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排水中の重金属イオンを高速かつ高効率で除去するための三次元ナノポーラスデンプン系材料
Three-dimensional nanoporous starch-based material for fast and highly efficient removal of heavy metal ions from wastewater.
PMID: 32663560 DOI: 10.1016/j.ijbiomac.2020.07.017.
抄録
水質浄化のためには、吸着速度が速く、調製が簡単で、低コスト、高吸着能を有する高度な吸着剤の開発が重要な課題の一つとなっています。本研究では、3次元ナノ多孔性デンプン系ナノ材料（3D-PSN）を犠牲テンプレート法により調製し、機能化した新規無公害吸着材を初めて開発した。XRD,SEM,TGA,ゼータ電位分析,FTIR,XPSを用いて関連する特性評価を行い、ナノ材料の形成を確認した。この吸着剤は、独自の三次元ネットワークナノ構造と豊富な活性サイトにより、Cd(II)532.28mg/g、Hg(II)381.47mg/g、Cu(II)354.15mg/g、Pb(II)238.39mg/gという優れた重金属除去特性を示し、30分以内に吸着が完了しました。この過程で、擬似2次運動論モデルは吸着速度データとより整合性があり、吸着挙動はLangmuir吸着モデルに準拠していた。また、吸着機構は主にイオン交換反応と化学錯形成によるものであることがわかった。この吸着剤はリサイクル性に優れており、水質浄化や環境浄化への応用が期待される。
The development of advanced adsorbents with fast adsorption rate, simple preparation, low cost, and high adsorption capacity is one of the most important topics for water purification. Herein, a novel and pollution-free adsorbent, three-dimensional nanoporous starch-based nanomaterial (3D-PSN), was prepared via sacrifice template method and functionalized for the first time in this work. Relevant characterization was performed through XRD, SEM, TGA, zeta potential analysis, FTIR, and XPS to confirm the formation of nanomaterials. Owing to its unique three-dimensional network nanostructure and abundant active sites, this adsorbent displayed outstanding adsorption properties for heavy metal ions removal, as high as 532.28 mg/g for Cd (II), 381.47 mg/g for Hg(II), 354.15 mg/g for Cu(II), 238.39 mg/g for Pb(II), completed within 30 min. In this process, the pseudo-second-order kinetic model appeared more consistent with the adsorption kinetic data, and the adsorption behavior complied with the Langmuir adsorption model. The adsorption mechanism mainly replied on the ion-exchange reaction, as well as chemical complexation formation. This adsorbent has remarkable recyclability, exhibiting strong application prospects for water purification and environmental remediation.
Copyright © 2020. Published by Elsevier B.V.