新規多機能有機化合物の合成

Scientific Reports volume 13、記事番号: 12845 (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、溶媒支援メカノ合成戦略を使用して、有機汚染物質と無機汚染物質の両方を除去できる多機能有機無機ナノ複合材料を形成しました。 ゼオライト X (Ze) と活性炭 (AC) の複合材料は、数滴の水の存在下で最先端の機械的混合によって合成され、Ze/AC が形成されました。 2 番目の複合体 (Ze/L/AC) も同様の方法で合成されましたが、この複合体にはリンカーとしてテレフタル酸二ナトリウムが追加されていました。 Ze/AC と Ze/L/AC の両方の材料は、走査型電子顕微鏡 (SEM)、エネルギー分散型 X 線分光法 (EDS)、粉末 X 線回折 (P-XRD)、フーリエ変換赤外分光分析を使用して特性評価されました。 (FTIR)、加速表面積およびポロシメトリー システム (ASAP)、および熱重量分析 (TGA)。 SEM-EDS は、各材料の表面構造と組成を表示しました。 リンカーが Ze と AC を接続した後、ナトリウム、酸素、および炭素の含有量が増加しました。 P-XRD は各材料と複合材料の結晶性を確認し、FTIR は Ze/L/AC の官能基 (C=C、O–H) を示しました。 汚染物質の吸着実験では、各材料のメチレン ブルー (MB) と Co(II) の吸着に対する pH、温度、イオン強度の影響を調査しました。 MB 吸着では、Ze/L/AC (0.02 h-1) の一次反応速度は Ze/AC (0.01 h-1) の 2 倍でした。 Co(II)の吸着においても、Ze/L/ACの反応速度(4.8h-1)はZe/AC(0.6h-1)よりも著しく高かった。 Ze/L/AC 複合材料は、MB イオンに対して 44.8 mg/g、Co(II) イオンに対して 66.6 mg/g の最大吸着容量を達成しました。 Ze/AC および Ze/L/AC の MB 吸着は、R2 がそれぞれ 0.96 および 0.97 のフロイントリヒ モデルに最も良く適合し、多層吸着を示しました。 Co(II) 吸着では、データは単層吸着を示す R2 が 0.94 および 0.92 のラングミュア モデルによく適合しました。 これらの結果は、両方の材料が化学吸着を示すことを示しました。 MB 吸着における Ze/L/AC の活性化エネルギー (34.9 kJ mol−1) は、Co (II) 吸着における Ze/L/AC の活性化エネルギー (26 kJ mol−1) よりも高かった。

工業プロセスにおける重金属イオンや有機物の過剰使用によって引き起こされる汚染は、直接的および間接的に廃棄物を水路に排出し、生態系を汚染し、人命に影響を与えています1、2、3。 コバルト (II)、ニッケル (II)、クロム (VI)、鉛 (II) などの重金属イオンは、低濃度であっても生命に有毒である可能性があります 4、5、6、7。 コバルト、ニッケル、クロム、鉛の毒性は、それぞれ 7 μg/L、100 μg/L、50 μg/L、5 μg/dL で発生する可能性があります8,9。 コバルトのような重金属は、工業プロセスにおける非放射性コバルトの使用や、医療における放射性核種 60 コバルトおよび 58 コバルトの使用など、さまざまな方法で環境中に放出されます5。 血中のコバルト濃度は筋肉のけいれんの増加に関連していることが報告されています8。 同様に、染料やフェノール成分などの高レベルの有機汚染物質も非常に有毒である可能性があります。 たとえば、メチレンブルー（MB）の摂取は、大量の発汗、吐き気、嘔吐、神経細胞のアポトーシス、灼熱感、その他多くの健康への悪影響を引き起こす可能性があります10,11。

重金属や染料を濾過するために、逆浸透、蒸留、吸着などのさまざまな効果的な方法が適用されてきました。 しかし、安価で効果的な方法を見つけるのは困難です。 たとえば、逆浸透は水のろ過に適用される最も一般的な方法ですが、この方法では多くの場合、大量の水を無駄にします12。 さらに、逆浸透プロセスでは、水中の健康なミネラルが常に大量に除去されます12。 蒸留も一般的な方法ですが、少量の水しかろ過できず、より多くのエネルギーがかかります13。 これらの方法の中で、吸着は効率が高く、安価であるため、依然として最も効果的な方法です13。 吸着剤は、農業廃棄物、ナノマテリアル、ポリマーなどの低コストの材料から安価に製造できます13。 これらの吸着剤は、特定の汚染物質を濾過するために物理的および化学的に設計することができます。 たとえば、Zr-MOF、ZIF-8、ZIF-67、KIUB-MOF-1 などのさまざまなタイプの有機金属フレームワーク (MOF) 材料は、鉛、水銀、メチレンブルー、メチルなどの特定の金属を除去するように設計されています。オレンジ14、15、16。