III)-Oxid-Hydroxid-Perlen (SPFB). Die Ergebnisse sind in Abb. 5g dargestellt. Die Kontrollbedingung war ein Probenvolumen von 200 ml, eine Temperatur von 25 °C, eine Schüttelgeschwindigkeit von 200 U/min und die optimale Dosis von 2 g (SP) oder 1 g (SPF) oder 1,5 g (SPB) oder 0,5 g (SPFB) und einer Kontaktzeit von 5 h (SP) oder 3 h (SPF) oder 4 h (SPB) oder 2 h (SPFB) und einem pH-Wert von 5. Die Bleientfernungseffizienz aller Materialien nahm mit zunehmender Konzentration ab, weil der abnehmenden verfügbaren aktiven Stellen für die Adsorption von Bleiionen7. Die Effizienz der Bleientfernung von 30 bis 70 mg L-1 SP, SPF, SPB und SPFB betrug 78,82–84,56 %, 92,57–98,12 %, 85,41–91,39 % bzw. 97,15–100 %. Bei einer Bleikonzentration von 50 mg L-1 betrugen die Bleientfernungseffizienzen von SP, SPF, SPB und SPFB 82,14 %, 95,06 %, 88,45 % bzw. 100 %, und SPFB zeigte die höchste Bleientfernungseffizienz anderer Materialien .

Zur Entfernung des RB4-Farbstoffs wurden RB4-Farbstoffkonzentrationen von 30–70 mg L−1 verwendet, um den Konzentrationseffekt auf die RB4-Farbstoffadsorption durch Sägemehlkügelchen (SPB) und mit Sägemehlpulver dotierte Eisen(III)-Oxid-Hydroxid-Kügelchen (SPFB) zu untersuchen Die Ergebnisse sind in Abb. 5i dargestellt. Die Kontrollbedingung war ein Probenvolumen von 150 ml und die optimale Dosis von 3 g (SPB) oder 1,5 g (SPFB), eine Kontaktzeit von 12 h (SPB) oder 9 h (SPFB), eine Temperatur von 40 °C (SPB). ) oder 30 °C (SPFB) und einem pH-Wert von 3. Die Effizienz der RB4-Farbstoffentfernung aller Materialien nahm mit zunehmender Konzentration ab, da RB4-Farbstoffionen mehr als die verfügbaren aktiven Stellen von Sägemehlmaterialien waren, ähnlich dem Bericht anderer Studien12, 14. Die Effizienz der RB4-Farbstoffentfernung aus 30 bis 70 mg L−1 SPB und SPFB betrug 84,35–89,65 % und 88,43–96,12 %. Bei einer RB4-Farbstoffkonzentration von 50 mg L−1 betrugen die RB4-Farbstoffentfernungseffizienzen von SPB und SPFB 87,96 % bzw. 92,84 %, und SPFB zeigte die höchste RB4-Farbstoffentfernungseffizienz anderer Materialien.

Zum Abschluss der Bleientfernung: 2 g, 5 Stunden, pH 5, 50 mg L-1, 1 g, 3 Stunden, pH 5, 50 mg L-1, 1,5 g, 4 Stunden, pH 5, 50 mg L-1 und 0,5 g, 2 h, pH 5, 50 mg L−1 waren die optimalen Bedingungen in Bezug auf Dosis, Kontaktzeit, pH und Konzentration von SP, SPF, SPB bzw. SPFB und konnten in der Reihenfolge angeordnet werden hoch bis niedrig von SPFB > SPF > SPB > SP. Infolgedessen trugen sowohl die Änderung der Materialform als auch die Zugabe von Eisen(III)-oxid-hydroxid dazu bei, die Materialeffizienz für die Bleiadsorption zu verbessern.

Zum Abschluss der RB4-Farbstoffentfernung waren 3 g, 12 Stunden, 40 °C, pH 3, 50 mg L−1 und 1,5 g, 9 Stunden, 30 °C, pH 3, 50 mg L−1 die optimalen Dosierungsbedingungen , Kontaktzeit, Temperatur, pH-Wert und Konzentration von SPB bzw. SPFB. Infolgedessen trug die Änderung der Materialform und die Zugabe von Eisen(III)-Oxid-Hydroxid dazu bei, die Materialeffizienz für die Adsorption des RB4-Farbstoffs zu verbessern, als nur die Materialform zu ändern.

Daher konnten Sägemehlmaterialien sowohl Blei als auch RB4-Farbstoff in wässrigen Lösungen entfernen, und SPFB zeigte die höchste Entfernungseffizienz bei beiden Schadstoffen. Schließlich wurde empfohlen, SPFB künftig zur Entfernung von Blei oder RB4-Farbstoffen im Abwasseraufbereitungssystem einzusetzen.

Die Adsorptionsmuster von Sägemehlpulver (SP), mit Sägemehlpulver dotiertem Eisen(III)-oxid-hydroxid (SPF), Sägemehlperlen (SPB) und mit Sägemehlpulver dotierten Eisen(III)-oxid-hydroxidperlen (SPFB) für die Bleiadsorption und Sägemehl Perlen (SPB) und mit Sägemehlpulver dotierte Eisen(III)-Oxid-Hydroxid-Perlen (SPFB) für die RB4-Farbstoffadsorption wurden anhand verschiedener Adsorptionsisothermen von Langmuir-, Freundlich-, Temkin- und Dubinin-Radushkevich-Modellen sowohl in linearen als auch in nichtlinearen Modellen untersucht. Für lineare Modelle wurden Langmuir-, Freundlich-, Temkin- und Dubinin-Radushkevich-Isothermen durch Ce/qe gegen Ce, log qe gegen log Ce, qe gegen ln Ce bzw. ln qe gegen ε2 aufgetragen. Für nichtlineare Modelle wurden alle Isothermen durch Ce gegen qe aufgetragen. Die Diagramme der Blei- und RB4-Farbstoffadsorption sind in den Abbildungen dargestellt. 6a–h bzw. 7a–f und ihre Isothermenparameter sind in den Tabellen 4 bzw. 5 dargestellt. Im Allgemeinen wird das am besten geeignete Isothermenmodell zur Erklärung des Adsorptionsmusters von Material aus dem hohen Regressionswert (R2) ausgewählt, der nahe bei 112 liegt.

