層状多孔質CX-TiO複合材料の調製と土壌洗浄液に可溶化したPHEの選択的分解に関する研究

Study on the preparation of the hierarchical porous CX-TiO composites and their selective degradation of PHE solubilized in soil washing eluent.

• Aijing Wang
• Xiao Peng
• Ning Shi
• Xiaohui Lu
• Chunlei Yang
• Ping He
• Yan Wu

抄録

ゾル-ゲル法と乾燥・炭化法により、階層的な多孔質構造を有するCX-TiO(Carbon Xerogel-TiO)複合材料を作製し、高濃度のフェナントレン(PHE)を含む可溶化廃水の処理に適用した。その結果、CX-TiOは、炭素とP25の粒子が均一にマトリックス中に存在する階層的な多孔質構造を示すことが明らかになった。CX-TiOのPHEに対する土壌洗浄溶離液中の除去効率を、紫外線照射及び暗条件下で評価し、P25を基準として評価した。その結果、CX-TiO(0.2)がPHEに対して最も優れた除去効果を示し、紫外線照射下では15時間以内に97.8%という高い除去効率を示した。このことから、CX-TiOによるPHEの除去過程では、紫外線照射下であろうとなかろうと、吸着が初期段階で支配的な役割を果たしていることが明らかになりました。PHEの吸着等温線を記述するために、擬似一次及び擬似二次を用いてPHE吸着の速度論的挙動をフィッティングし、Langmuirモデル及びFreundlichモデルを適用した。その結果、PHEはCX-TiOとの相互作用の影響を受けた化学吸着過程であることが明らかになり、PHEはアドミセル内で凝集するのではなく、CX-TiO(0.2)の界面に単層状に吸着することがわかった。溶解したPHEの選択的な吸着・分解には、CX-TiOの階層的な多孔質構造と適切な細孔サイズの両方が不可欠であることが示唆された。リサイクル性能は、5回のリサイクル後もPHEの選択的除去効率は82.09%に達していることを証明した。このように、CX-TiOの優れた性能は、可溶化PAHを含むSWEの処理に大きな可能性を秘めていることを証明した。

A series of CX-TiO(Carbon Xerogel- TiO) composites with a hierarchical porous structure were obtained through the sol-gel method followed by drying and carbonization, and have been applied to treating solubilizing wastewater containing a high concentration of phenanthrene (PHE). The characterizations demonstrated that the CX-TiO exhibits a hierarchical porous structure, with particles of carbon and P25 being uniformly in the matrix. Removal efficiency of CX-TiO on PHE in soil washing eluent (SWE) were evaluated under ultraviolet (UV) irradiation or dark condition, and P25 was employed as the reference. The results revealed that CX-TiO(0.2) had the best removal effect on PHE, with the efficiency as high as 97.8% under UV illumination within 15 h. It demonstrated that in the process of PHE removal by CX-TiO whether it was under UV illumination or not, the adsorption plays a dominant role in the early stage. The kinetic behavior of PHE adsorption was fitted using the pseudo-first-order and pseudo-second-order, and Langmuir model and Freundlich models were applied to describe the PHE adsorption isotherms. The results indicating that it was a chemical adsorption process, which was influenced by the interaction between PHE and CX-TiO, and PHE is adsorbed on the interface of CX-TiO(0.2) in a single layer form, instead of agglomerating in the admicelle. A possible mechanism of removal of solubilized PHE in SWE was speculated, in which both hierarchical porous structure and appropriate micropores size of CX-TiO were indispensable to the selective adsorption and degradation of PHE. Recycling performance certificated that the selective removal efficiency of PHE could still reach 82.09% after five recycles. Thus the excellent performance testified that the CX-TiO have great potential in treating SWE containing solubilized PAHs.

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