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Scientific Reports 13권, 기사 번호: 4493(2023) 이 기사 인용

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측정항목 세부정보

섬유 및 염색 산업에 사용되는 말라카이트 그린은 인간의 건강과 수생생물에 큰 위험을 초래하는 폐수 및 환경의 일반적인 잔류 오염물질입니다. 본 연구에서는 나노벤토나이트, MgO 함침점토, Mucor sp.를 이용한 말라카이트그린의 흡착제거를 최적화하기 위해 반응표면법을 적용하였다. 복합재. 나노 소재와 Mucor sp. 복합재는 FTIR, SEM 및 X선 회절법으로 특성을 분석했습니다. 얻은 결과에 따르면, 나노벤토나이트는 35°C, pH 7.0, 접촉 시간 60분, 흡착제 투여량 1.0g/L, 초기 MG 농도 50mg/L에서 98.6%의 최대 MG 흡착 효율을 나타냅니다. 반면, MgO 함침 점토에서 97.04%의 최대 MG 흡착 효율은 pH 9.0, 접촉 시간 60분, 흡착제 투여량 0.7g/L, 초기 MG 농도 50mg/L에서 관찰되었습니다. MgO 함침 점토의 말라카이트 그린(MG) 흡착 등온선은 상관계수(R2)가 0.982인 Freundlich 등온선과 일치합니다. 그러나 Langmuir 흡착 등온선은 나노벤토나이트(R2 = 0.992)에 매우 적합했습니다. 나노 벤토나이트와 MgO 함침 점토의 흡착 활성은 R2가 각각 0.996과 0.995인 유사 2차 운동 모델에 적합했습니다. 또한, 여러 번 재활용되었음에도 불구하고 흡착제는 나노벤토나이트(94.5~86%)와 MgO 함침 점토(92~83%)에 대해 높은 구조적 안정성과 제거 효율성을 유지했습니다.

섬유 제조 활동에서 발생하는 폐수로 인한 수질 오염은 전 세계적으로 주요 관심사입니다. 21세기 전 세계 연구자들이 직면한 가장 어려운 과제 중 하나는 산업, 가계, 농업 활동에 필요한 깨끗한 물을 공급하는 것입니다1. 섬유 공장은 바람직하지 않은 염료 유출물을 배출하기 때문에 전 세계적으로 주요 환경 오염 문제 중 하나를 담당하고 있습니다2. 섬유 산업은 생산된 직물 1kg당 100~200L의 물을 소비하므로 염색 과정에서 많은 양의 폐수가 발생합니다3. 전 세계적으로 가죽, 식품, 섬유, 종이, 화장품, 인쇄, 카펫 제조업체 등 다양한 산업에서 생산되는 폐수에서 매년 약 280,000톤의 합성 염료가 자연 하천으로 배출됩니다4. 상기 배출은 수역의 시각적 품질에 부정적인 영향을 미치며 햇빛의 물 침투를 감소시켜 수생 생물의 생활주기를 방해하고 광합성과 식물 성장을 억제하여 수생 동물의 생물학적 활동에 영향을 미칩니다. 게다가 수역에 존재하는 합성 염료도 토양 오염을 유발합니다5. 말라카이트 그린(MG)은 실크, 면, 가죽, 양모, 종이를 염색하는 데 사용되는 합성 염료이며, 어류 기생충 및 질병을 제어할 수 있어 양어 산업에서 살균제 및 소독제로도 사용됩니다6. MG는 물에 잘 녹는 양이온성 트리페닐메탄 화합물입니다7. 또한 0.1g/mL8 미만의 농도에서는 포유류 세포에 매우 독성이 있습니다. MG는 복잡한 분자 구조, 높은 안정성, 비생분해성, 빛과 산화제에 대한 높은 저항성을 특징으로 합니다7. 이 염료가 하천으로 유입되면 뇌하수체 간, 아가미, 신장, 내장, 생식선 및 생식선 영양 세포의 생리를 방해하여 수생 유기체의 수명 주기에 부정적인 영향을 미칩니다9. 사람의 경우 MG를 흡입하면 호흡기 염증을 일으킬 수 있고, MG를 삼키면 소화관 염증을 일으킬 수 있습니다10. MG는 인간에게 위험하고 돌연변이를 유발합니다. 추가적으로, 그것의 존재는 면역학 및 생식계11에 영향을 미칩니다. 말라카이트 그린은 인체에 독성이 있는 류코말라카이트 그린과 카르비놀로 전환될 수 있습니다. 생선 근육, 지방, 내장 기관에서 MG의 반감기는 10일입니다12. 이 양이온 염료는 퇴적물에서 반감기가 12.9~50.34일로 환경에서도 내구성이 있습니다13. 막 여과, 이온 교환, 전기 화학 기술, 응고, 응집, 역삼투, 화학적 산화, 오존 처리14 및 곰팡이 및 박테리아의 생물학적 처리와 같은 물리적, 화학적 및 고급 처리 방법을 포함하여 많은 기술이 섬유 폐수를 처리하는 데 사용되었습니다. 효과15. 그러나 대부분의 기술은 낮은 효율성, 대규모 자본 투자, 높은 에너지 소비, 높은 비용, 비선택성, 대규모 적용에 부적합, 유해한 2차 슬러지 생성 등 다양한 단점을 가지고 있습니다16. 처리 전략 중 흡착은 오염된 물 시료에서 염료를 제거하는 가장 매력적이고 효율적인 방법 중 하나입니다. 이 기술은 단순한 설계, 재활용 가능한 흡착제, 간단한 작동, 무독성, 저렴한 비용 및 적당한 초기 투자를 포함한 다양한 이점을 제공합니다. 이러한 재활용 가능한 흡착제에는 활성탄(AC)18, 석회 껍질19 및 경석20이 포함됩니다. 그러나 물을 정화하는 데 사용되는 다양한 흡착제에는 다양한 단점이 있습니다. 예를 들어 AC를 재사용하려면 재생이 필요하며 이는 비용이 많이 들고 폐수 처리에 대규모 적용이 제한됩니다. 또한 일부 흡착제는 제한된 수의 염료에 대해 효과적이며 처리된 물에서 분리하기 어렵습니다21. 참고문헌22는 오염된 해수를 모방한 용액에서 반응성 블랙 5 및 말라카이트 그린 섬유 염료를 탈색하는 데 사용되었으며 70% 이상에 도달한 폴리아미드-6 전기 방사 섬유와 같은 지지체에 양 고추냉이 퍼옥시다제의 고정화에 중점을 두었습니다. Reference23은 Trichoderma versicolor의 laccase를 TiO2-ZrO2-SiO2와 같은 다양한 지지체에 고정화하여 아조 염료 반응성 블랙 5(RB5), 안트라퀴논 염료 반응성 블루 4(RB4)를 제거하고 분해 효율이 100%에 도달함을 제시했습니다. , 91% 및 77%는 각각 5회 실행 주기 후에도 TiO2-ZrO2-SiO2에 고정된 라카제의 촉매 활성을 70% 이상 얻었습니다. 최근 과학자들은 섬유 산업 폐수에 대한 전통적인 정화 방법의 단점을 극복하고 환경 위협을 줄이기 위해 효율적이고 경제적인 흡착재인 나노 클레이 폴리머 복합재를 개발했습니다. 현재 점토는 쉽게 구할 수 있고 무독성이며 폐수에서 염료를 제거하기 위한 이온 교환 가능성이 있기 때문에 화장품, 석유 탐사, 의약품, 식품, 제지 등 다양한 산업에서 널리 사용되고 있습니다. 연구된 점토 재료 중에서 벤토나이트는 저렴한 비용, 재생성, 넓은 표면적, 우수한 화학적 및 기계적 안정성, 자연의 풍부함으로 인해 흡착제로서 상당한 주목을 받았습니다25. 또한 벤토나이트는 대부분 몬모릴로나이트26로 구성되어 있습니다. 생 벤토나이트는 양이온 염료에 대한 흡착 능력이 낮기 때문에 물리적, 화학적 처리를 통해 변형됩니다. 그러나 벤토나이트 점토의 음전하 표면 격자는 양이온 염료에 대한 우수한 흡수 능력을 가질 수 있습니다. 화학적으로 처리된 변형 벤토나이트는 양이온성 염기성 메틸렌 블루28, 금속 이온29 및 크리스탈 바이올렛30을 제거하는 데 사용되었습니다. 따라서 본 연구에서는 나노벤토나이트, MgO 함침 점토 및 Mucor sp.의 상호작용 효과를 최적화하고 평가하기 위한 실험을 통해 분석된 반응 표면 방법론의 모델링 유효성을 평가하는 것을 목표로 합니다. MG 제거에 대해 또한 등온선, 유사 1차 및 유사 2차 모델과 열역학적 매개변수가 결정되었습니다.

