새로운 산화 그래핀 기능화된 UiO를 사용하여 수성 환경에서 비소 흡착 및 제거에 대한 체계적인 연구

Aug 03, 2023

Scientific Reports 12권, 기사 번호: 15802(2022) 이 기사 인용

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이 연구에서는 용매열 과정을 통해 제조된 물에 안정한 UiO-66-NDC/GO를 사용하여 수성 매질에서 As(V)를 제거하는 방법을 조사합니다. 합성된 물질은 라만 분광법, UV-가시광선, X선 분말 회절(XRD), 투과 전자 현미경(TEM), 푸리에 변환 적외선 분광법(ATR-FTIR), 주사 전자 현미경(SEM) 및 Brunauer-Emmett로 분석되었습니다. –Teller(BET)는 수용액에서 As(V) 이온을 흡착하기 위한 초흡착제로서의 적용 가능성을 지원합니다. 최적의 흡착 조건을 파악하기 위해 초기 이온 농도, 온도, 흡착제 용량 및 pH를 포함한 다양한 매개 변수가 As(V) 흡착에 미치는 영향을 연구했습니다. Langmuir 등온선을 사용하여 이 연구에서 얻은 qmax는 실온에서 147.06mg/g으로 나타났습니다. 열역학적 매개변수 ΔH°, ΔG° 및 ΔS°도 계산되었으며 ΔG°의 음수 값은 As(V) 흡착 공정이 발열적으로 자발적으로 발생했음을 나타냅니다. 한편, 이론적 밀도 함수 시뮬레이션 결과는 이러한 실험 결과를 뒷받침하기 위해 수용됩니다. 산화 그래핀과 UiO-66 NDC 나노복합체 시스템의 동적 특성은 비편재화된 표면 상태로 인해 흡착 연구에 더 우수해지는 것으로 관찰되었습니다. UiO-66-NDC/GO는 또한 0.01 M HCl을 재생제로 사용하여 최대 4가지 재생 성능에 대해 높은 재사용성을 보여주었습니다.

지하수 오염은 현재 전 세계적으로 주요 환경 문제이며, 다양한 폐수 오염물질의 존재로 인해 자주 발생합니다1,2. 비소(As)는 세계 20대 유해 화학물질 중 하나이며 다양한 무기 및 유기 형태로 발견될 수 있습니다. 화석 연료의 연소, 광업 및 살충제는 모두 As 오염의 인위적 및 자연적 원인의 예입니다3. 세계보건기구(WHO)와 미국 환경보호청(EPA)은 모두 식수의 한계치를 10ppb로 권장했습니다4. 무기 형태(비산염 및 비소)의 비소는 유기 형태의 비소보다 독성이 더 강하며 지하수와 토양에서 자연적으로 발견됩니다5. 무기 형태의 비소는 전 세계적으로 2억 명이 넘는 인구에게 영향을 미치며 장기간 노출되면 심각한 질병, 신경계 기능 장애, 피부암, 폐암, 신부전, 간 질환, 방광암, 심혈관 및 말초 질환을 유발합니다6. 1990년대 방글라데시에서 발생한 대규모 지하수 중독사고는 세계 최대 규모의 중독사고였다7. 거의 1억 명의 인도인의 건강이 As8의 지하수 오염으로 위협받고 있습니다. 결과적으로, 비소 오염은 효과적인 정화 기술의 개발이 필요한 심각한 문제입니다.

흡착, 생물학적 정화, 응고-응집, 이온 교환, 전기화학, 침전, 침전, 막 여과, 역삼투, 일반 여과 및 석회 연화를 포함하여 물에서 비소를 제거하기 위한 다양한 처리 기술이 문서화되어 있습니다9. 위에서 언급한 방법들 중에서 흡착공정은 공정설계의 유연성, 비용 효율성, 운영의 단순성으로 인해 비소 제거와 관련하여 가장 많이 보고되고 있다. 현재까지 연구자들은 활성탄, 산화티타늄, 활성 알루미나, 산화지르코늄, 산화철, Fe(III) 함유 수지, 산화철, 금속 산화물, 농업용 바이오매스, 침철석, 0가 철, 메조다공성 알루미나를 포함한 다양한 흡착제를 연구자들에 의해 개발했습니다. , 오염된 수생체10,11,12에서 As를 제거하기 위한 다양한 금속 기반 나노복합체. 이러한 물질은 모두 효율적이며 높은 운영 비용, 낮은 흡착 가능성 및 장기간의 소비 시간으로 인해 대규모 적용이 제한됩니다. 따라서 물에서 비소 오염 제거를 위한 향상된 흡착 능력을 갖춘 새롭고 효율적인 흡착제를 합성하려는 지속적인 요구가 있습니다.