日本語AIでPubMedを検索
磁性Mg-Fe/LDHインターカレート活性炭複合体による廃水からの硝酸塩・リン酸塩除去．磁性Mg-Fe/LDHインターカレート活性炭複合体の挙動とメカニズムの解明
Magnetic Mg-Fe/LDH Intercalated Activated Carbon Composites for Nitrate and Phosphate Removal from Wastewater: Insight into Behavior and Mechanisms.
PMID: 32664637 DOI: 10.3390/nano10071361.
抄録
本研究では、廃水から硝酸塩とリン酸塩の汚染物質を高度処理して効率的に除去するための、磁気的に分離可能で環境に優しいユニークな吸着材複合材料の合成、特性評価、および試験に焦点を当てました。MgAlを添加した二層水酸化物（Mg-Fe/LDH）と汚泥ベースの活性炭（SBAC-MgFe）複合体をFT-IR、XRD、BET、VSM、SEM、TEMの各手法で特性評価したところ、活性炭（AC）マトリックス内でのMgFe/LDHの均一かつ効率的な分散、高度にメソポーラスな構造、および超常磁性特性が明らかになった。両方の汚染物質に対して最高の除去性能を達成するために、初期溶液のpH、吸着剤の用量、接触時間、および温度パラメータを最適化した。その結果、リン酸塩及び硝酸塩の最大吸着量はそれぞれ110及び54.5mg/gであることがわかった。リン酸塩と共存イオン(Cl, CO, SO)との競合を調べた結果、硝酸塩吸着に比べてリン酸塩の吸着量は著しく低いことがわかった。吸着機構は、複合材料の運動論的,等温線力学的,熱力学的モデル化及び吸着後の特性評価により解明された。モデル化と機構論的研究により、静電引力やイオン交換などの物理吸着プロセスが硝酸塩とリン酸塩の吸着を主に支配していることが明らかになった。この複合材は、5回の連続吸着・脱着サイクルの後でも優れた再生性能を示した。本研究で得られた磁気分離性を有する複合材料は、排水中のリン酸塩及び硝酸塩汚染物質を除去するための有望な吸着材として利用することが可能である。
This experimental work focused on the synthesis, characterization, and testing of a unique, magnetically separable, and eco-friendly adsorbent composite material for the advanced treatment and efficient removal of nitrate and phosphate pollutants from wastewater. The MgAl-augmented double-layered hydroxide (Mg-Fe/LDH) intercalated with sludge-based activated carbon (SBAC-MgFe) composites were characterized by FT-IR, XRD, BET, VSM, SEM, and TEM techniques, revealing homogeneous and efficient dispersion of MgFe/LDH within the activated carbon (AC) matrix, a highly mesoporous structure, and superparamagnetic characteristics. The initial solution pH, adsorbent dose, contact time, and temperature parameters were optimized in order to reach the best removal performance for both pollutants. The maximum adsorption capacities of phosphate and nitrate were found to be 110 and 54.5 mg/g, respectively. The competition between phosphate and coexisting ions (Cl, CO, and SO) was studied and found to be remarkably lower in comparison with the nitrate adsorption. The adsorption mechanisms were elucidated by kinetic, isotherm, thermodynamic modeling, and post-adsorption characterizations of the composite. Modeling and mechanistic studies demonstrated that physisorption processes such as electrostatic attraction and ion exchange mainly governed the nitrate and phosphate adsorption. The composite indicated an outstanding regeneration performance even after five sequences of adsorption/desorption cycles. The fabricated composite with magnetically separable characteristics can be used as a promising adsorbent for the removal of phosphate and nitrate pollutants from wastewater.