pHpzc. The low adsorption capacity exhibited by the two species under acidic conditions could be mainly attributed to the decrease in the number of negative charges on the adsorbents’ surfaces and the increase in the number of positively charged sites in the adsorbents, which can cause electrostatic repulsion between the adsorbent and the dye molecules; moreover, the presence of excess amounts of H+ ions may result in the said ions competing with the cationic MG species for adsorption onto nano-bentonite and MgO-impregnated clay. As a consequence, the probability of MG molecules being adsorbed on the two adsorbents may decrease. By contrast, as the pH increased, the deprotonation of the acid sites on the surface of nano-bentonite and MgO-impregnated clay composites resulted in the number of negatively charged adsorbent sites to increase46. According to Ref.47, who examined the relationship between pH and the adsorption of MG onto bentonite, the interactions between the cationic amine moiety of MG and the negatively charged SiO2 in the bentonite. The cationic active sites are present and exhibit an increased likelihood of binding MG when the pH of the solution is between 5 and 6. As a result of the strong electrostatic interactions between MG and the adsorbents, the surface diffusion of the dye molecules increases. Similar conclusions were reached by Ref.30,who attributed the increase in adsorption observed as the pH increased to a reduction in the competition for functional groups between the target cations and the protons present in solution. Our findings paralleled those of Ref.48, who discovered that the removal of MG dye by titanium coated graphite was lowest at pH 3.0 (56.2%) and highest at pH 7 (95%). Our results are consistent with those reported in Ref.17 at pH 7, the Shell's seeds of Ziziphus spina christi adsorbed 91.1% of Malachite green dye./p>

1), linearly favorable (RL = 1), and or irreversible (RL = 0). Results from this experiment’s use of nano-bentonite and MgO-impregnated clay were observed for RL between 0.002 and 0.009, indicating that the adsorption was irreversible favorable. Table 7 shows the findings of MG removal on nano-bentonite and MgO-impregnated clay using the Langmuir model. The R2 in Table 7 showed strong positive proof of the adsorption of MG ion adsorbents following the Langmuir isotherm. The suitability of the linear form of the Langmuir model to nano-bentonite was confirmed through the high correlation coefficients R2 > 0.992.Conversely, the linear form of the Langmuir model to MgO-impregnated clay was slightly fit with the regression coefficients (R2) value (0.962%). This shows that the Langmuir isotherm can provide a decent sorption model. Moreover, the adsorption capacities of the nano-bentonite and MgO-impregnated clays were 13.8 and 17.2 mg/g, respectively. This result corresponds with6, who discovered that the adsorption capacity of CuFe2O4 for MG is 22 mg/g./p> 1./p>