Высокоэффективная яичная скорлупа из инженерных отходов

Apr 30, 2023

Том 12 научных отчетов, номер статьи: 9676 (2022 г.) Цитировать эту статью

1480 Доступов

5 цитат

2 Альтметрика

Подробности о метриках

Устойчивое управление отходами и водными ресурсами является ключевым компонентом новейшей политики ЕС в отношении экономики замкнутого цикла. Простые, эффективные и недорогие методы очистки воды, основанные на повторном использовании отходов, являются предпосылками для здоровья человека, устойчивого развития и восстановления окружающей среды. Разработка эффективных и экономичных абсорбентов представляет собой актуальную проблему очистки сточных вод. Целью данного исследования было изучение разработки нового адсорбента путем функционализации двух различных типов отходов (промышленных и пищевых) с помощью магнитных наночастиц в качестве экологически чистого, высокоэффективного и дешевого материала для удаления кадмия из водных растворов. Этот наноинженерный адсорбент (EFM), полученный из отходов яичной скорлупы и летучей золы, использовался для удаления кадмия из водного раствора. СЭМ-анализ показал, что наночастицы магнетита были успешно загружены в каждый из отходов. Кроме того, была получена двойная функционализация частиц яичной скорлупы частицами золы и магнетита. В результате этого площадь поверхности ЭФМ существенно увеличилась, что подтверждает БЭТ. Для изучения свойств этого нового адсорбента была проведена комплексная характеристика (БЭТ, ИК-Фурье, СЭМ, РФА и ТГА). Были проведены периодические эксперименты с целью изучения влияния различных параметров реакции: температуры, pH, времени контакта, дозировки адсорбента, начальной концентрации. Результаты показали, что адсорбция кадмия достигла равновесия за 120 мин при pH 6,5 для 0,25 г адсорбента. Максимальная эффективность составила 99,9%. Исследование изотерм адсорбции показало, что адсорбция Cd2+, подобранная по модели Фрейндлиха, указывает на процесс мультимолекулярной слоевой адсорбции. Кроме того, термодинамические исследования (ΔG < 0, ΔH > 0; ΔS > 0) показывают, что адсорбция кадмия является спонтанным и эндотермическим процессом. Исследование кинетики адсорбента описывалось моделью псевдовторого порядка, указывающей на механизм хемосорбции. Результаты десорбции показали, что наноинженерный адсорбент (ЭФМ) можно использовать повторно. Эти данные подтвердили возможность обогащения соответствующих теоретических знаний в области утилизации отходов для получения новых эффективных и недорогих адсорбентов для очистки сточных вод.

Загрязнение воды, связанное с проблемой нехватки воды, стало серьезной проблемой не только в Европе, но и во всем мире. Общеизвестно, что крупнейшие потребители воды зафиксированы в промышленности и сельском хозяйстве. В ближайшие годы прогнозируется экспоненциальный рост потребления воды в этих секторах экономики, что нанесет ущерб качеству и запасам пресной воды. В этом отношении глобальная развивающаяся экономика настоятельно навязывает новую стратегию полной трансформации нынешней линейной экономики к совершенно новой концепции, основанной на сохранении и регенерации природного капитала. Новейшая политика ЕС в отношении экономики замкнутого цикла предполагает совершенно иной стратегический подход, позволяющий развивать инновационные и высокоэффективные методы и технологии, предназначенные для обеспечения достижения основных европейских целей: (1) экономическая и энергетическая безопасность; (2) повышение конкурентоспособности; (3) устойчивое управление ресурсами и отходами1,2,3.

Устойчивое управление водными ресурсами будет постоянной проблемой, в частности, из-за нескольких факторов, включая тенденцию к увеличению численности населения мира, загрязнение окружающей среды, истощение водных ресурсов и, наконец, что не менее важно, рост спроса на продовольствие, биоэнергетику и чистую воду во всем мире1,2.

Следовательно, необходимы быстрые и эффективные меры по удалению загрязняющих веществ и обеззараживанию источника загрязнения1,2,3.

В промышленных сточных водах выделяют несколько категорий загрязнений: тяжелые металлы, органические соединения (красители, фармацевтические препараты, ПАВ, фенолы, пестициды, углеводороды, галогенированные соединения и др.), взвешенные вещества и другие. Тяжелые металлы (Cd, Cu, Hg, Pb, Ni, Zn, As) представляют собой один из наиболее частых и опасных видов загрязнителей воды из-за высокой токсичности для здоровья человека и негативного воздействия на биосистемы. Хотя промышленные сточные воды, загрязненные тяжелыми металлами, в настоящее время являются относительно распространенной проблемой, их необходимо очищать, чтобы избежать чрезвычайно серьезных долгосрочных экологических проблем4,5,6,7,8.