Получение оксида графена

Том 13 научных отчетов, номер статьи: 16448 (2023) Цитировать эту статью

647 Доступов

1 Альтметрика

Подробности о метриках

Появляющиеся загрязняющие вещества и большой объем неиспользованных красителей текстильной промышленности загрязняют водоемы. В этой работе представлен масштабируемый подход к очистке воды путем адсорбции кислотного зеленого 25 (AG), кристаллического фиолетового (CV) и сульфаметоксазола (SMA) из водного раствора с помощью аэрогеля модифицированного кремнезема, допированного оксидом графена (GO) (GO-SA). методом сверхкритического жидкостного осаждения (SFD). Характеристика GO-SA с использованием рентгеновской дифракции (XRD), инфракрасной спектроскопии с преобразованием Фурье (FTIR), сканирующей электронной микроскопии высокого разрешения (HR-SEM), термогравиметрического анализа (TGA) и Брунауэра-Эммета-Теллера (BET) Изотермы адсорбции выявили улучшение площади поверхности адсорбента и его текстурных свойств. Высокие проценты удаления, наблюдаемые в большинстве экспериментальных серий, свидетельствуют об превосходных характеристиках адсорбента по отношению к анионным и катионным красителям, а также к антибиотикам. Изотерма и кинетика адсорбции показали, что изотерма Ленгмюра и кинетические модели псевдовторого порядка могут объяснить адсорбцию. Адсорбент обладает более высокой адсорбционной способностью по СМА (67,07 мг г-1), чем по ЦВ (41,46 мг г-1) и АГ (20,56 мг г-1), за счет более высокой гидрофобности, взаимодействующей с гидрофобным адсорбентом. GO-SA успешно удалила AG, CV и SMA с процентом удаления 98,23%, 98,71% и 94,46% соответственно. Параметры были оптимизированы с использованием Central Composite Design (RSM-CCD). Приготовленный аэрогель продемонстрировал превосходную возможность повторного использования с эффективностью удаления > 85% даже после 5 циклов. Это исследование показывает потенциал адсорбента GO-SA в очистке текстиля и других сточных вод.

Индия обладает лишь 4% мировых водных ресурсов, которые в основном поступают из озер, рек и прудов, в то время как она поддерживает 18% населения мира. Более того, будучи аграрной страной, Индия переживает масштабную урбанизацию: численность городского населения увеличилась с 28% в 2000 году до 34,9% в 2020 году. нефтехимическая и другие обрабатывающие отрасли сталкиваются с острой нехваткой воды2,3. Появляющиеся в воде загрязнители, такие как промышленные химикаты, текстильные изделия, фармацевтические препараты, больничные отходы и пестициды, представляют значительную угрозу качеству воды4,5,6. Эти загрязнители наносят вред экосистеме, и даже следы определенных химических веществ могут оказать существенное воздействие7,8,9.

Рост населения и урбанизация привели к быстрому росту спроса на синтетические красители и расширению текстильной промышленности10. По оценкам, во всем мире ежегодно производится 7 × 105–1 × 106 тонн11,12 красителей, которые используются в различных отраслях промышленности, таких как текстильная, пластмассовая, красильная, бумажная, целлюлозная, цветная фотография, косметика и другие промышленные товары13,14. 15,16. Однако большинство этих синтетических красителей17 токсичны, и сточные воды этой промышленности необходимо очищать перед сбросом в водоемы, чтобы уменьшить загрязнение воды и сохранить живые организмы18. Сброс этой загрязненной воды представляет собой серьезную экологическую проблему19. Около 40–50% красителей выбрасывается в отходы в процессе крашения, а примерно 15–20% выбрасывается в сточные воды, которые изменяют цвет воды и образуют пену на поверхности водоемов. Это еще одна серьезная угроза окружающей среде20. Более того, известно, что большинство искусственных красителей нарушают работу эндокринной системы, мутагены и канцерогенны, что может повлиять на здоровье широкого круга организмов.

Накопление органических красителей в водоемах также может препятствовать проникновению света, что может препятствовать естественному процессу обеззараживания и фотосинтеза21. Для удаления органических красителей из водоемов используются различные методы и комбинации очистки, такие как мембранная фильтрация, коагуляция, флокуляция, озонирование, предварительное окисление и биологические процессы. Однако некоторые из этих методов сталкиваются с серьезными проблемами, такими как высокие капитальные затраты и большие объемы образования ила22.

