Riciclaggio delle risorse della terra rossa per sintetizzare materiale composito di zeolite di tipo Fe2O3/FAU per la rimozione di metalli pesanti

Riepilogo

Questo articolo presenta un nuovo e conveniente percorso per sintetizzare materiale composito di zeolite di tipo Fe₂O₃ / faujasite (FAU) dalla terra rossa. I parametri di sintesi dettagliati sono stati finemente sintonizzati. Il materiale composito ottenuto può essere utilizzato per un'efficiente bonifica delle acque contaminate da metalli pesanti, indicando le sue potenziali applicazioni nell'ingegneria ambientale.

Abstract

L'acqua inquinata da metalli pesanti è fonte di grande preoccupazione per la salute umana e l'ambiente ecologico. Le tecniche di bonifica delle acque in situ rese possibili da materiali di adsorbimento altamente efficienti sono di grande importanza in queste circostanze. Tra tutti i materiali utilizzati nella bonifica delle acque, i nanomateriali a base di ferro e i materiali porosi sono di grande interesse, beneficiando della loro ricca funzione di reattività redox e adsorbimento. Qui, abbiamo sviluppato un protocollo facile per convertire direttamente il suolo rosso ampiamente diffuso nel sud della Cina per fabbricare il materiale composito di zeolite di tipo Fe₂O₃ / faujasite (FAU).

La procedura di sintesi dettagliata e i parametri di sintesi, come la temperatura di reazione, il tempo di reazione e il rapporto Si/Al nelle materie prime, sono stati accuratamente regolati. I materiali compositi sintetizzati mostrano una buona capacità di adsorbimento per i tipici ioni di metalli pesanti (loid). Con 0,001 g/mL di materiale composito di zeolite di tipo Fe₂O₃/FAU aggiunto a diverse soluzioni acquose inquinate da metalli pesanti (loid) (concentrazione di singolo tipo di metallo pesante (loid): 1.000 mg/L [ppm]), la capacità di adsorbimento è risultata essere 172, 45, 170, 40, 429, 693, 94 e 133 mg/g per Cu (II), Cr (III), Cr (VI), Come (III), Cd (II), Pb (II), Zn (II) e Ni (II), rispettivamente, che possono essere ulteriormente ampliati per la bonifica dell'acqua inquinata da metalli pesanti e del suolo.

Introduzione

I metalli pesanti (loid) provenienti da attività antropiche e naturali sono onnipresenti nell'aria, nell'acqua e nell'ambiente del suolo¹. Sono ad alta mobilità e tossicità, e rappresentano un potenziale rischio per la salute umana per contatto diretto o attraverso il trasporto della catena alimentare². L'acqua è vitale per la vita degli esseri umani poiché è la materia prima di ogni famiglia. Ripristinare la salute dell'acqua è fondamentale. Pertanto, è di grande importanza ridurre la mobilità e la biodisponibilità dei metalli pesanti tossici (loid) nell'acqua. Per mantenere una buona salute nell'acqua, i materiali di b....

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Protocollo

1. Raccolta e trattamento delle materie prime

1. Collezione di terra rossa
   1. Raccogli la terra rossa. Rimuovere lo strato superiore di 30 cm del terreno contenente piante e materia organica residua.
      NOTA: In questo esperimento, la terra rossa è stata raccolta nel campus della Southern University of Science and Technology (SUSTech), Shenzhen, Guangdong, Cina (113°59' E, 22°36' N).
2. Trattamento del suolo rosso
   1. Asciugare all'aria il terreno rosso raccolto a temperatura ambiente e filtrarlo attraverso un setaccio a 30 maglie. Rimuovere la maggior parte delle grandi pietre e foglie. Misurare la concentrazione di m....

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Risultati

La figura 1 illustra il percorso di sintesi complessivo della zeolite basato sulla strategia "suolo per la bonifica del suolo"⁶. Con un semplice percorso privo di organici, la terra rossa può essere convertita in materiale composito zeolite di tipo Fe₂O₃ / FAU senza aggiungere alcuna fonte di Fe o Al. Il materiale composito di zeolite sintetizzato presenta un'eccellente capacità di rimozione per la bonifica delle acque inquinate da metalli pesa.......