Diagramme von (a) linearem Langmuir, (b) linearem Freundlich, (c) linearem Temkin, (d) linearem Dubinin-Radushkevich und (e–h) nichtlinearen Adsorptionsisothermen von Sägemehlpulver (SP), mit Sägemehlpulver dotiertem Eisen (III). ) Oxid-Hydroxid (SPF), Sägemehlkügelchen (SPB) und mit Sägemehlpulver dotierte Eisen(III)-oxid-Hydroxidkügelchen (SPFB) für Bleiadsorptionen.

Diagramme von (a) linearem Langmuir, (b) linearem Freundlich, (c) linearem Temkin, (d) linearem Dubinin-Radushkevich und (e,f) nichtlinearen Adsorptionsisothermen von Sägemehlkügelchen (SPB) und mit Sägemehlpulver dotiertem Eisen ( III) Oxid-Hydroxid-Kügelchen (SPFB) für die Adsorption von RB4-Farbstoffen.

Bei der Bleiadsorption entsprachen die Adsorptionsmuster von SP und SPB der Langmuir-Isotherme und bezogen sich auf eine physikalische Adsorption, da ihre R2-Werte sowohl im linearen als auch im nichtlinearen Bereich höher waren als bei den Modellen von Freundlich, Temkin und Dubinin-Radushkevich. Daher wurden Langmuir-Parameter von qm- und KL-Werten zur Erklärung des Adsorptionsmusters verwendet. Da die qm- und KL-Werte von SPB höher waren als die von SP, hatte SPB möglicherweise eine höhere Bleientfernungseffizienz mit einer hohen Adsorptionsrate als SP, was mit den Ergebnissen des Batch-Experiments korrelierte. Für SPF und SPFB entsprachen ihre Adsorptionsmuster der Freundlich-Isotherme im Zusammenhang mit einer physiochemischen Adsorption, da ihre R2-Werte sowohl im linearen als auch im nichtlinearen Bereich höher waren als in den Langmuir-, Temkin- und Dubinin-Radushkevich-Modellen. Daher wurden die Freundlich-Parameter KF und 1/n-Werte zur Erklärung des Adsorptionsmusters verwendet. KF bezieht sich auf die Freundlich-Adsorptionskonstante, wobei SPFB den höchsten KF-Wert darstellte, sodass SPFB eine höhere Adsorptionsrate als SPF aufwies. Bei einem 1/n-Wert handelt es sich um eine konstante Darstellung der Adsorptionsintensität, wobei 0 < 1/n < 1 die günstige Adsorptionsisotherme bedeutet, sodass beide Materialien eine günstige Adsorption aufwiesen, da ihre 1/n-Werte in diesem Bereich lagen.

Für die RB4-Farbstoffadsorption entsprach das Adsorptionsmuster von SPB dem Langmuir-Modell in Bezug auf eine physikalische Adsorption, während das Adsorptionsmuster von SPFB dem Freundlich-Modell entsprach, das mit einer physikochemischen Adsorption durch Auswahl der Isotherme mit dem höchsten R2-Wert oder nahe bei 1 korrelierte. Diese Ergebnisse stimmten überein um Bleiadsorptionsmuster zu zeigen, dass die Langmuir- und Freundlich-Isothermen am besten geeignete Modelle zur Erklärung der Bleiadsorptionsmuster von SPB und SPFB seien. Daher waren sowohl die Blei- als auch die RB4-Farbstoffadsorptionsmuster von SPB und SPFB physikalische bzw. physikalisch-chemische Adsorptionsprozesse.

Darüber hinaus stimmten die Ergebnisse sowohl der linearen als auch der nichtlinearen Langmuir-, Freundlich-, Temkin- und Dubinin-Radushkevich-Modelle aller Sägemehlmaterialien miteinander überein, sodass für eine korrekte Datenübersetzung auch die Darstellung sowohl linearer als auch nichtlinearer Isothermenmodelle empfohlen wurde42,43, 44.

Schließlich ist der Vergleich des maximalen Adsorptionskapazitätswerts (qm) für Blei- und RB4-Farbstoffadsorptionen durch verschiedene Adsorbentien in Tabelle 6 dargestellt. Zum Vergleich der Bleientfernung hatten alle Sägemehlmaterialien in dieser Studie höhere qm-Werte als qm-Werte von Picea Smithiana-Sägemehl, Cellulose-Nanokristalle auf Sägemehlbasis, Zitronenschalen, Pampelmusenschalen und Zwiebelschalen. Darüber hinaus hatte SPFB einen höheren qm-Wert als alle Studien in Tabelle 6 mit Ausnahme der Studien von Hajam et al. (Dibetou-Sägemehl aktiviert durch HNO3 und NaOH), Niu et al. (Kiefern-Sägemehl-Biokohle, modifiziert mit Mn-Zn-Ferrit), Aigbe und Kavaz (Sägemehl, modifiziert mit Zinkoxid), Liu et al. (Zuckerrohrbagasse modifiziert mit Fe3O4), Zhao et al. (Maiskolben-Biokohle modifiziert mit CuFe2O4), Kang et al. (mit Fe3O4 modifizierte Maniokstängel) und Ahmadi et al. (Melonenschale). Zum Vergleich der RB4-Farbstoffentfernung hatten sowohl SPB als auch SPFB höhere qm-Werte als qm-Werte von Bagasse, Bagasse-Flugasche und Zitronenschalen, wie in Tabelle 6 gezeigt. Daher waren alle Sägemehlmaterialien in dieser Studie hocheffiziente Materialien für Blei und RB4 Farbstoffadsorptionen, und sie sind potenzielle Materialien für zukünftige industrielle Anwendungen, insbesondere SPFB.

