크리스탈 바이올렛과 클로르피리포스의 펙틴 하이드로겔@Fe3O4에 대한 흡착 효율 향상

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 10764(2023) 이 기사 인용

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측정항목 세부정보

유기인 클로르피리포스(CPF) 농약과 결정의 흡착을 위해 현장에서 제조된 Fe3O4 자성 나노입자(MNP)와 벤토나이트 점토를 3차원(3D) 가교결합된 펙틴 하이드로겔 기판에 첨가하여 자성 메조다공성 하이드로겔 기반 나노흡착체를 제조했습니다. 보라색(CV) 유기염료. 구조적 특징을 확인하기 위해 다양한 분석 방법이 사용되었습니다. 얻은 데이터를 바탕으로 pH 7의 탈이온수에서 나노흡착제의 제타전위는 -34.1 mV, 표면적은 68.90 m2/g으로 측정되었다. 제조된 하이드로겔 나노흡착제의 참신함은 편리한 오염물질 분자 확산과 나노흡착제와 오염물질, 즉 CPF 및 CV 사이의 상호 작용을 돕는 다공성 및 가교 구조인 헤테로원자를 포함하는 반응성 작용기를 보유하고 있다는 것입니다. 펙틴 하이드로겔@Fe3O4-벤토나이트 흡착제에 의한 흡착의 주요 원동력은 정전기 및 수소 결합 상호 작용으로, 이로 인해 흡착 용량이 커집니다. 최적의 흡착조건을 결정하기 위해 용액 pH, 흡착제 투여량, 접촉시간, 초기 오염물질 농도 등 CV와 CPF의 흡착능력에 대한 유효인자를 실험적으로 조사하였다. 따라서 최적 조건, 즉 접촉 시간(20분 및 15분), pH 7 및 8, 흡착제 투여량(0.005g), 초기 농도(50mg/L), CPF 및 CV에 대한 T(298K)는 각각 CPF 및 CV 흡착 용량은 833.333 mg/g 및 909.091 mg/g이었습니다. 제조된 펙틴 하이드로겔@Fe3O4-벤토나이트 자성 나노흡착제는 높은 다공성, 향상된 표면적 및 수많은 반응 부위를 나타냈으며 저렴하고 이용 가능한 재료를 사용하여 제조되었습니다. 더욱이 Freundlich 등온선은 흡착 절차를 설명하고 유사 2차 모델은 흡착 동역학을 설명했습니다. 준비된 새로운 나노흡착제는 자기적으로 분리되어 흡착 효율의 특별한 감소 없이 3회 연속 흡착-탈착 작업에 재사용되었습니다. 따라서 펙틴 하이드로겔@Fe3O4-벤토나이트 자성 나노흡착제는 뛰어난 흡착 용량으로 인해 유기인계 농약 및 유기 염료를 제거하기 위한 유망한 흡착 시스템입니다.

세계적으로 급격한 인구 증가와 함께 식량 공급은 깊이 고민해야 할 중요한 문제입니다. 이런 점에서 식량공급을 위해 식물해충을 농업에 활용하지 않는 것은 불가피해 보인다. 그러나 이 절차는 자연적으로 살충제를 방출하고 과도한 사용을 초래합니다1,2. 유기인계 농약은 다양한 농약 종류 중 합성 농약으로 분류되며, 1970년대 이후 유기염소 농약 사용에 대한 광범위한 제한으로 인해 많은 국가에서 살충제 및 신경작용제로서 산업 농업에 사용되어 왔습니다. 세계 전체 농약 시장의 거의 36%가 유기인계 농약으로 구성되어 있습니다3. 클로르피리포스(CPF)는 결정성이 높은 염소화 유기인산염 살충제로서 1965년부터 액체, 젤, 펠릿, 수화제 등 다양한 형태로 전 세계적으로 생산 및 활용되고 있습니다.4,5. CPF 살충제를 활용하려는 대중의 욕구는 두 가지 주요 이유와 관련이 있습니다. 하나는 가격이 저렴하고 다른 하나는 손쉬운 접근성입니다6. CPF의 오래 지속되는 내구성은 물리화학적 특징과 구조적 특성에 기인합니다. CPF는 수성 용매에서 유기 용매로의 분배가 증가된 비극성 및 수용성 물질입니다. 다른 유기인산염 형태와 마찬가지로 아세틸콜린에스테라제 효소를 억제하기 때문에 CPF 독성 효과가 발생하며, 이는 다양한 신경행동 효과를 유발할 수 있습니다7,8. 새로운 성명으로 인해 연구자들은 표적 세포에 대한 다양한 CPF 효과를 고려했습니다.

1, the CPF and CV’s adsorption at high concentrations on the adsorption surface is favorable17. For the Temkin isotherm (Eq. (6)), R represents the universal gas constant, T (K) stands for the temperature, bT is ascribed to the adsorption heat, and KT (L.mg−1) is the constant of the Temkin model. In Eqs. (7), (8) for Dubinin-Radushkevich (D-R) isotherm model, qs (mg P/g) is adsorption capacity-related Dubinin-Radushkevich (D-R)’s constant, KDR (mol2/kJ2) stands for adsorption’s average free energy, R (J/mol K) stands for the gas constant, and T (K) is the temperature. According to the charts of the Langmuir, Freundlich, Temkin, and Dubinin-Radushkevich (D-R) isotherms in Fig. 10a–d, respectively, and based on the data presented in informative Table 3, obtained from Langmuir, Freundlich, Temkin, and Dubinin-Radushkevich (D-R) isotherms, Freundlich isotherm well matches the experimental information compared to Langmuir, Temkin, and Dubinin-Radushkevich (D-R) isotherms for CPF and CV. The adsorption kinetics linear plots and the computed CPF and CV contaminants’ parameters were exhibited in Fig. 10e–g. Regarding the R2 term, which is corresponded to the correlation coefficient and various amounts of Qe,experimental, and Qe,calculated for CPF and CV pollutants, pseudo-second-order models described the adsorption kinetics. Besides, the R2 term was reported to be 0.9972 and 0.9987 for CPF and CV, respectively, indicating a close value to the unit that matched the pseudo-second-order kinetics model compared to the R2 term calculated from the pseudo-second-order (CPF: 0.9867, CV: 0.9103) and Elovich (CPF: 0.9155, CV: 0.9031) model. Moreover, Table 4 compares CPF and CV’s adsorption capacity on the prepared pectin hydrogel@Fe3O4-bentonite nanoadsorbent with other adsorbents reported in prior studies. Among all of the described adsorbents investigated previously, the prepared pectin hydrogel@Fe3O4-bentonite nanoadsorbent demonstrated a desirable Qmax. Various physicochemical characteristics of the prepared nanoadsorbent, such as facile contaminant diffusion into the 3D cross-linked network and mesoporous structure of the magnetic hydrogel-based nanoadsorbent, a large surface area mainly owed to the bentonite addition, numerous adsorption reactive sites, such as hydroxyl and carboxylate groups, and nanosized Fe3O4 NPs are some of the reasons that cause a great Qmax amount. Therefore, the prepared pectin hydrogel@Fe3O4-bentonite nanoadsorbent is recommended for adsorbing the organophosphorus pesticide and toxic dye pollutants from wastewater./p>