低分子の調製と特性評価

Scientific Reports volume 13、記事番号: 4493 (2023) この記事を引用

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繊維産業や染色産業で使用されるマラカイトグリーンは、廃水や環境中の一般的な残留汚染物質であり、人間の健康や水生生物に重大な危険を引き起こします。 この研究では、応答曲面法を適用して、ナノベントナイト、MgO 含浸粘土、および Mucor sp を使用したマラカイトグリーンの吸着除去を最適化しました。 複合材料。 ナノマテリアルとMucor sp. 複合材料は、FTIR、SEM、および X 線回折法によって特性評価されました。 得られた結果によると、ナノベントナイトは、35 °C、pH 7.0、接触時間 60 分、吸着剤投与量 1.0 g/L、および初期 MG 濃度 50 mg/L で 98.6% の最大 MG 吸着効率を示します。 一方、MgO 含浸粘土への MG 吸着の最大効率 97.04% は、pH 9.0、接触時間 60 分、吸着剤投与量 0.7 g/L、初期 MG 濃度 50 mg/L で観察されます。 MgO を含浸させた粘土上のマラカイト グリーン (MG) 吸着等温線は、相関係数 (R2) 0.982 でフロイントリヒ等温線と一致しました。 ただし、ラングミュア吸着等温線はナノベントナイトに非常によく適合しました (R2 = 0.992)。 ナノベントナイトと MgO を含浸させた粘土の吸着活性を、R2 がそれぞれ 0.996 と 0.995 である擬似二次速度論モデルに当てはめました。 さらに、吸着剤は何度もリサイクルされたにもかかわらず、高い構造安定性とナノベントナイト (94.5 ～ 86%) および MgO 含浸粘土 (92 ～ 83%) に対する除去効果を維持しました。