Die Adsorptionsraten und Mechanismen der Bleiadsorption durch Sägemehlpulver (SP), mit Sägemehlpulver dotiertes Eisen(III)-oxid-hydroxid (SPF), Sägemehlkügelchen (SPB) und mit Sägemehlpulver dotiertes Eisen(III)-oxid-hydroxidkügelchen (SPFB) Die Adsorption von RB4-Farbstoffen durch Sägemehlkügelchen (SPB) und mit Sägemehlpulver dotierte Eisen(III)-Oxid-Hydroxid-Kügelchen (SPFB) wurde anhand verschiedener Adsorptionskinetiken des kinetischen Modells pseudo-erster Ordnung, des kinetischen Modells pseudo-zweiter Ordnung, Elovich, untersucht Modell und intrapartikuläre Diffusion sowohl in linearen als auch in nichtlinearen Modellen. Für lineare Modelle wurden sie durch ln (qe − qt) gegen die Zeit (t), t/qt gegen die Zeit (t), qt gegen ln t und qt gegen die Zeit (t0,5) für eine Kinetik pseudo-erster Ordnung aufgetragen , Pseudo-Kinetik zweiter Ordnung, Elovich- bzw. Intrapartikel-Diffusionsmodelle. Für nichtlineare Modelle wurden sie durch qt gegen die Zeit (t) aufgetragen. Die in den Abbildungen dargestellten grafischen Darstellungen der Blei- und RB4-Farbstoffadsorptionen. 8a–h bzw. 9a–f und ihre adsorptionskinetischen Parameter sind in den Tabellen 7 bzw. 8 aufgeführt. Im Allgemeinen wird das am besten geeignete Isothermenmodell zur Erklärung der Adsorptionsrate und des Mechanismus des Materials aus dem hohen Regressionswert (R2) ausgewählt, der nahe bei 112 liegt.

Diagramme von (a) linearer Pseudo-erster Ordnung, (b) linearem Pseudo-zweiter Ordnung, (c) linearem Elovich-Modell, (d) linearer Intrapartikeldiffusion und (e–h) nichtlinearen kinetischen Modellen von Sägemehlpulver (SP) , mit Sägemehlpulver dotiertes Eisen(III)-oxid-hydroxid (SPF), Sägemehlkügelchen (SPB) und mit Sägemehlpulver dotiertes Eisen(III)-oxid-hydroxidkügelchen (SPFB) für Bleiadsorptionen.

Diagramme von (a) linearer Pseudo-erster Ordnung, (b) linearem Pseudo-zweiter Ordnung, (c) linearem Elovich-Modell, (d) linearer intrapartikulärer Diffusion und (e,f) nichtlinearen kinetischen Modellen von Sägemehlperlen (SPB) und mit Sägemehlpulver dotierte Eisen(III)-Oxid-Hydroxid-Perlen (SPFB) für die Adsorption von RB4-Farbstoffen.

Bei der Bleiadsorption entsprachen die Adsorptionsrate und der Mechanismus von Sägemehlmaterialien einem kinetischen Modell pseudo-zweiter Ordnung in Bezug auf den Chemisorptionsprozess, da ihre R2-Werte sowohl in linearen als auch in nichtlinearen kinetischen Modellen pseudo-zweiter Ordnung höher waren als in pseudo-ersten Kinetische, Elovich- und Intrapartikel-Diffusionsmodelle -Ordnung. Daher wurden die adsorptionskinetischen Parameter qe und k2 zur Erklärung der Adsorptionsrate und des Adsorptionsmechanismus verwendet. Ihre Adsorptionskapazitäten (qe) eines kinetischen Modells pseudo-zweiter Ordnung wurden in der Reihenfolge von hoch nach niedrig angeordnet: SPFB > SPF > SPB > SP korrelierten mit den Ergebnissen von Batch-Experimenten und der Adsorptionsisotherme. Bei einem k2-Wert handelt es sich um die kinetische Geschwindigkeitskonstante pseudo-zweiter Ordnung, bei der SPFB den höchsten Wert als andere Adsorbentien zeigte. Infolgedessen hatte SPFB eine höhere Bleiadsorption mit schneller Reaktion als andere Materialien.

Bei der RB4-Farbstoffadsorption entsprachen die Adsorptionsrate und der Mechanismus von SPB und SPFB einem kinetischen Modell pseudo-zweiter Ordnung, ähnlich der Bleiadsorption. Darüber hinaus waren die qe- und k2-Werte von SPFB ebenfalls höher als die von SPB, sodass SPFB eine höhere RB4-Farbstoffadsorption als SPB aufwies, was der Bleiadsorption von SPB und SPFB entspricht. Daher wurden sowohl die Adsorptionsraten von Blei- als auch RB4-Farbstoffen sowie die Mechanismen von SPB und SPFB durch einen physikalisch-chemischen Adsorptionsprozess erklärt.

Schließlich stimmten die Ergebnisse sowohl der linearen als auch der nichtlinearen kinetischen Modelle pseudo-erster Ordnung, pseudo-zweiter Ordnung, Elovich und intrapartikulärer Diffusion aller Sägemehlmaterialien miteinander überein, so dass die Diagramme sowohl linearer als auch nichtlinearer kinetischer Modelle dargestellt wurden Wird auch zum Schutz fehlerhafter Datenübersetzungen empfohlen42,43,44.

Mithilfe der Desorptionsexperimente wurde die Machbarkeit der Wiederverwendung von Sägemehlpulver (SP), mit Sägemehlpulver dotiertem Eisen(III)-oxid-hydroxid (SPF), Sägemehlkügelchen (SPB) und mit Sägemehlpulver dotiertem Eisen(III)-oxid-hydroxid untersucht Perlen (SPFB), da dies ein notwendiger Punkt ist, um die Kosten und die wirtschaftliche Machbarkeit industrieller Anwendungen abzuschätzen.

