루멕스 아비시니쿠스(Rumex abyssinicus) 식물에서 개발된 활성탄을 이용하여 섬유산업 폐수로부터 메틸렌블루를 흡착

May 07, 2023

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 5427(2023) 이 기사 인용

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메틸렌 블루(MB)는 섬유 산업 폐수에서 풍부하게 발견되며 이는 공공 및 환경 생태에 심각한 건강 문제를 일으킬 수 있습니다. 따라서 본 연구에서는 Rumex abyssinicus에서 개발된 활성탄을 이용하여 섬유 폐수에서 MB를 제거하는 것을 목표로 하였다. 화학적, 열적 방법을 사용하여 흡착제를 활성화한 후 SEM, FTIR, BET, XRD 및 pH 영점 전하(pHpzc)로 특성을 분석했습니다. 흡착 등온선과 동역학도 조사되었습니다. 실험 설계는 3가지 수준(pH(3, 6, 9)), 초기 MB 농도(100, 150, 200mg/L), 흡착제 투여량(20, 40, 60mg/100mL)의 4가지 요소로 구성되었습니다. ) 및 접촉 시간(20분, 40분, 60분)). 흡착 상호작용은 반응 표면 방법론을 사용하여 평가되었습니다. Rumex abyssinicus 활성탄의 특성은 다중 작용기(FTIR), 무정형 구조(XRD), 기복 형태 균열(SEM), pHpzc 5.03 및 2522m2의 높은 BET 비표면적을 갖는 것으로 밝혀졌습니다. /g. MB 염료 제거의 최적화는 Box Behnken 접근 방식과 결합된 반응 표면 방법을 사용하여 수행되었습니다. 최적 조건인 pH 9, MB 농도 100mg/L, 흡착제 투여량 60mg/100mL, 접촉 시간 60분에서 최대 제거 효율 99.9%를 기록했습니다. 세 가지 흡착 등온선 모델 중에서 Freundlich 등온선 모델은 R2 0.99의 실험값에 가장 적합하여 흡착 과정이 이질적이고 다층임을 보여주는 반면, 동역학 연구에서는 R2 0.88에서 유사 2차인 것으로 나타났습니다. 마지막으로, 이 흡착 공정은 산업 수준에서 사용될 가능성이 매우 높습니다.

많은 섬유 산업에서는 적절한 처리 없이 엄청난 양의 폐수를 인근 환경으로 배출하고 있습니다1. 섬유산업은 염색, 가공, 세탁 등 많은 공정에 많은 양의 물이 필요하기 때문에 물집약적인 산업입니다2. 섬유 산업은 상업 시장에 존재하는 100,000가지 유형의 염료 중 1,000가지를 소비하는 것으로 알려져 있습니다. 염료의 연간 생산율은 약 700,000톤3으로 추산됩니다. 또한 전 세계적으로 매년 약 100,000가지의 개별 화합물을 포함하는 약 700,000~800,000톤의 염료가 제조되는 것으로 보고되었습니다4. 그러나 산업계에서 사용되는 염료의 약 15%는 생산 및 가공된 후 결국 환경으로 배출됩니다5. 메틸 오렌지, 로다민 B, 메틸렌 블루(MB), 콩고 레드 및 Reactive Black-5는 섬유 부문에서 가장 널리 사용되는 염료 중 하나인 음이온, 중성 및 양이온 염료로 분류됩니다6,7. 염료는 산업용 제품, 특히 섬유 산업에서 직물, 원사, 플라스틱 및 기타 기질을 염색하는 착색제이자 귀중한 화합물입니다. 그러나 화학적 복잡성과 번짐의 다양성으로 인해 환경 시스템에 방해가 되기 때문에 분해되지 않습니다8. 구체적으로 MB는 합성 헤테로사이클릭 방향족 C16H18N3SCl 319.85g/mol, (3,7-비스(디메틸아미노)페노티아진 클로라이드 테트라메틸티오닌 클로라이드) 및 양이온성 화합물입니다9. 다량의 MB는 양모, 실크, 종이, 화장품, 임시 모발 염색제, 면화, 섬유, 식품 및 제약 산업의 착색제로 사용됩니다10. MB는 항산화제, 심장 보호제, 항말라리아제, 항우울제 특성으로 잘 알려져 있습니다. 정확하게 말하면, MB는 널리 사용되는 양이온 염료이자 환경적으로 지속적이고 독성이 있으며 발암성 및 돌연변이 유발성 화학물질입니다10. 유색 폐수를 생태계에 유입시키는 것은 부영양화, 미적 오염, 수생생물 교란의 주목할만한 원인입니다11. 섬유 산업에서 발생하는 폐수는 여러 가지 염료로 구성되어 있으며 심각한 건강 및 환경 문제를 일으킬 수 있습니다12. 햇빛을 흡수하고 반사하는 환경에서 염료의 열 및 광 안정성. 이는 광합성 과정을 줄이고 먹이 사슬의 자연적인 흐름을 방해합니다. MB에 장기간 노출되면 빈혈, 암, 구토, 눈 자극, 메스꺼움, 구토, 메트헤모글로빈혈증, 정신적 혼란 등 건강에 심각한 영향을 미칠 수 있습니다13,14,15,16,17,18,19. 따라서 이러한 오염물질의 불가피한 영향은 주류로 배출되기 전에 처리가 필요하고 환경 악화를 유발합니다20.