양이온 및 음이온 염료 제거를 위한 람노지질 변형 자성 Co/Al 층 이중 수산화물의 흡착 거동

Jul 28, 2023

Scientific Reports 12권, 기사 번호: 14623(2022) 이 기사 인용

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본 연구에서는 수용액에서 메틸렌 블루(MB)와 반응성 오렌지 16(RO16)을 흡수하기 위해 자성 rhamnolipid-Co/Al 층 이중 수산화물(MR-LDH)을 합성했습니다. pH, 흡착제 투여량, 접촉 시간, 초기 분석물질 농도 등 주요 매개변수를 최적화하여 최고의 흡착 효율을 달성했습니다. 따라서 MR-LDH의 음전하와 MB 염료의 양전하 사이의 정전기적 상호작용으로 인해 기본 매질에서 MR-LDH의 MB 제거가 향상됩니다. 대조적으로, 산성 매질(pH = 3)은 양성자화된 형태의 아조 염료와 MR-LDH 표면의 양성자화된 수산기 사이의 수소 결합으로 인해 RO16 흡착에 선호되었습니다. MB와 RO16에 대해 계산된 최대 흡착 용량은 313K에서 각각 54.01과 53.04mg/g이었습니다. 흡착제 표면의 단층 흡착을 가정하는 Langmuir 모델은 두 염료의 흡착에 대한 가장 좋은 설명을 제공합니다(MB의 경우 R2 = 0.9991, RO16의 경우 R2 = 0.9969). 또한, 의사 2차 운동 모델은 MB(R2 = 0.9970) 및 RO16(R2 = 0.9941)에 대한 흡착 과정을 가장 잘 설명합니다. 제안된 흡착제는 연속 4사이클 동안 안정적인 흡착 성능을 유지한다. 각 흡착 과정이 끝나면 MR-LDH는 외부 자석에 의해 쉽게 분리됩니다. 연구 결과에 따르면 MR-LDH는 수용액에서 양이온성 및 음이온성 유기 염료를 모두 제거하는 데 탁월한 흡착제인 것으로 나타났습니다.

오염 물질, 특히 물이 환경으로 지속적으로 방출됨에 따라 가죽, 인쇄, 섬유, 정유소, 플라스틱 및 석유 산업을 포함한 산업 폐수를 제거하는 것이 세계적인 과제 중 하나가 되었습니다1,2,3,4 ,5. 느린 분해와 독성으로 인해 염료는 환경 생태계에 돌이킬 수 없는 손상을 입히고 수생 동물과 인간에게 심각한 문제를 일으킬 수 있습니다6,7,8.

섬유 염료는 기능 그룹에 따라 니트로, 니트로소, 아조, 안트라퀴논, 인디고, 황 등으로 분류됩니다9,10. 이러한 염료는 난분해성, 비생분해성, 생물농축성, 독성 및 발암성을 가지며 낮은 농도에서도 환경에 유해한 영향을 미칩니다11,12,13,14. 또한 수성 매질에 용해된 후 입자에 남아 있는 전하에 따라 염료를 분류하는 것이 일반적인 관행입니다. 이러한 범주에는 음이온(직접, 산성 및 반응성 염료 포함), 양이온(모든 기본 염료 포함) 및 비이온(분산 염료)15,16이 포함됩니다.

일반적으로 메틸렌 블루라고 불리는 메틸티오니늄 클로라이드는 pka가 3.8인 티아진 계열에 속하는 수용성 비생분해성 양이온 염료입니다. pka가 3.75인 높은 수용성 난분해성 생체 이물질 모노아조 염료인 Reactive Orange 16은 본질적으로 위험하며 인간에게 발암성 및 돌연변이 유발 효과가 있습니다17,18,19,20. 따라서 폐수에서 염료를 제거하는 것은 환경 문제로 간주됩니다21,22.

오염수에서 합성 염료를 제거하기 위해 여과, 응집, 생물학적 처리, 응고, 흡착, 추출, 막 분리, 광촉매 분해 및 산화 등 다양한 기술이 사용되었습니다23,24,25,26. 이러한 전통적인 방법 중 일부는 복잡하고, 시간이 많이 걸리고, 비경제적이기 때문에 제한되었습니다27. 따라서 가장 효율적이고 간단한 염료폐수 처리방법을 찾는 것이 필요하다28. 최근 수십 년 동안 흡착은 설계의 유연성과 단순성, 독성 오염물질에 대한 둔감성 및 독성 물질 생성의 부족으로 인해 더 선호되는 방법으로 많은 주목을 받았습니다2,25,29,30,31. 흡착 효율은 흡착제의 특성에 따라 크게 달라집니다. 점토, 바이오 숯, 키토산, 제올라이트, 실리카를 포함한 기존 흡착제 또는 활성탄, 폴리머, 메조다공성 탄소 물질, 폐고무 타이어 또는 필터 멤브레인을 포함한 합성 흡착제를 테스트하여 폐수에서 오염 물질을 제거했습니다32,33,34.