Für die Bleiadsorption wurden SP, SPF, SPB und SPFB für 5 Adsorptions-Desorptionszyklen angewendet, um ihre Fähigkeiten zu bestätigen. Die Ergebnisse sind in Abb. 10a dargestellt. Für SP konnte es in 5 Zyklen mit hoher Adsorption und Desorption im Bereich von 63,33–82,16 % bzw. 60,54–81,76 % wiederverwendet werden, wobei Adsorption und Desorption um etwa 19 % bzw. 21 % verringert wurden. Für SPF wurde außerdem eine Wiederverwendbarkeit in 5 Zyklen mit hoher Adsorption und Desorption im Bereich von 81,83–95,23 % bzw. 78,30–94,93 % bestätigt, wobei Adsorption und Desorption um etwa 13 % bzw. 17 % verringert wurden. Für SPB konnte es in 5 Zyklen mit hoher Adsorption und Desorption im Bereich von 71,58–88,62 % bzw. 68,33–88,27 % wiederverwendet werden, wobei Adsorption und Desorption um etwa 17 % bzw. 20 % verringert wurden. Für SPFB wurde außerdem eine Wiederverwendbarkeit in 5 Zyklen mit hoher Adsorption und Desorption im Bereich von 89,45–100 % bzw. 86,33–99,75 % bestätigt, wobei Adsorption und Desorption um etwa 11 % bzw. 13 % verringert wurden. Daher sind Sägemehlmaterialien potenzielle Materialien für die Bleiadsorption mit einer Wiederverwendbarkeit von mehr als 5 Zyklen um mehr als 63 % und können weiter für industrielle Anwendungen eingesetzt werden.

Die Desorptionsexperimente von (a) Sägemehlpulver (SP), mit Sägemehlpulver dotiertem Eisen(III)-oxid-hydroxid (SPF), Sägemehlkügelchen (SPB) und mit Sägemehlpulver dotierten Eisen(III)-oxid-hydroxidkügelchen (SPFB) für Blei Entfernung und (b) Sägemehlkügelchen (SPB) und mit Sägemehlpulver dotierte Eisen(III)-Oxid-Hydroxid-Kügelchen (SPFB) zur RB4-Farbstoffentfernung.

Für die RB4-Farbstoffadsorption wurden SPB und SPFB für 5 Adsorptions-Desorptionszyklen angewendet, um ihre Fähigkeiten zu bestätigen. Die Ergebnisse sind in Abb. 10b dargestellt. Für SPB konnte es in 5 Zyklen mit hoher Adsorption und Desorption im Bereich von 72,45–87,84 % bzw. 69,36–88,09 % wiederverwendet werden, wobei Adsorption und Desorption um etwa 15 % bzw. 19 % verringert wurden. Für SPFB wurde außerdem eine Wiederverwendbarkeit in 5 Zyklen mit hoher Adsorption und Desorption im Bereich von 82,85–92,63 % bzw. 80,15–92,43 % bestätigt, wobei Adsorption und Desorption um etwa 10 % bzw. 12 % verringert wurden. Daher sind SPB und SPFB potenzielle Materialien für die RB4-Farbstoffentfernung mit einer Wiederverwendbarkeit von mehr als 5 Zyklen um mehr als 72 % und können in Zukunft in industriellen Anwendungen eingesetzt werden.

Die möglichen Mechanismen der Blei- und RB4-Farbstoffadsorption auf Sägemehlmaterialien sind in Abb. 11a, b dargestellt. Für die Bleiadsorption werden Cellulose, Hemicellulose, Pektin, Lignin, eine Hydroxylgruppe (–OH), Methylgruppen (C–H), ein aromatischer Ring Lignin (C=C) sowie Alkohol und Carbonsäure von Lignin und Hemicellulose (C) verwendet –H) waren die Hauptstruktur- und chemischen Funktionsgruppen von Sägemehlmaterialien. Die Carboxylgruppe (–COOH) wurde auch in Sägemehlkügelchen (SPB und SPFB) nachgewiesen, indem die Komplexverbindung zwischen SP oder SPF mit Natriumalginat gebildet wurde. Darüber hinaus wurde die komplexe Verbindung zwischen der Oberfläche von SPF oder SPFB und Eisen(III)-oxid-hydroxid durch einen Prozess der Elektronenteilung mit Hydroxylgruppen zu SP∙Fe(OH)3 oder SPB∙Fe(OH)3 gebildet Sägespäne. Daher könnte der mögliche Mechanismus der Bleiadsorption durch Sägemehlmaterialien auf der Abgabe eines Protons (H+) von Carboxylgruppen (–COOH) oder Hydroxylgruppen (–OH) oder SP∙Fe(OH)3 oder SPB∙Fe(OH)3 beruhen Die wichtigsten chemischen Verbindungen oder komplexen Verbindungen sind –COO oder –O oder FeO(OH)2 zum Einfangen von Blei(II)-Ionen (Pb2+) anstelle von H+ aus einem in Abb. 11a gezeigten Prozess elektrostatischer Wechselwirkungen64.

Mögliche Mechanismen von (a) Sägemehlpulver (SP), mit Sägemehlpulver dotiertem Eisen(III)-oxid-hydroxid (SPF), Sägemehlkügelchen (SPB) und mit Sägemehlpulver dotierten Eisen(III)-oxid-hydroxidkügelchen (SPFB) für die Bleiadsorption und (b) Sägemehlkügelchen (SPB) und mit Sägemehlpulver dotierte Eisen(III)-Oxid-Hydroxid-Kügelchen (SPFB) für die RB4-Farbstoffadsorption.

Für die RB4-Farbstoffadsorption waren die Hauptstruktur und die chemischen Gruppen von SPB und SPFB dieselben wie oben erwähnt, der mögliche Mechanismus der RB4-Farbstoffadsorption beruhte jedoch auf einer anderen Erklärung, basierend auf Ngamsurach et al.12, dargestellt in Abb. 11b. Zur Erklärung der RB4-Farbstoffadsorption durch SPB und SPFB wurden drei mögliche Mechanismen der elektrostatischen Anziehung, der Wasserstoffbindungswechselwirkungen und der n-π-Bindungswechselwirkungen herangezogen. Bei elektrostatischen Wechselwirkungen adsorbierte die Oberfläche von SPB oder SPFB RB4-Farbstoffmoleküle aufgrund der Wechselwirkung zwischen der positiv geladenen Hydroxygruppe (–OH) ihrer Oberfläche und den negativ geladenen Sulfonatgruppen (–SO3−) der RB4-Farbstoffmoleküle. Bei Wasserstoffbrückenbindungswechselwirkungen wurde der Stickstoff (N) in der RB4-Farbstoffstruktur von Wasserstoffionen (H+) in der Hydroxylgruppe (–OH) von SPB oder SPFB14 abgefangen. Schließlich erfolgten die n-π-Bindungswechselwirkungen durch die Wechselwirkung der Sauerstoffbindung (–O) in der Hydroxylgruppe (–OH) in SPB oder SPFB und den aromatischen Ringen in RB4-Farbstoffmolekülen6.

