수용액 내 메틸렌 블루의 새로운 흡착제로서 Ni0.5Co0.5Fe2O4/활성탄@키토산 자성 나노생체복합체 생산

May 07, 2023

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 6137(2023) 이 기사 인용

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메틸렌 블루는 방향족 고리로 인해 자연적으로 분해되지 않는 양이온 염료입니다. 이에 이를 제거하기 위한 생물학적, 화학적, 물리적 수처리 방법이 제안되었다. 이런 점에서 흡착은 경제적이고 효과적인 방법이다. 본 연구에서는 니켈-코발트 페라이트/활성탄@키토산 자성 나노바이오복합체가 흡착제로 합성되었습니다. 나노 흡착제는 FESEM으로 평가되었으며 입자 크기는 ~ 16.64 nm로 추정되었습니다. EDAX 분석에 따르면 입자의 순도는 99%였습니다. XRD 특성화는 키토산의 성공적인 적용, 니켈-코발트 페라이트의 올바른 배치 및 결정의 비노 구조를 보여주었습니다. 비표면적은 BET 이론을 적용하여 316m2/g, Langmuir 이론을 적용하여 285m2/g, 다공성 체적은 0.18cm3/g으로 나타났다. VSM 분석에 따르면 자기저항은 1.1emu/g, 보자력은 499Oe로 나타났다. FTIR 분석 결과, 반응이 성공적으로 이루어졌으며, 흡착제 표면에 메틸렌 블루가 존재하는 것으로 나타났습니다. 메틸렌 블루 흡착 테스트에서는 염료 388 mg/g이 흡착되었으며(염료 제거율 97%), 8시간 후에 최종 농도가 6 mg/L에 도달했습니다. 영전하점(pHpzc)은 6.8이었습니다.

수생 환경에서 중금속 이온, 염료, 의약품 배출수, 살충제, 유기 화합물과 같은 오염물질을 부적절하게 처리하는 것은 세계적인 과제입니다1. 염료는 돌연변이 유발 및 발암을 유발할 수 있는 오염물질입니다. 이들은 가죽, 종이, 섬유, 고무, 플라스틱, 의약품, 화장품 등 다양한 산업에서 기본 화학물질로 사용됩니다1. 염료가 함유된 폐수를 수원에 처리하면 수질 오염이 증가하고 햇빛을 차단하며 생태 균형이 교란됩니다2. 또한 일부 음이온 및 양이온 염료 구조의 방향족 고리는 독성을 띠고 체내에서 분해되면 현기증, 황달, 청색증, 작열감, 알레르기, 구토 및 설사를 유발합니다2. 결과적으로, 물에서 이러한 오염 물질을 제거하는 것이 필요합니다. 기술이 발전함에 따라 수처리를 위한 새로운 방법이 도입되었습니다. 수처리 방법은 산화3, 이온 교환4, 침전5을 포함한 화학적 방법, 여과6, 흡착7, 공기 부양8, 응고9를 포함한 물리적; 호기성 및 혐기성을 포함한 생물학적2. 일반적으로 흡착은 비용이 저렴하고 효율이 높기 때문에 가장 적절하고 효과적인 수처리 방법입니다. 탄소 나노튜브10, 활성탄11, 제올라이트12, 금속 산화물13, 키토산14, 코어-쉘 나노물질15, 자성 나노복합체16, 실리콘17 및 이중층 수산화물18과 같은 다양한 화합물이 흡착제로 사용되었습니다. 자성복합체 중 Cobalt Ferrite/montmorillonite19와 Graphene Oxide/Chitosan20의 메틸렌블루 제거효과를 평가하였다. 그러나 이들 화합물의 대부분은 다공성 구조, 높은 화학적 안정성, 생물학적 구조 및 쉬운 분리 특성이 동시에 부족합니다. 예를 들어, 키토산은 쉽게 분리될 수 없습니다. 본 연구의 목표는 나노흡수제의 모든 유리한 특성을 갖춘 나노바이오복합체로서 Ni0.5Co0.5Fe2O4/활성탄@키토산을 합성하는 것입니다. 활성탄은 다공성 구조를 갖고 있으며, 이번 나노흡수제에 사용된 생체친화적이고 화학적으로 안정한 화합물이다. 또한, 키토산은 고분자 사슬에 있는 수산기와 아민 그룹으로 인해 염료를 흡착할 수 있는 천연 고분자 흡착제입니다. 키토산은 생물학적 특성, 나노바이오복합체가 물에 분산되는 것을 방지하고 염료와의 적절한 반응을 방지하며 흡착 과정을 개선하기 위해 사용되었습니다. 마지막으로 니켈-코발트 페라이트를 사용하여 수용액에서 나노복합체를 자기적으로 분리했습니다. 다공성 평가를 위한 BET 분석, 의도한 형태 확인을 위한 FESEM, 결정화 특성 확인 및 결정 크기 평가를 위한 XRD, 반응 성공 및 나노복합체에 의한 염료 흡착 후 메틸렌 블루의 존재 확인을 위한 FTIR, VSM 분석을 수행했습니다. 나노입자 자기 특성을 평가하고, 화합물 순도를 평가하기 위해 EDAX를 사용합니다. 메틸렌블루 흡착시험은 흡착량, 메틸렌블루 초기농도, pH, 온도 등 흡착과정에 효과적인 매개변수를 최적화하기 위해 수행되었습니다. PHpzc는 또한 표면 전하 측면에서 흡착 과정에 대한 pH의 영향을 평가하기 위해 얻어졌습니다.