ルメックス・アビシニカス植物から開発された活性炭を用いた繊維産業排水からのメチレンブルーの吸着

May 07, 2023

Scientific Reports volume 13、記事番号: 5427 (2023) この記事を引用

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メトリクスの詳細

メチレンブルー (MB) は繊維産業廃水に豊富に含まれており、公衆衛生や環境生態系に深刻な健康問題を引き起こす可能性があります。したがって、本研究は、Rumex abyssinicus から開発された活性炭を使用して繊維廃水から MB を除去することを目的としました。吸着剤は化学的および熱的方法を使用して活性化され、その後、SEM、FTIR、BET、XRD、および pH ゼロ点電荷 (pHpzc) によって特性評価されました。吸着等温線と速度論も調査されました。実験計画は、3 つのレベル (pH (3、6、および 9))、初期 MB 濃度 (100、150、および 200 mg/L)、吸着剤の投与量 (20、40、および 60 mg/100 mL) の 4 つの因子で構成されました。）、および接触時間（20、40、および60分））。吸着相互作用は、応答曲面法を使用して評価されました。 Rumex abyssinicus 活性炭の特性評価では、複数の官能基 (FTIR)、非晶質構造 (XRD)、上下の形態を伴う亀裂 (SEM)、pHpzc 5.03、および 2522 m2 の高い BET 比表面積を有することが判明しました。 /g。 MB 色素除去の最適化は、Box Behnken アプローチと組み合わせた応答曲面法を使用して実行されました。９９．９％の最大除去効率は、ｐＨ９、ＭＢ濃度１００ｍｇ／Ｌ、吸着剤投与量６０ｍｇ／１００ｍＬ、接触時間６０分の最適条件で記録された。 3 つの吸着等温線モデルの中で、フロイントリヒ等温線モデルが最もよく適合し、R2 0.99 での実験値は吸着プロセスが不均一で多層であることを示しましたが、反応速度論の研究では R2 0.88 で擬二次であることが明らかになりました。最後に、この吸着プロセスは産業レベルでの使用が非常に有望です。

多くの繊維産業は、適切な処理を行わずに大量の廃水を近隣環境に排出しています1。繊維産業では、染色、仕上げ、洗浄などの多くのプロセスで大量の水を必要とするため、繊維産業は水を多用する工場となっていました2。繊維産業は、商業市場に存在する 100,000 種類の染料のうち 1000 種類を消費していることが知られています。染料の年間生産量は約 70 万トンと推定されています3。また、世界中で 100,000 種類の化合物を含む染料が年間約 700,000 ～ 800,000 トン製造されていると報告されています4。しかし、産業で使用される染料の約 15% は、生産および加工後に最終的に環境中に放出されます5。メチルオレンジ、ローダミン B、メチレンブルー (MB)、コンゴレッド、およびリアクティブブラック 5 は、アニオン染料、中性染料、およびカチオン染料に分類され、繊維分野で最も広く使用されている染料の 1 つです6,7。染料は、工業製品、特に繊維産業において繊維、糸、プラスチック、その他の基材を染色するための着色剤および貴重な化合物です。しかし、それらは化学的複雑さと汚れの多さにより非分解性であり、その結果環境システムの混乱を引き起こします8。具体的には、MB は合成複素環芳香族、C16H18N3SCl 319.85 g/mol、(3,7-ビス(ジメチルアミノ) フェノチアジンクロリド、テトラメチルチオニンクロリド)、およびカチオン性化合物です9。大量の MB は、羊毛、絹、紙、化粧品、一時的なヘアカラー剤、綿、繊維、食品、および製薬業界の着色剤として使用されます10。 MB は、抗酸化作用、心臓保護作用、抗マラリア作用、抗うつ作用で知られています。正確に言えば、MB は一般的なカチオン染料であり、環境に残留し、毒性、発がん性、変異原性のある化学物質です10。生態系への着色廃水の導入は、富栄養化、美的汚染、水生生物の破壊の顕著な原因となっています11。繊維産業から発生する廃水にはいくつかの染料が含まれており、深刻な健康問題や環境問題を引き起こす可能性があります12。環境中での染料の熱的および光的安定性により、太陽光の吸収と反射が起こります。これにより、光合成プロセスが減少し、食物連鎖の自然な流れが妨げられます。 MB への長期曝露は、貧血、癌、嘔吐、目の炎症、吐き気、嘔吐、メトヘモグロビン血症、精神錯乱などの重大な健康影響を引き起こす可能性があります13、14、15、16、17、18、19。したがって、これらの汚染物質の避けられない影響には、主流に排出されて環境悪化を引き起こす前に処理する必要があります20。