Vier Sägemehlmaterialien aus Sägemehlpulver (SP), mit Sägemehlpulver dotiertem Eisen(III)-oxid-hydroxid (SPF), Sägemehlkügelchen (SPB) und mit Sägemehlpulver dotierten Eisen(III)-oxid-hydroxidkügelchen (SPFB) wurden erfolgreich für Blei synthetisiert oder RB4-Farbstoffentfernung in einer wässrigen Lösung. SPFB zeigte eine höhere spezifische Oberfläche (11,020 m2 g−1) und eine kleinere Porengröße (3,937 nm) als andere Materialien, und die Ergebnisse zeigten, dass die Zugabe von Eisen(III)-oxid-hydroxid zu Sägemehlmaterialien die spezifische Oberfläche und Pore vergrößerte Volumen, während der Porendurchmesser verringert wurde. Die Oberflächenmorphologien von SP und SPF waren unregelmäßige Formen mit heterogenen Faserstrukturen, wohingegen SPB und SPFB sphärische Formen mit groben Oberflächen hatten. Kohlenstoff (C) und Sauerstoff (O) wurden in allen Materialien gefunden, während Eisen (Fe) nur in den Materialien mit Zusatz von Eisen(III)-oxid-hydroxid (SPF und SPFB) gefunden wurde. In allen Materialien wurden vier Hauptfunktionsgruppen O–H, C–H, C=C und C–O nachgewiesen. Für Batch-Experimente waren die optimalen Bedingungen von SP, SPF, SPB und SPFB für die Bleiadsorption 2 g, 5 h, pH 5, 50 mg L−1, 1 g, 3 h, pH 5, 50 mg L−1, 1,5 g, 4 h, pH 5, 50 mg L-1 bzw. 0,5 g, 2 h, pH 5, 50 mg L-1, und die optimalen Bedingungen von SPB und SPFB für die RB4-Farbstoffadsorption waren 3 g, 12 h, 40 °C, pH 3, 50 mg L−1 bzw. 1,5 g, 9 h, 30 °C, pH 3, 50 mg L−1. Da SPFB im Vergleich zu anderen Materialien die höchste Blei- oder RB4-Farbstoffentfernung zeigte, trug die Zugabe von Eisen(III)-oxid-hydroxid und die Änderung der Materialform dazu bei, die Materialeffizienz für die Blei- oder RB4-Farbstoffadsorption zu verbessern. Bei den Adsorptionsisothermen entsprachen SP und SPB dem Langmuir-Modell, das sich auf die physikalische Adsorption bezieht, während SPF und SPFB dem Freundlich-Modell entsprachen, das sich auf einen physikalisch-chemischen Adsorptionsprozess bezieht. Für die kinetische Untersuchung entsprachen alle Materialien einem kinetischen Modell pseudo-zweiter Ordnung, das sich auf einen Chemisorptionsprozess mit heterogener Adsorption bezieht. Für Desorptionsexperimente konnten alle Materialien mehr als 5 Zyklen lang wiederverwendet werden, wobei eine hohe Bleientfernung von 63 % erreicht wurde, und SPB und SPFB konnten ebenfalls mehr als 5 Zyklen lang wiederverwendet werden, wobei eine hohe RB4-Farbstoffentfernung von 72 % erzielt wurde. Daher stellten alle Sägemehlmaterialien ein hohes Potenzial für die Blei- oder Farbstoffadsorption in einer wässrigen Lösung dar, und SPFB zeigte die höchsten Blei- und RB4-Farbstoffentfernungen. Daher war SPFB für die Abwasserbehandlung in industriellen Anwendungen geeignet.

Für zukünftige Arbeiten sollte das reale Abwasser mit kontaminiertem Blei oder RB4-Farbstoff untersucht werden, um die Eignung von Sägemehlmaterialien zu bestätigen, und die kontinuierliche Durchflussstudie muss auch für weitere industrielle Anwendungen untersucht werden.

Sägemehl (Pterocarpus indicus) wurde von einem örtlichen Sägewerk in der Provinz Khon Kaen, Thailand, bezogen.

Alle Chemikalien waren analysenrein (AR) und wurden vor der Verwendung nicht gereinigt. Für die Materialsynthese: Eisenchlorid-Hexahydrat (FeCl3·6H2O) (LOBA, Indien), Natriumhydroxid (NaOH) (RCI Labscan, Thailand), Natriumalginat (NaC6H7O6) (Merck, Deutschland) und Calciumchlorid-Dehydrat (CaCl2·2H2O). (RCI Labscan, Thailand) verwendet. Zur Vorbereitung von Abwasserproben wurden Bleinitrat (Pb(NO3)2) (QRëC, Neuseeland) und der Farbstoff Reaktivblau 4 (RB4) (Sigma-Aldrich, Deutschland) verwendet. Die chemischen Eigenschaften und die Struktur des RB4-Farbstoffs sind in Tabelle 9 dargestellt. Zur pH-Einstellung wurden 1 % NaOH und 1 % HNO3 (Merck, Deutschland) verwendet.

Die Flussdiagramme der Synthesemethoden für vier Sägemehlmaterialien: Sägemehlpulver (SP), mit Sägemehlpulver dotiertes Eisen(III)-oxid-hydroxid (SPF), Sägemehlkügelchen (SPB) und mit Sägemehlpulver dotiertes Eisen(III)-oxid-hydroxidkügelchen (SPFB) basierend auf Threepanich und Praipipat8 sind in Abb. 12a – c dargestellt und die Details werden unten klar erläutert.

