pH を使用した廃水からのメチレンブルーの吸着速度論

Scientific Reports volume 13、記事番号: 11900 (2023) この記事を引用

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メトリクスの詳細

この研究では、デンプン/ポリ(アクリル酸)ヒドロゲルがフリーラジカル重合技術によって合成されました。 アクリル酸とＮ，Ｎ'－メチレンビスアクリルアミドのモル比は９５：５、９４：６、９３：７であった。 サンプルは非晶質の多孔質構造を示し、細孔のサイズが架橋剤の量に依存することを示しました。 架橋剤の量を少し増やすと、構造中のアクリル酸の量が増加し、ハイドロゲルの熱安定性が向上しました。 ヒドロゲルの膨潤特性は、pH レベルと架橋剤の量の両方によって影響を受けました。 比 94:6 のヒドロゲルは、pH 7.4 で最高の膨潤度 (201.90%) を示しました。 合成されたヒドロゲルにおける吸水の調節におけるフィック効果の優位性が実証され、膨潤の速度論はショットの擬似二次モデルとの一致を示した。 開発されたヒドロゲルによるメチレンブルーの吸収は、染料の濃度、架橋剤の量、pHレベル、曝露時間などのさまざまな要因によって影響を受けることが判明しました。 ヒドロゲル 95:5 は、pH 10.0 で濃度 20 mg/L の染料溶液に対して最も高い吸着効率 (66.7%) を示しました。 吸着の速度論と等温線の調査により、物理吸着のプロセスが不均一な吸着剤表面で起こり、発熱の性質によって説明できるという証拠が得られました。

研究者は、生体適合性、生分解性、物理化学的特性、高効率、手頃な価格などの幅広い有用な特性により、デンプンベースのヒドロゲルに興味を持っています1。 デンプン由来のハイドロゲルは、環境、農業、医療、吸収剤などの幅広い産業で利用されています2。 工業廃水中のこれらのヒドロゲルによる染料の吸着は、その多くの潜在的な用途のうちの 1 つであり、多くの注目を集めています。 有機染料は繊維、印刷、プラスチック、化粧品など多くの産業で使用されていますが、水供給や生態系に非常に有害です3。 メチレンブルー (MB) のような芳香族有機染料は、他の種類の有機染料よりも毒性が高く、安定しています。 また、人間に吐き気、嘔吐、組織壊死、神経損傷を引き起こす可能性もあります4。 染料の分離は、沈降 5、イオン交換 6、凝集 7、濾過 8、吸着 9、10 などのさまざまなプロセスを通じて実行できます。吸着剤は、リサイクル可能性、低コスト、高い吸収効率、性能の柔軟性、効率性と簡単な取り扱い11.

デンプンベースのヒドロゲルにはさまざまな利点があるにもかかわらず、低い機械的抵抗や分解に対する高い感受性などの弱点により、産業界での広範な使用が妨げられてきました12。 デンプンは、前述の問題を解決するために、物理的 13、化学的 14、混合 15、および酵素的 16 技術によって修飾することができます。 デンプンを化学的に修飾する方法には、酸化17、加水分解18、エステル化19、グラフト化20などがあります。 アクリル酸などのビニルモノマーによる化学グラフト化は、修飾プロセスの正確な制御、より大きな吸着能力、より安定で均一な製品の作成により関心を集めています21。 さらに、ヒドロゲルにポリ（アクリル酸）（PAA）をグラフトすると、機械的強度、耐熱性、吸水性などの特性が向上するだけでなく、その用途も広がります22,23。イオンの吸着にはデンプンへのマイナス電荷の導入が不可欠です。またはデンプンベースのヒドロゲルによる正に帯電した染料。 デンプンの酸化とポリ（アクリル酸）による修飾は、この目的に使用される 2 つの方法です24。 デンプンの酸化によりデンプンの構造やゲル化特性が変化する可能性がありますが、ポリ（アクリル酸）によるデンプンの改質には、プロセスの簡略化、吸水能力の向上、特性の調整、安定性の向上などの利点があります。 この方法はコストを効果的に削減し、修飾プロセスに関連する潜在的な環境問題に対処します25、26。温度、pH、色素濃度、架橋剤などのいくつかの要因がヒドロゲルの吸着効率に影響を与える可能性があります27。 N,N'-メチレンビスアクリルアミド (MBA) を架橋剤としてデンプンヒドロゲルに添加すると、安定した構造形成の促進、構造完全性の向上、吸水能力の向上、多孔性や膨潤挙動を調整する能力など、多くの利点がもたらされます。および機械的特性28。 この多用途性により、ヒドロゲルは農業、生物医学、その他の分野におけるさまざまな用途にとって優れた選択肢となります29。