تم تطوير نهج الكيمياء الخضراء لتحويل التربة الحمراء الموزعة على نطاق واسع إلى مادة مركب من أكسيد الحديد FAU zeolite. هذه المواد قادرة على إزالة الشعر المعدنية في الماء واستعادة صحة الماء. يوضح هذا البروتوكول استراتيجية الاستخدام المباشر للتربة كمواد خام لأجهزة استشعار المواد البيئية ، وتوفير نظرة ثاقبة على استخدام الموارد لأربعة تربة نموذجية استنادا إلى فلسفة ركوب الدراجات العنصرية.
يمكن أن تكون هذه الدراسة غنية بالمعلومات للباحثين ذوي الصلة المهتمين باستخدام موارد التربة. الآن يمكن أن يكون توليف المواد والوساطة المائية. للبدء ، قم بإزالة الطبقة العليا التي يبلغ طولها 30 سم من التربة التي تحتوي على النباتات والمواد العضوية المتبقية في موقع التجميع ، وجمع التربة الحمراء وتجفيفها في الهواء في درجة حرارة الغرفة.
بعد التجفيف السليم ، قم بتصفية التربة من خلال غربال 30 شبكة. يزن خمسة غرامات من هذه التربة الحمراء المعالجة مسبقا ، وغرام واحد من ثاني أكسيد السيليكون ، و 7.63 غرام من هيدروكسيد الصوديوم ، وإضافتها إلى هاون العقيق الطبيعي. بعد ذلك ، طحنها لمدة دقيقتين إلى ثلاث دقائق في مسحوق ناعم.
للتنشيط القلوي ، انقل هذا الخليط القلوي إلى بطانة مفاعل تفلون 100 ملليلتر بدون غطاء خارجي من الفولاذ المقاوم للصدأ ، وقم بتسخينه في فرن 200 درجة مئوية لمدة ساعة واحدة. ثم أضف 60 ملليلتر من الماء منزوع الأيونات إلى بطانة مفاعل تفلون التي تحتوي على الخليط القلوي المنشط. أضف قضيب تحريك بالحجم المناسب وحرك الخليط عند 600 دورة في الدقيقة على التحريك المغناطيسي لمدة ثلاث ساعات عند 25 درجة مئوية.
لعملية التبلور ، انقل الجل المتجانس إلى أوتوكلاف من الفولاذ المقاوم للصدأ سعة 100 ملليلتر وقم بتسخين الجل في فرن 100 درجة مئوية لمدة 12 ساعة. بعد ذلك ، اغسل الزيوليت الذي تم الحصول عليه بالماء منزوع الأيونات عدة مرات حتى يقترب الرقم الهيدروجيني للمحلول من سبعة. استخدم جهاز طرد مركزي لفصل المادة الصلبة والسائلة وجمع المادة الصلبة في الجزء السفلي من أنبوب الطرد المركزي 50 ملليلتر.
أخيرا ، جفف المنتج الذي تم الحصول عليه لمدة ثماني ساعات في فرن 80 درجة مئوية ، يليه طحنه إلى مسحوق ناعم للتوصيف اللاحق. تحضير 50 ملليلتر من 1000 جزء في المليون محاليل مائية من أيون النحاس ثنائي التكافؤ ، أيون الكروم ثلاثي التكافؤ ، أيون الكروم سداسي التكافؤ ، أيون الزرنيخ ثلاثي التكافؤ ، أيون الكادميوم ثنائي التكافؤ ، أيون الرصاص ثنائي التكافؤ ، أيون الزنك ثنائي التكافؤ ، وأيون النيكل ثنائي التكافؤ. ولاحظ الرقم الهيدروجيني لكل محلول.
بعد ذلك ، أضف 50 ملليغرام من الزيوليت إلى كل محلول معدني ثقيل. أخيرا ، اضبط الرقم الهيدروجيني للمحلول باستخدام 0.1 حمض الهيدروكلوريك المولي أو 0.1 هيدروكسيد الصوديوم المولي ، وحرك الخليط عند 600 دورة في الدقيقة لمدة 48 ساعة عند 25 درجة مئوية. ثم قم بتصفية المحاليل المختلطة من خلال أغشية 0.22 ميكرون.
قم بتخفيفها إلى 1000 × عن طريق إضافة محلول حمض النيتريك بنسبة 2٪ وقياس تركيزات المعادن الثقيلة المتبقية باستخدام مطياف كتلة البلازما المقترن بالحث مع نطاق اختبار يتراوح بين 0.001 جزء في المليون إلى جزء واحد في المليون. يظهر الهيكل البلوري لإطار الزيوليت من نوع FAU وأكسيد الحديديك أن الزيوليت FAU يتكون من حلقات ثلاثية الأبعاد مكونة من 12 عضوا. إنه ينتمي إلى النظام البلوري المكعب.
المجموعة الفضائية هي FD 3M ، ومعلمة خلية الوحدة هي 24.3450 angstrom. كشف نمط انكسار الأشعة السينية المسحوقة للمادة المركبة من الزيوليت من نوع FAU من أكسيد الحديد FAU عن تطابق كبير لهذه العينة مع المواد القياسية المحاكية ، مما يشير إلى نجاح التوليف. أوضحت صورة المجهر الإلكتروني الماسح أن مادة الزيوليت الزيتوليت من نوع أكسيد الحديد FAU تظهر مورفولوجيا تشبه الإبرة ذات نقاء عال.
تظهر خرائط التحليل الطيفي بالأشعة السينية المشتتة للطاقة أن عناصر تكوين الزيوليت النموذجية مثل السيليكون والألومنيوم والصوديوم والأكسجين تم توزيعها بالتساوي على المادة ، وتم توزيع الحديد بشكل سري في المادة المركبة. أظهرت القدرة على امتصاص مادة الزيوليت من نوع FAU من أكسيد الحديد لثمانية حلول نموذجية للمعادن الثقيلة قدرة عالية بشكل رائع على أيون الرصاص ثنائي التكافؤ وامتصاص أيون الكادميوم ثنائي التكافؤ. وتشمل أهم الخطوات المتعلقة بتوليف المواد المحسوبة الصحيحة التنشيط القلوي، وإعداد السلائف، والتبلور.
يمهد هذا العمل الطريق للاستخدام المباشر للتربة كمواد خام لتوليف المواد الإرشادية الخاصة بك ، والتي يمكن توسيعها إلى أنواع أخرى من التربة لتطبيقات الهندسة البيئية الواسعة.