Flussdiagramme der Synthesemethoden von (a) Sägemehlpulver (SP), (b) mit Sägemehlpulver dotiertem Eisen(III)-oxid-hydroxid (SPF) und (c) Sägemehlkügelchen (SPB) und mit Sägemehlpulver dotiertem Eisen(III)-oxid -Hydroxidkügelchen (SPFB).

Zunächst wurde das Sägemehl mit Leitungswasser gewaschen, um Verunreinigungen zu entfernen, und dann über Nacht in einem Heißluftofen (Binder, FED 53, Deutschland) bei 105 °C getrocknet. Anschließend wurde es gemahlen und auf eine Größe von 125 µm gesiebt. Schließlich wurde es vor der Verwendung in einem Exsikkator aufbewahrt, der als Sägemehlpulver (SP) bezeichnet wird.

Zunächst wurden 5 g SP zu 500 ml Erlenmeyerkolben mit 160 ml 5 % FeCl3·6H2O gegeben und 3 Stunden lang mit einem Orbitalschüttler (GFL, 3020, Deutschland) bei 200 U/min gemischt. Anschließend wurden sie filtriert und 12 Stunden lang bei Raumtemperatur luftgetrocknet. Dann wurden sie zu 500 ml Erlenmeyerkolben mit 160 ml 5 % NaOH gegeben und 1 Stunde lang mit einem Orbitalschüttler bei 200 U/min gemischt. Danach wurden sie filtriert und 12 Stunden lang bei Raumtemperatur luftgetrocknet. Schließlich wurden sie vor der Verwendung in einem Exsikkator aufbewahrt, der mit Sägemehlpulver dotiertes Eisen(III)-oxid-hydroxid (SPF) genannt wird.

Zunächst wurden 5 g SP oder SPF zu 500 ml eines Becherglases mit 200 ml 2 %igem Natriumalginat gegeben, anschließend homogen gemischt und auf einer Heizplatte erhitzt (Ingenieurbüro CAT, M. Zipperer GmbH, M 6, Deutschland). ) bei 60 °C unter ständigem Rühren von 200 U/min. Zweitens wurden sie mit einer 10-ml-Spritze mit einer Nadelgröße von 1,2 × 40 mm tropfenweise in 250 ml 0,1 M CaCl2·2H2O getropft. Die Perlenproben wurden 24 Stunden lang in 0,1 M CaCl2·2H2O eingeweicht und dann filtriert und mit entionisiertem Wasser gespült. Danach wurden sie 12 Stunden lang bei Raumtemperatur an der Luft getrocknet und vor der Verwendung in einem Exsikkator aufbewahrt, der als Sägemehlperlen (SPB) oder mit Sägemehlpulver dotierte Eisen(III)-Oxid-Hydroxid-Perlen (SPFB) bezeichnet wurde.

Verschiedene charakterisierte Techniken von Brunauer-Emmett-Teller (BET) (Bel, Bel Sorp mini Mikroskopie und Fokusionenstrahl (FESEM-FIB) mit energiedispersivem Röntgenspektrometer (EDX) (FEI, Helios NanoLab G3 CX, USA) und Fourier-Transformations-Infrarotspektroskopie (FT-IR) (Bruker, TENSOR27, Hongkong). Wird zur Untersuchung der spezifischen Oberfläche, des Porenvolumens, der Porengröße, der Oberflächenmorphologie, der chemischen Zusammensetzung und der chemischen Funktionsgruppen von Sägemehlpulver (SP), mit Sägemehlpulver dotiertem Eisen(III)-oxid-hydroxid (SPF) und Sägemehlperlen (SPB) verwendet. und mit Sägemehlpulver dotierte Eisen(III)-Oxid-Hydroxid-Perlen (SPFB).

Eine Reihe von Batch-Adsorptionsexperimenten wurde entwickelt, um die Auswirkung von Dosis, Kontaktzeit, pH-Wert und Konzentration auf die Effizienz der Bleientfernung durch Sägemehlpulver (SP), mit Sägemehlpulver dotiertes Eisen(III)-oxid-hydroxid (SPF), Sägemehlperlen ( SPB) und mit Sägemehlpulver dotierte Eisen(III)-Oxid-Hydroxid-Perlen (SPFB). Die Unterschiede in der Dosis von 0,5 bis 3 g, der Kontaktzeit von 1 bis 6 Stunden, den pH-Werten von 1, 3, 5, 7, 9, 11 und der Bleikonzentration von 30 bis 70 mg L−1 mit der Kontrollbedingung „Anfang“. Es wurden eine Bleikonzentration von 50 mg L−1, ein Probenvolumen von 200 ml, eine Schüttelgeschwindigkeit von 200 U/min und eine Temperatur von 25 °C angewendet. Der niedrigste Wert jedes Einflussfaktors mit der höchsten Bleientfernungseffizienz wurde als optimaler Wert ausgewählt und dieser Wert wurde auf die nächste Einflussfaktorstudie angewendet. Die Bleikonzentrationen wurden mit einem Atomadsorptionsspektrophotometer (PerkinElmer, PinAAcle 900 F, USA) analysiert und dreifache Experimente wurden durchgeführt, um die Ergebnisse zu bestätigen. Bleientfernung in Prozent (%) zur Berechnung der folgenden Gleichung. (1).

Dabei ist C0 die anfängliche Bleikonzentration (mg L−1) und Ce die endgültige Bleikonzentration (mg L−1).