産業廃水からの染料の浄化は、従来の廃水を通じて徹底的に研究されました。一般的に知られている従来の廃水処理技術は、前処理、一次処理、二次処理、三次処理の段階から構成されています。これらの従来の廃水処理方法は、産業排水から MB を修復するには非効率的です。処理能力が低い理由は、染料の化学的および生物学的分解性が低いことに起因すると考えられます21。したがって、高度な酸化プロセス、逆浸透、化学沈殿、ナノ濾過、膜分離、電気凝固、イオン交換、膜分離、光触媒、電気透析などの高度な廃水処理技術が、従来の廃水処理技術の欠点を克服するために学者の注目を集めている22。。これらの技術は、繊維産業廃水からのMBに対して効率的かつ効果的です。ただし、これらの技術には、高エネルギー、化学物質の消費、運用コスト、巨額の資本投入、高額の設備投資、熟練した技術者が必要であるなど、一定の制限があります。これは、要求される水質と最先端の処理技術との間に矛盾があることを示しています。多くの高度な処理方法の中で、吸着は、低コスト、設計が簡単、環境に優しいため、最も広く使用されている技術です23、24、25、26、27。吸着とは、吸着物が吸着剤の表面に付着する表面現象です。吸着においては、前駆体材料の選択と吸着剤の開発が吸着効率を左右する重要な課題です。従来の吸着剤は従来型と非従来型のグループに分類できますが、理想的な吸着剤は豊富に入手可能で、調製が簡単で、コスト効率が高く、不溶性で、環境に優しく、非毒性で、再生が簡単で、効率的です28。水や廃水用途にこのようなアイデアの吸着剤は現実的には得られませんでした。しかし、有望な吸着剤は簡単に再生でき、社会的に受け入れられ、最小限のコストと労力で再利用可能です。ただし、吸着剤の基本的な品質と適合性は、表面積、多孔度、多官能基、化学組成、安定な構造、および表面形状の観点から評価できます29。吸着産業における大きな課題の 1 つは、前駆体材料の選択と持続可能な吸着剤の製造です。一般に、吸着は多くの分野で間もなく継承される可能性のある有望な技術です30。しかし、水や廃水からの複合汚染物質の浄化として機能する理想的な吸着剤を入手することは、これまでのところ大きな課題です。一方、活性炭は、その高い表面積、表面官能基、独特の組織特性および化学的特性、および普遍性により、最も研究され、応用されている吸着剤です31。活性炭の産業用途は第一選択であり、広く使用されています。 2021 年の生産量は 2,757 × 103 トン (57 億米ドル) と推定されています32。通常、活性炭は表面構造と化学的性質を改善するための修飾に柔軟です。すべての吸着剤の中で、市販の活性炭が最も効果的な吸着剤ですが、廃水処理に広く使用するには非常に高価です。産業レベルで使用される活性炭の主な課題は、前駆体材料、使用される化学物質、および消費されるエネルギーのコストに起因する製造コストが高いことです。したがって、科学界は、安価で豊富に入手可能で効果的で、前処理が最小限で済む可能性のある地元で入手可能な材料と実験室ベースで調製された活性炭を探しています33。