繊維製造活動からの廃水によって引き起こされる水質汚染は、世界的な大きな懸念事項です。 21 世紀に世界中で研究者が直面している最も困難な課題の 1 つは、産業、家庭、農業活動に必要なきれいな水を提供することです1。 繊維工場は望ましくない染料廃液を排出するため、世界の主要な環境汚染問題の 1 つを引き起こしています2。 繊維産業では、生産される繊維 1 kg あたり 100 ～ 200 L の水を消費し、その結果、染色プロセス中に大量の廃水が発生します3。 世界では、皮革、食品、繊維、紙、化粧品、印刷、カーペット製造業者などのさまざまな産業から排出される廃水から、毎年約 280,000 トンの合成染料が自然の川に排出されています4。 当該排出物は水域の見た目の質に悪影響を及ぼし、水中への太陽光の浸透を減少させることで水生生物のライフサイクルを妨害し、光合成や植物の成長を阻害し、それによって水生動物の生物活性に影響を及ぼします。 さらに、水域に存在する合成染料も土壌汚染の原因となります5。 マラカイト グリーン (MG) は、絹、綿、革、羊毛、紙の染色に使用される合成染料であり、魚の寄生虫や病気を抑制できるため、養殖業界では殺菌剤や消毒剤としても使用されています6。 MG は、水によく溶けるカチオン性トリフェニルメタン化合物です7。 また、0.1 g/mL 未満の濃度では哺乳類細胞に対して非常に有毒です8。 MG は、複雑な分子構造、高い安定性、非生分解性、および光や酸化剤に対する高い耐性を特徴としています7。 この染料が受け流に流れると、下垂体の肝臓、えら、腎臓、腸、生殖腺、および生殖腺栄養細胞の生理機能に干渉し、水生生物のライフサイクルに悪影響を及ぼします9。 ヒトでは、MG を吸入すると気道の炎症を引き起こす可能性があり、飲み込むと消化管の炎症を引き起こす可能性があります10。 MG は人間にとって有害で​​あり、変異原性があります。 さらに、その存在は免疫系および生殖系に影響を与えます11。 マラカイトグリーンはロイコマラカイトグリーンと人体に有毒なカルビノールに変換される可能性があります。 魚の筋肉、脂肪、内臓における MG の半減期は 10 日です12。 このカチオン染料は環境中での耐久性も高く、堆積物中での半減期は 12.9 ～ 50.34 日です13。 繊維廃水の処理には、膜ろ過、イオン交換、電気化学技術、凝集、凝集、逆浸透、化学酸化、オゾン処理 14、菌類や細菌の生物学的処理などの物理的、化学的、および高度な処理方法を含む多くの技術が使用されています。効果15． しかし、これらの技術のほとんどには、低効率、多額の設備投資、高エネルギー消費、高コスト、非選択性、大規模用途には不向き、有害な二次汚泥の生成など、さまざまな欠点があります16。 処理戦略の中で、吸着は汚染水サンプルから色素を除去するための最も魅力的かつ効率的な方法の 1 つです。 この技術には、シンプルな設計、リサイクル可能な吸着剤、簡単な操作、非毒性、低コスト、および控えめな初期投資など、さまざまな利点があります17。 これらのリサイクル可能な吸着剤には、活性炭 (AC)18、石灰皮 19、および軽石 20 が含まれます。 しかし、水を浄化するために使用されるさまざまな吸着剤にはさまざまな欠点があります。 たとえば、AC を再利用するには再生が必要ですが、これにはコストがかかり、廃水処理における大規模な適用は制限されます。 さらに、一部の吸着剤は限られた数の染料に対して有効であり、処理水から分離するのが困難です21。 参考文献 22 では、ポリアミド 6 エレクトロスピニング繊維などの支持体へのホースラディッシュ ペルオキシダーゼの固定化に焦点を当てています。この固定化は、汚染された海水を模倣した溶液からの反応性ブラック 5 およびマラカイト グリーン繊維染料の脱色に使用され、70% 以上に達しました。 参考文献 23 では、TiO2-ZrO2-SiO2 などのさまざまな担体上に Trichoderma versicolor 由来のラッカーゼを固定化し、アゾ染料のリアクティブ ブラック 5 (RB5)、アントラキノン染料のリアクティブ ブルー 4 (RB4) を除去し、分解効率が 100% に達することを紹介しました。 、91%、および 77%、それぞれ、5 回の実行サイクル後でも、TiO2-ZrO2-SiO2 上で固定化ラッカーゼの 70% 以上の触媒活性が得られました。 最近、科学者たちは、繊維産業廃水の従来の浄化方法の欠点を克服し、環境への脅威を軽減するために、効率的で経済的な吸着材料であるナノクレイポリマー複合材料を開発しました。 現在、粘土は、入手が容易で毒性がなく、廃水から染料を除去するためのイオン交換の可能性があるため、化粧品、石油探査、医薬品、食品、製紙などのさまざまな産業で広く使用されています24。 研究された粘土材料の中で、ベントナイトは、その低コスト、再生可能性、大きな表面積、優れた化学的および機械的安定性、および自然界に豊富に存在するため、吸着剤としてかなりの注目を集めています25。 さらに、ベントナイトは主にモンモリロナイトで構成されています26。 生のベントナイトはカチオン染料の吸着能力が低いため、物理的および化学的処理を使用して改質されます。 しかし、ベントナイト粘土の負に帯電した表面格子は、カチオン性染料に対して優れた吸収能力を持っている可能性があります 27。 化学処理された改質ベントナイトは、カチオン性の塩基性メチレンブルー 28、金属イオン 29、およびクリスタルバイオレット 30 を除去するために使用されています。 したがって、この研究は、ナノベントナイト、MgO 含浸粘土、および Mucor sp の相互作用効果を最適化および評価するために実験中に分析された応答曲面法のモデリングの有効性を評価することを目的としています。 MGの取り外しについて。 さらに、等温線、擬似一次モデルおよび擬似二次モデル、および熱力学的パラメーターが決定されました。