99.999%). The dyes, Acid green 25, Crystal violet, graphite powder and monopotassium phosphate, were sourced from Sigma-Aldrich. Silica, [(trimethylsilyl)oxy]-modified aerogel was sourced from Cabot (Riga LV-1039, Latvia), Sulfamethoxazole (SMA) 98% were sourced from TCI Japan. Merck supplied acetic acid. Absolute ethanol was supplied by Honeywell, and Thermo Fisher Scientific supplied absolute methanol. Acetonitrile and acetone, the analytical grade, were provided by Spectrochem. All reagents were used without further treatment/purification. The aerogel surface was modified using graphene oxide by the supercritical deposition technique. The characteristics of used contaminants can be seen in Table S1 of Supplementary information./p>

0.6), although the desorption line is completely overlapped at the low range pressure (P/P0 < 0.4). Suggesting the pores are of ink bottle type, having large pore sizes as the hysteresis occurred at comparatively higher pressures65. The existence of prominent mesopores in the aerogel structure was shown by the exceedingly low quantities of nitrogen adsorbed (< 100 cm3/g) at relatively low pressures (P/P0 > 0.2). This could be said that the adsorption capacity of microporous aerogels was greater than that of mesoporous aerogels. Furthermore, the improved absorption at a relatively high pressure (P/P0) range (impending 1.0) established the presence of larger mesopores. The pore size distribution obtained from the BJH method is also shown in Fig. 4c; the BJH model was used to calculate the mesopore size distribution using N2 adsorption data; the graph between the pore size and pore volume shows the highest peak at 29 nm, the most frequent diameter. Based on the Kelvin equation, the BJH model43 connects the adsorbed/desorbed volume changes at a given pressure to the pore radius that fills/empties at the same pressure. The pores are assumed to be cylindrical, with the Kelvin radius equal to the mesopore radius minus the thickness of the adsorbed layer./p> 0.95) for all the contaminants. Langmuir and Freundlich's models better fit the experimental data than the Temkin model isotherm, as shown in Table 2, but Langmuir fits the best. The Langmuir model had a higher correlation coefficient value for SMA (R2 > 0.99) than the Freundlich model (R2 > 0.96), for CV (R2 > 0.98) than the Freundlich model (R2 > 0.96) while for AG (R2 > 0.97) than the Freundlich model (R2 > 0.96) indicating that the Langmuir model provides a better explanation of the adsorption onto GO-SA aerogel. The RL separation factor, which is a dimensionless constant that expresses the important features of the Langmuir isotherm, was found to be between 0 and 1, indicating a favorable shape of the isotherm. Indicating the adsorption is favorable for the Langmuir model of the isotherm. The maximum capacity of monolayer exposure qmax was found to be 20.56 mg g−1, 41.46 mg g−1, and 67.07 mg g−1 for AG, CV, and SMA, respectively, at room temperature, From Table 2, it can be concluded that the adsorption capacity of GO-SA for dyes and antibiotics is exceptionally high, demonstrating a marked superiority over the performance of other adsorbents, as indicated in Table 3. This robust adsorption capability underscores the pressing need for developing and utilizing materials such as aerogels in water purification applications. The significance of GO-SA's outstanding adsorption capacity lies in its effectiveness, potential cost-effectiveness, and environmental sustainability. In a world grappling with water pollution challenges, GO-SA emerges as a promising solution. Its cost-effectiveness stems from several factors, including the relatively low production costs of graphene oxide (GO) and silica aerogels and the efficient adsorption properties of the composite material. This suggests that GO-SA could offer a more economical option for water purification, especially when compared to alternative adsorbents listed in Table 3 that may exhibit higher adsorption capacities but are likely to come with higher production costs and environmental concerns. Furthermore, the environmental sustainability of GO-SA adds to its appeal. Unlike some adsorbents, which may involve resource-intensive or environmentally detrimental production processes, GO-SA synthesis can align with eco-friendly principles. The combination of graphene oxide with silica aerogels generally involves less resource consumption and can be designed to be environmentally benign and easily scalable production. Therefore, GO-SA holds the potential to contribute positively to the sustainability goals of water purification processes. The physisorption was strongly enhanced for modified silica aerogel due to the supplemental presence of the graphene oxide./p> 85%, and in the continuous setup, it was found to be > 76%. Modifying and testing the process and setup to improve the removal percentage for using GO-SA on a large scale is ongoing. GO-SA aerogel can be used in real-life for a sustainable and eco-friendly environment. It can be used as a primary purification for wastewater from the textile industry. In this study, the modified aerogel has shown promising results for the removal of Acid Green 25 (AG), Crystal Violet (CV), and Sulfamethoxazole (SMA), along with other contaminants. This study indicates that GO-SA aerogel can be applied at real-field scales. Still, further work is needed to establish the technology as it shows a promising solution for the adsorption of the contaminants./p>

Блог