フェントン修飾キトサンによる六価クロム吸着・無害化のサンドイッチモデル

A sandwich model of Cr(VI) adsorption and detoxification by Fenton modified chitosan.

• Nanzhengfang Jia
• Lingxiang Yun
• Jinye Huang
• Hui Chen
• Chensi Shen
• Yuezhong Wen

抄録

フェントン反応は、反応時間が短く、低コストであり、毒性がなく、適用・制御が容易であるという利点があります。フェントン反応では反応性の高いHO-が生成し、これを有効に利用してきた。しかし、生成した鉄の効果については、これまで広く研究されていませんでした。本研究では、フェントン反応を利用してキトサンの六価クロム吸着・無害化能力を向上させた。フェントン修飾後のキトサンは、広いpH範囲でCr(VI)を効率的に吸着し、層形成の結果、毒性の低いCr(III)へと変化した。フェントン修飾キトサンへの六価クロムの吸着はフロイントリッヒ吸着モデルとよく一致し、吸着容量は120mg/gを超えた。フェントン反応の間、酸化活性の高いH OとHO-がキトサン構造の水素結合を破壊し、その結果、Feのための遊離アミン基が放出され、金属結合性バイオポリマーが形成された。キトサンポリマー間の距離が長くなり、追加の吸着サイトが形成されました。HCrOはキトサンポリマー間の隙間に入り込み、新たに作られた吸着サイトに吸着した。サンドイッチ吸着モデルは、フェントン修飾キトサンが6価クロムの捕捉と無害化のために高濃度の活性サイトを提供していることを示した。

The Fenton reaction has the advantages of short reaction time, low cost, no toxicity, and straightforward application and control. The Fenton reaction generates highly reactive HO•, which has been applied effectively. However, the effect of the generated Fe has not been investigated widely. In this study, the Fenton reaction was used to improve the Cr(VI) adsorption and detoxification capacities of chitosan. After the Fenton modification, chitosan efficiently adsorbed Cr(VI) and transformed it into the less toxic Cr(III) in a wide pH range as a result of layer formation, which was described by a sandwich model. The adsorption of Cr(VI) onto the Fenton modified chitosan was in good agreement with the Freundlich adsorption model, and the adsorption capacity exceeded 120 mg/g. During the Fenton reaction, H O and HO• with high oxidative activity broke the hydrogen bonds in the chitosan structure, resulting in the release of free amine groups for Fe to form metal-binding biopolymers. The distance between the chitosan polymers increased, and additional adsorption sites were created. HCrO entered the gap between the chitosan polymer and was adsorbed on the newly created adsorption sites. The sandwich adsorption model indicated that the Fenton modified chitosan provided a high concentration of active sites for Cr(VI) capture and detoxification.

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