Eine Reihe von Batch-Adsorptionsexperimenten wurde entwickelt, um die Auswirkung von Dosis, Kontaktzeit, Temperatur, pH-Wert und Konzentration auf die Effizienz der RB4-Farbstoffentfernung durch Sägemehlkügelchen (SPB) und mit Sägemehlpulver dotierte Eisen(III)-Oxid-Hydroxid-Kügelchen (SPFB) zu untersuchen. . Die Unterschiede in der Dosis von 0,5 bis 3 g, der Kontaktzeit von 3, 6, 9, 12, 15, 18 h, der Temperatur von 30 bis 80 °C, den pH-Werten von 1, 3, 5, 7, 9, 11 und Es wurden eine RB4-Farbstoffkonzentration von 30 bis 70 mg L-1 mit der Kontrollbedingung einer anfänglichen RB4-Farbstoffkonzentration von 50 mg L-1, einem Probenvolumen von 200 ml, einer Schüttelgeschwindigkeit von 150 U/min und einer Kontaktzeit von 12 Stunden angewendet . Der niedrigste Wert jedes Einflussfaktors mit der höchsten RB4-Farbstoffentfernungseffizienz wurde als optimaler Wert ausgewählt und dieser Wert wurde auf die nächste Einflussfaktorstudie angewendet. Die Farbstoffkonzentrationen wurden mit einem UV-Vis-Spektrophotometer (Hitachi, UH5300, Japan) bei einer maximalen Wellenlänge von 595 nm analysiert und dreifache Experimente wurden durchgeführt, um die Ergebnisse zu bestätigen. Farbstoffentfernung in Prozent (%) zur Berechnung der folgenden Gleichung. (2).

Dabei ist C0 die anfängliche Farbstoffkonzentration (mg L−1) und Ce die endgültige Farbstoffkonzentration (mg L−1).

Die Adsorptionsmuster von Sägemehlpulver (SP), mit Sägemehlpulver dotiertem Eisen(III)-oxid-hydroxid (SPF), Sägemehlkügelchen (SPB) und mit Sägemehlpulver dotierten Eisen(III)-oxid-hydroxidkügelchen (SPFB) werden durch Adsorptionsisothermen untersucht zur Erklärung, dass dies der Adsorptionsprozess von Monoschicht oder Mehrschicht oder Wärme oder Thermodynamik ist. Zur Analyse der folgenden Gleichungen werden lineare und nichtlineare Langmuir-, Freundlich-, Temkin- und Dubinin-Radushkevich-Modelle verwendet. (3)–(10)65,66,67,68.

Langmuir-Isotherme:

Freundlich-Isotherme:

Temkin-Isotherme:

Dubinin-Raduschkewitsch-Isotherme:

Dabei ist Ce das Gleichgewicht der Blei- oder Farbstoffkonzentration (mg·L−1), qe die Menge an adsorbiertem Blei oder Farbstoff auf Sägemehlmaterialien (mg·g−1) und qm die maximale Menge an Blei oder Farbstoff, die am Adsorptionsmittel adsorbiert wird Materialien (mg g−1), KL ist die Adsorptionskonstante (L mg−1). KF ist die Konstante der Adsorptionskapazität (mg g−1) (L mg−1)1/n und 1/n ist die Konstante, die die Adsorptionsintensität angibt. R ist die universelle Gaskonstante (8,314 J mol−1 K−1), T ist die absolute Temperatur (K), bT ist die Konstante in Bezug auf die Adsorptionswärme (J mol−1) und AT ist die Gleichgewichtsbindungskonstante entsprechend der maximalen Bindungsenergie (L g−1). qm ist die theoretische Sättigungsadsorptionskapazität (mg g−1), KDR ist der Aktivitätskoeffizient in Bezug auf die mittlere Adsorptionsenergie (mol2 J−2) und ε ist das Polanyi-Potenzial (J mol−1). Diagramme linearer Langmuir-, Freundlich-, Temkin- und Dubinin-Radushkevich-Isothermen wurden jeweils mit Ce/qe gegen Ce, log qe gegen log Ce, qe gegen ln Ce und ln qe gegen ε2 aufgetragen, während Diagramme ihrer nichtlinearen Isothermen durch qe aufgetragen wurden gegen Ce.

Für Adsorptionsisothermenexperimente wurden 2 g SP oder 1 g SPF oder 1,5 g SPB oder 0,5 g SPFB in 200-ml-Erlenmeyerkolben mit variablen Bleikonzentrationen von 30 bis 70 mg L−1 unter den Kontrollbedingungen der Probe gegeben Volumen von 200 ml, eine Schüttelgeschwindigkeit von 200 U/min, pH 6, eine Temperatur von 25 °C und eine Kontaktzeit von 5 Stunden für SP, 3 Stunden für SPF, 4 Stunden für SPB und 2 Stunden für SPFB zur Untersuchung von Blei Adsorption. Zur Untersuchung der RB4-Farbstoffadsorption wurden 3 g SPB oder 1,5 g SPFB in 200-ml-Erlenmeyerkolben mit variablen RB4-Farbstoffkonzentrationen von 30 bis 70 mg L−1 gegeben, unter der Kontrollbedingung eines Probenvolumens von 200 ml und einer Schüttelgeschwindigkeit von 150 U/min, pH 7, einer Temperatur von 40 °C für SPB und 30 °C für SPFB und einer Kontaktzeit von 12 h.

Die Adsorptionsmechanismen von Sägemehlpulver (SP), mit Sägemehlpulver dotiertem Eisen(III)-oxid-hydroxid (SPF), Sägemehlkügelchen (SPB) und mit Sägemehlpulver dotierten Eisen(III)-oxid-hydroxidkügelchen (SPFB) werden durch verschiedene Adsorption bestimmt Kinetiken, bei denen es sich um lineare und nichtlineare kinetische Pseudo-erste-Ordnung-, pseudo-zweite-Ordnungs-Kinetik-, Elovich- und Intrapartikel-Diffusionsmodelle handelte, die durch Gleichungen berechnet wurden. (11)–(17)69,70,71,72.

