4

Научные отчеты, том 13, Номер статьи: 7831 (2023) Цитировать эту статью

623 доступа

Подробности о метриках

Загрязнение 4-хлорфенолом представляет собой серьезную экологическую проблему. В этом исследовании синтезирован порошкообразный активированный уголь, модифицированный аминогруппами, и исследована его эффективность в удалении 4-хлорфенолов из водных сред. Методика поверхности отклика (RSM) и центральный композитный дизайн (CCD) использовались для исследования влияния различных параметров, включая pH, время контакта, дозировку адсорбента и начальную концентрацию 4-хлорфенола, на эффективность удаления 4-хлорфенола. Подход RSM-CCD был реализован в программном обеспечении R для планирования и анализа экспериментов. Статистический дисперсионный анализ (ANOVA) использовался для описания роли параметров, влияющих на ответ. Изотермические и кинетические исследования проводились с использованием трех изотермических моделей Ленгмюра, Фрейндлиха и Темкина, а также четырех моделей псевдопервого, псевдовторого порядка, Эловича и внутричастичных кинетических моделей как в линейной, так и в нелинейной формах. Синтезированный адсорбент был охарактеризован методами рентгеновской дифракции (XRD), инфракрасной спектроскопии с преобразованием Фурье (FTIR) и сканирующей электронной микроскопии (SEM). Результаты показали, что синтезированный модифицированный активированный уголь имел максимальную адсорбционную емкость 316,1 мг/г и проявлял высокую эффективность удаления 4-хлорфенолов. Оптимальными условиями для наибольшей эффективности удаления были дозировка адсорбента 0,55 г/л, время контакта 35 мин, начальная концентрация 4-хлорфенола 110 мг/л и pH 3. Термодинамические исследования показали, что процесс адсорбции протекает экзотермический и спонтанный. Синтезированный адсорбент также показал отличную возможность повторного использования даже после пяти последовательных циклов. Эти результаты демонстрируют потенциал модифицированного активированного угля как эффективного метода удаления 4-хлорфенолов из водной среды и содействия разработке устойчивых и эффективных технологий очистки воды.

Фенол и его производные, в том числе хлорфенолы, содержащие синтетические органические соединения, повсеместно встречаются в сточных водах таких отраслей, как нефтехимическая, угледобывающая, резиновая, пластмассовая, сталелитейная и алюминиевая. Эти соединения важны с точки зрения воздействия на окружающую среду и здоровье из-за их относительной стабильности в окружающей среде, устойчивости к биологическому разложению, способности растворяться в воде и канцерогенной природы1. Соединения хлорфенола могут накапливаться в отложениях и пищевой цепи. Эти соединения поступают в водные ресурсы и долго сохраняются в окружающей среде. 4-Хлорфенол (C6H5ClO) — это один из типов хлорфенола, широко используемый в нефтехимической, инсектицидной, гербицидной, промышленной красящей и фармацевтической промышленности2.

4-Хлорофенол вызывает раздражение кожи и глаз при контакте с кожей и кратковременном вдыхании; длительное воздействие 4-хлорфенола приводит к серьезному повреждению печени, почек и центральной нервной системы3. Международное агентство по исследованию рака (ICRA) отнесло хлорфенолы к группе B24, а Агентство по охране окружающей среды США установило порог содержания фенола менее 1 части на миллиард (ppb) в поверхностных водах в качестве уровня очистки5. 4-Хлорфенол из-за его устойчивости к минерализации трудно поддается обработке по сравнению с другими хлорфенолами6.

В последние годы для удаления 4-хлорфенолов из питьевой и сточных вод использовались различные технологии, включая химическое окисление7, биологическую очистку5 и мокрое окисление8. Методы окисления часто приводят к образованию опасных побочных продуктов и значительному количеству твердых отходов; они требуют высоких затрат на утилизацию и регенерацию9. Эффективность процессов биологической очистки фенольных сточных вод обычно неудовлетворительна из-за токсического воздействия хлорфенолов на микроорганизмы, неспособности биологических систем противостоять ударным нагрузкам и длительного времени удерживания9. Химические методы также требуют больших инвестиций и увеличивают содержание растворимых химикатов в сточных водах10,11. Термические методы выделяют в воздух вредные побочные продукты неполного сгорания, такие как диоксины и дым12. Одним из наиболее распространенных методов, разработанных в последнее время для удаления этих соединений, является активированный уголь, который эффективен в методе поверхностной адсорбции загрязняющих веществ13.