効率的かつ環境に優しい配位有機ポリマーをベースとしたナノ多孔質カーボン

Scientific Reports volume 13、記事番号: 13127 (2023) この記事を引用

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メトリクスの詳細

水質汚染物質の大部分はフェノール系汚染物質などの有機物であり、環境に有害なあらゆる物質が含まれています。 現在の研究は、ソルボサーマル法を使用して調製された配位有機ポリマー (Cop-150) とナノ多孔質炭素 (NPC) の表面化学と吸着特性の比較です。 フェノールを除去するための新しい NPC の合成に成功しました。 FT-IR、XRD、XPS、SEM、TGA、BET 技術は、Cop-150 および NPC の調製中の物理化学的変動の特性評価と確認に使用されています。 Box–Behnken 応答曲面法 (BBRSM) を使用して、pH (2 ～ 10)、接触時間 (1 ～ 40 分)、温度 (25 ～ 60 °C)、およびフェノールの初期濃度 (5 –50 mg L−1）。 合成吸着剤によるフェノールの吸着から得られたデータを分析するために、4 つの線形モデル、2FI、二次モデル、および三次モデルが検討され、二次モデルが最良のモデルとして認識されました。 NPC に対しては、フェノールの初期濃度 = 49.252 mg L−1、接触時間 = 15.738 分、温度 = 28.3 °C、および pH 7.042 で同等の吸着容量 500 mg g−1 が達成されます。 一方、pH 4.638、接触時間 = 19.695 分、温度 = 56.8 °C、およびフェノールの初期濃度 = 6.902 mg L−1 における Cop-150 の吸着容量は、50 mg g−1 に等しかった。 。 さまざまな条件での実験データは、いくつかの有名な速度論モデルと等温線モデルによって調査され、その中で、擬二次速度論モデルとラングミュア等温線に対応するものがありました。 さらに、Cop-150 と NPC の両方に対する熱力学の結果に基づくと、吸着プロセスは発熱的かつ自発的です。 結果によると、Cop-150 と NPC は、それぞれ性能を大幅に低下させることなく最大 4 サイクルと 5 サイクル使用できました。

水質汚染は、工業用化学物質が水に混入することで発生し、水質の変化を伴います。 これらの化合物は環境や人命に非常に有害であり、生態系に悪影響を及ぼします。 フェノール (表 1 を参照) は、プラスチックおよび樹脂、製紙、石炭精製所、石油化学産業で広く使用されている工業用化合物です。 この化合物およびその誘導体は毒性が高く、中毒などの病気を引き起こします1。 廃水中のフェノールの存在量の増加は、人間の健康と環境の両方に悪影響を与えるため、緊急の懸念事項となっています2。 フェノールは、たとえ微量であっても生物に悪影響を及ぼします。 世界保健機関に基づくと、飲料水中のフェノール化合物の濃度範囲は約 1 μg L-1 であるため、水流から除去する必要があります。 この問題を解決するために、蒸留、イオン交換3、膜ろ過、生化学的還元、化学的酸化/還元、吸着などのさまざまな戦略が廃水処理のために研究されてきました4、5、6、7。 これらの技術の中で、吸着プロセスは、その高い経済効率、優れた処理能力、優れた性能により、廃水処理に最もよく使用されています8、9、10、11。 近年、金属酸化物 12、13、磁性ナノ粒子 6、14、15、16、ポリマー 17、グラフェン系材料 18 などの種類の吸着剤が廃水処理に研究されています。 しかし、これらの材料の調製には費用がかかり、表面積が非常に小さいため 19、その結果、吸着プロセスの効率が低下します 20、21。 この問題に対処するために、研究者たちは廃水からフェノールを効果的に除去するためのさまざまな吸着剤を研究してきました。 有望な解決策の 1 つは、効率的で環境に優しいナノ吸着剤として大きな可能性を示している配位有機ポリマーをベースとした NPC の使用にあります。 NPC は、その独特の構造、高い多孔性、および薬物送達システム、スーパーキャパシター、ガス貯蔵、汚染物質の吸着などのさまざまな研究作業での使用に適した表面のため、非常に有望です 22。