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Discussione

La zeolite è tipicamente un materiale alluminosilicato. In teoria, i materiali ricchi di silicato e alluminato possono essere scelti come materie prime per la sintesi della zeolite. Il rapporto Si/Al della materia prima deve essere simile a quello del tipo selezionato di zeolite per ridurre al minimo l'utilizzo di fonti aggiuntive di silicio/alluminio ^6,8,16. Il rapporto Si/Al della zeolite di tipo FAU è 1,2 e il rapporto Si/A.......

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Materiali

Name	Company	Catalog Number	Comments
Chemicals
Cadmium nitrate tetrahydrate	Shanghai Aladdin Bio-Chem Technology Co., LTD	C102676	AR, 99%. Make 1,000 ppm  stock solution for the test of adsorption performance of zeolite.
Chromium(III) nitrate nonahydrate	Shanghai Aladdin Bio-Chem Technology Co., LTD	C116446	AR, 99%. Make 1,000 ppm  stock solution for the test of adsorption performance of zeolite.
Copper sulfate pentahydrate	Shanghai Aladdin Bio-Chem Technology Co., LTD	C112396	AR, 99%. Make 1,000 ppm  stock solution for the test of adsorption performance of zeolite.
Lead nitrate	Shanghai Aladdin Bio-Chem Technology Co., LTD	L112118	AR, 99%. Make 1,000 ppm stock solution for the test of adsorption performance of zeolite.
Nickel nitrate hexahydrate	Shanghai Aladdin Bio-Chem Technology Co., LTD	N108891	AR, 98%. Make 1,000 ppm  stock solution for the test of adsorption performance of zeolite.
Nitric acid	Shanghai Aladdin Bio-Chem Technology Co., LTD	N116238	AR, 69.2%. Used as solvent in ICP-MS test.
Potassium dichromate	Shanghai Aladdin Bio-Chem Technology Co., LTD	P112163	AR, 99.8%. Make 1,000 ppm  stock solution for the test of adsorption performance of zeolite.
Silicon dioxide	Shanghai Aladdin Bio-Chem Technology Co., LTD	S116482	AR, 99%. For synthesis of zeolite.
Sodium (meta)arsenite	Sigma-aldrich	S7400-100G	AR, 90%. Make 1,000 ppm stock solution for the test of adsorption performance of zeolite.
Sodium hydroxide	Shanghai Aladdin Bio-Chem Technology Co., LTD	S111502	Pellets. For the synthesis of zeolite.
Zinc nitrate hexahydrate	Shanghai Aladdin Bio-Chem Technology Co., LTD	Z111703	AR, 99%. Make 1,000 ppm  stock solution for the test of adsorption performance of zeolite.
Equipment
Air-dry oven	Shanghai Yiheng Technology Instrument Co.,LTD.	DHG-9075A	Used for hydrothermal crystallization and drying of sample
Analytical balance	Sartorius Scientific Instruments Co.LTD	BSA224S-CW	Used for weighing samples
Centrifuge tubes	Nantong Supin Experimental Equipment Co., LTD
High speed centrifuge	Hunan Xiang Yi Laboratory Instrument Development Co.,LTD	H1850	Used for separation of solid and liquid samples
Multipoint magnetic stirrer	IKA Equipment Co.,LTD.	RT15	Used for stirring samples
Oscillator	Changzhou Guohua Electric Appliances Co.,LTD.	SHA-B	For uniform mixing of samples
Syringe-driven filter	Tianjin Jinteng Experimental Equipment Co.,LTD.		0.22 μm. For filtration.
Softwares
JADE 6.5	Materials Data& (MDI)
Mercury	Cambridge Crystallographic Data Centre (CCDC)
Materials Studio	Accelrys Software Inc.
Websites
Database of Zeolite Structures: http://www.iza-structure.org/databases/
ICSD: https://icsd.products.fiz-karlsruhe.de/en