Kinetisches Modell pseudo-erster Ordnung:

Kinetisches Modell pseudo-zweiter Ordnung:

Elovich-Modell:

Intrapartikel-Diffusionsmodell:

Dabei ist qe die Menge an adsorbiertem Blei oder Farbstoff auf adsorbierenden Materialien (mg g−1), qt die Menge an adsorbiertem Blei oder Farbstoff zum Zeitpunkt (t) (mg g−1), k1 ist eine Pseudo-erste Ordnung Geschwindigkeitskonstante (min−1) und k2 ist eine Geschwindigkeitskonstante pseudo-zweiter Ordnung (g mg−1 min−1)73. α ist die anfängliche Adsorptionsrate (mg g−1 min−1) und β ist das Ausmaß der Oberflächenbedeckung (g mg−1). ki ist die Geschwindigkeitskonstante der intrapartikulären Diffusion (mg g−1 min−0,5) und Ci ist die Konstante, die eine Vorstellung von der Dicke der Grenzschicht gibt (mg g−1). Diagramme von linearen Pseudo-erster-Ordnung-, Pseudo-zweiter-Ordnungs-, Elovich- und Intrapartikel-Diffusionsmodellen wurden aufgetragen, indem ln (qe − qt) gegen die Zeit (t), t/qt gegen die Zeit (t), qt gegen ln t, und qt gegen die Zeit (t0,5), während ihre nichtlinearen Diagramme durch die Kapazität von Blei oder Farbstoff, die zum Zeitpunkt (qt) von Sägemehlmaterialien adsorbiert wurden, gegen die Zeit (t) aufgetragen wurden.

Für Adsorptionskinetikexperimente wurden 10 g SP oder 5 g SPF oder 7,5 g SPB oder 2,5 g SPFB zu 1000 ml Brecher gegeben, wobei die Kontrollbedingung einer anfänglichen Bleikonzentration von 50 mg L−1 war, einer Probe Volumen von 1000 ml, eine Schüttelgeschwindigkeit von 200 U/min, pH 5, eine Temperatur von 25 °C und eine Kontaktzeit von 8 Stunden zur Untersuchung der Bleiadsorption. Zur Untersuchung der RB4-Farbstoffadsorption wurden 15 g SPB oder 7,5 g SPFB zu 1000 ml Brecher gegeben, mit den Kontrollbedingungen einer anfänglichen RB4-Farbstoffkonzentration von 50 mg L−1, einer Schüttelgeschwindigkeit von 150 U/min, einem pH-Wert von 3 und einer Temperatur von 40 °C für SPB und 30 °C für SPFB und einer Kontaktzeit von 18 Stunden.

Die mögliche Materialwiederverwendbarkeit ist ein wichtiger Faktor bei der Betrachtung von Adsorptionsmitteln für industrielle Anwendungen. Daher sollen die Desorptionsexperimente durch die Untersuchung von fünf Adsorptions-Desorptions-Zyklen die Fähigkeiten von Sägemehlpulver (SP), mit Sägemehlpulver dotiertem Eisen(III)-oxid, bestätigen. Hydroxid (SPF), Sägemehlperlen (SPB) und mit Sägemehlpulver dotierte Eisen(III)-Oxid-Hydroxid-Perlen (SPFB) für die Bleiadsorption oder Sägemehlperlen (SPB) und mit Sägemehlpulver dotierte Eisen(III)-Oxid-Hydroxid-Perlen (SPFB) zur RB4-Farbstoffadsorption. Zur Bleiadsorption wurden die gesättigten Sägemehlmaterialien zu 500 ml Erlenmeyerkolben mit 200 ml 0,5 M HNO3-Lösung gegeben und dann mit einem Inkubatorschüttler (New Brunswick, Innova 42, USA) 6 Stunden lang bei 200 U/min geschüttelt. Anschließend wurden sie mit entionisiertem Wasser gewaschen und bei Raumtemperatur getrocknet, und die Sägemehlmaterialien sind für den nächsten Adsorptionszyklus bereit. Zur RB4-Farbstoffadsorption wurden die gesättigten Sägemehlmaterialien zu 500 ml Erlenmeyerkolben mit 200 ml 0,01 M NaOH-Lösung gegeben und dann mit einem Inkubatorschüttler 15 Stunden lang bei 150 U/min bei einer Temperatur von 30 °C geschüttelt. Anschließend wurden sie mit entionisiertem Wasser gewaschen und bei Raumtemperatur getrocknet, und die Sägemehlmaterialien sind für den nächsten Adsorptionszyklus bereit. Die Desorptionseffizienz in Prozent wird nach Gl. berechnet. (18).

Dabei ist qd die Menge an desorbiertem Blei oder Farbstoff (mg mL−1) und qa die Menge an adsorbiertem Blei oder Farbstoff (mg mL−1).

Die während der aktuellen Studie verwendeten und/oder analysierten Datensätze sind auf begründete Anfrage beim jeweiligen Autor erhältlich.

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Die Autoren sind dankbar für die finanzielle Unterstützung durch das Büro der Higher Education Commission und den Zuschuss des Thailand Research Fund (MRG6080114), das Coordinating Centre for Thai Government Science and Technology Scholarship Students (CSTS) und die National Science and Technology Development Agency (NSTDA). Fondsstipendium (SCHNR2016-122) und Forschungs- und Technologietransferangelegenheiten der Khon Kaen University.

Abteilung für Umweltwissenschaften, Khon Kaen University, Khon Kaen, 40002, Thailand

Porno Primary, Pimploy Ngamsurach, Sichon Kosumphan & Jirasak Mokkarat

Labor für Umweltanwendungen recycelter und natürlicher Materialien (EARN), Khon Kaen University, Khon Kaen, 40002, Thailand

Pornsawai Praipipat & Pimploy Ngamsurach

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PP: Aufsicht, Konzeptualisierung, Finanzierungseinwerbung, Untersuchung, Methodik, Validierung, Visualisierung, Schreiben – Originalentwurf, Schreiben – Überprüfung und Bearbeitung. PN: Visualisierung, Schreiben – Originalentwurf. SK: Untersuchung. JM: Untersuchung.

Korrespondenz mit Pornsawai Praipipat.

Die Autoren geben an, dass keine Interessenkonflikte bestehen.

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Nachdrucke und Genehmigungen

Praipipat, P., Ngamsurach, P., Kosumphan, S. et al. Pulverförmige und perlenförmige Sägemehlmaterialien, modifiziertes Eisen(III)-oxid-hydroxid zur Adsorption von Blei(II)-Ionen und dem reaktiven Blau-4-Farbstoff. Sci Rep 13, 531 (2023). https://doi.org/10.1038/s41598-023-27789-9

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Eingegangen: 24. November 2022

Angenommen: 09. Januar 2023

Veröffentlicht: 11. Januar 2023

DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-023-27789-9

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Wissenschaftliche Berichte (2023)

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