MnOとCuOを含浸させた新規なバイオ炭複合体の合成,特性評価,水からのヒ素(As)の封鎖への応用。モデリング,熱力学,再利用性

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J. Hazard. Mater..2020 Jun;401:123338. S0304-3894(20)31327-3. doi: 10.1016/j.jhazmat.2020.123338.Epub 2020-06-30.

MnOとCuOを含浸させた新規なバイオ炭複合体の合成,特性評価,水からのヒ素(As)の封鎖への応用。モデリング,熱力学,再利用性

Synthesis, characterization and application of novel MnO and CuO impregnated biochar composites to sequester arsenic (As) from water: Modeling, thermodynamics and reusability.

Muhammad Imran
Muhammad Mohsin Iqbal
Jibran Iqbal
Noor Samad Shah
Zia Ul Haq Khan
Behzad Murtaza
Muhammad Amjad
Shafaqat Ali
Muhammad Rizwan

PMID: 32634661 DOI: 10.1016/j.jhazmat.2020.123338.

抄録

本研究では、酸化銅(SBC/CuO)と酸化マンガンナノ粒子(SBC/MnO)を用いた新規ナノ複合体の吸着ポテンシャルを高めることで、環境汚染物質であるヒ素(As)をバッチスケールで効率的かつ安価に除去することを目的としている。走査型電子顕微鏡(SEM),フーリエ変換赤外(FTIR),エネルギー分散型X線(EDX),X線回折(XRD),ゼロ電荷点(PZC)分析により、SBC表面への金属ナノ粒子の含浸に成功したことを証明した。その結果、SBC/CuO複合体は、10mg As/L,最適pH-4,用量1.0g/L,周囲温度25±1.5℃において、SBC(7.33mg/g)及びSBC/MnO(7.34mg/g)と比較して、最大のAs除去率(96%)及び吸着率(12.47mg/g)を示すことが明らかになった。4種類の吸着等温線のうち、フロイントリッヒ等温線がR>0.997で最もフィットすることがわかった。擬似2次運動論モデルは他の運動論モデルと一致し、運動論実験データとより良い一致を示した。熱力学的な結果から、As吸着材へのAs吸着は吸熱的であり、ランダム性が増大した自然吸着であることが示された。SBC/CuOは、4回の脱着サイクルにわたって優れた再利用性と安定性を示し、SBC/CuO複合体が汚染水からのAsの実用的な除去に有効な吸着剤である可能性を証明した。

The present study aimed at enhancing the adsorption potential of novel nanocomposites of Sesbania bispinosa biochar (SBC) with copper oxide (SBC/CuO) and manganese oxide nanoparticles (SBC/MnO) for the efficient and inexpensive removal of environmentally concerned contaminant arsenic (As) from contaminated water at batch scale. The scanning electron microscopy (SEM), Fourier transform infrared (FTIR) spectroscopy, energy dispersive X-ray (EDX), X-ray diffraction (XRD) and point of zero charge (PZC) analyses proved successful impregnation of the metallic nanoparticles on SBC surface. The results revealed the maximum As removal (96 %) and adsorption (12.47 mg/g) by SBC/CuO composite at 10 mg As/L, optimum pH-4, dose 1.0 g/L and ambient temperature (25 ± 1.5 °C) as compared with SBC (7.33 mg/g) and SBC/MnO (7.34 mg/g). Among four types of adsorption isotherms, Freundlich isotherm demonstrated best fit with R > 0.997. While pseudo second-order kinetic model revealed better agreement with kinetic experimental data as matched with other kinetic models. The thermodynamic results depicted that As adsorption on the as-synthesized adsorbents was endothermic and spontaneous in nature with increased randomness. The SBC/CuO displayed excellent reusability and stability over four adsorption/desorption cycles and proved that the as-synthesized SBC/CuO composite may be the efficient adsorbent for practical removal of As from contaminated water.