多くの地元で調製された活性炭が生産され、産業廃水からさまざまな汚染物質を除去するために使用されています。例えば、カットの茎 34、パルテニウムヒステロフォラス 25、バナナの柄、海藻、キノコ堆肥 35、バガスフライアッシュ 36、ベントナイト 26 などです。しかし、これらの吸着剤の吸着性能は大きく異なりました。これらの変動は、pH、接触時間、吸着剤の投与量、吸着質の濃度、吸着質の性質、吸着剤の比表面積などの吸着因子に部分的に起因します。繊維産業から MB を除去するための活性炭の応用は徹底的に研究されています 27。たとえば、繊維廃水から MB を除去するためにパルテニウムヒステロフォラス活性炭が使用され、最大除去効率 93.8% が報告されました。別の研究では、繊維廃水からの MB の 96.7% の除去効率が得られました 37。同様の調査により、212.8 mg/g の MB 吸着容量が記録されました 18。これらの研究は有望ではありますが、吸着表面積の向上、より長い接触時間、最小吸着容量、および産業レベルでの技術のスケールアップには重大な限界があります。したがって、研究者は理想的な吸着剤を開発するために適切な前駆体材料を探し続けています。これに沿って、Rumex Abyssinicus は、繊維産業排水から MB を浄化するための効果的かつ効率的な吸着剤を生産する有望なバイオマスとして提案されました。通常、Rumex Abyssinicus は高さ 3 ～ 4 m にもなる多年草です 38。この植物は、熱帯アフリカの高地、北アフリカ全域、およびエチオピアに広く分布しています39。これまで、ルメックス・アビシニカスを評価するためにさまざまな研究が行われてきました。例えば、40 は Rumex Abyssinicus の抗炎症性および抗菌性を評価し、肯定的な所見を報告しました。一方、皮なめし加工における Rumex Abyssinicus の応用が研究され 41、ヤギ皮の保存における応用 42、後に抗真菌、抗菌、抗酸化剤として応用される Rumex Abyssinicus 植物の化学組成 43 などの利用研究が行われた。 Rumex abysiniccus のさまざまな部分。しかし、この植物が廃水処理用の吸着剤として研究されたことはありません。 Rumex Abyssinicus は、繊維廃水から MB を除去するための理想的な吸着剤を開発するための巨大な吸着能力を備えて出現したと考えられています。したがって、この研究は、応答曲面法とボックスベンケン設計を組み合わせた 3 つのレベルの 4 つの因子を使用して、繊維工業廃水からの MB 染料の吸着に対する Rumex Abyssinicus から製造された活性炭の性能を調査することを目的としました。対応するレベルの実験因子は、pH (3、6、および 9)、接触時間 (20、40、および 60 分)、初期 MB 濃度 (100、150、および 200 mg/L)、および吸着剤の投与量 (20、40 、60 mg/100 mL）。 34 の完全要因実験計画が使用されましたが、Box Behnken アプローチが実装されて実験数が 30 に減りました。最後に、応答曲面法を使用してさまざまな変数間の交互作用効果が決定されました。

Rumex Abyssinicus は、エチオピアのアディスアベバにあるアディスアベバ科学技術大学から収集されました。アディスアベバ科学技術の地理的位置と気象条件は、海抜 2300 m (北緯 8 度 58 分、東経 38 度 47 分) の高地、年間平均気温 15.9 °C、降水量 1089 年によって説明されます。 mm、相対湿度 60.7%。植物標本の引換券（IDなし）は大学の標本館（アディスアベバ大学）に預けられ、植物標本は研究者（ミキヤス・アバワ）によって収集され、標本標本と照合されました。植物の同定は、植物標本館の施設に割り当てられた専門家によって行われました。採取したルメックス・アビシニカスをナイフで5～10mmの大きさに切り分けた後、蒸留水で数回洗浄しました。収集したサンプルの洗浄は、材料の表面に付着している可能性のある破片を除去することを目的としていました。洗浄後、サンプル片をオーブンを使用して 105 °C で 24 時間乾燥させました。 Rumex abysinicus の乾燥サンプルに、重量比 1:3 の濃リン酸 (88%) を含浸させ、室温で 24 時間浸漬しました。その後、含浸サンプルを 105 °C のオーブンで 24 時間乾燥させました。次に、乾燥させた含浸サンプルをマッフル炉内で 600 °C で 2 時間熱分解しました。熱分解したサンプルをデシケーター内で冷却し、吸着剤の pH がほぼ中性になるまで蒸留で数回洗浄しました。 pH 調整された活性化サンプルはオーブンで乾燥され、250 μm に粉砕され、吸着プロセスに使用されるまで気密プラスチック容器に保管されました 22。図 1 は、生のルメックスアビシニカス (A)、還元したルメックスアビシニカス (B)、リン酸を含浸させたルメックスアビシニカス (C)、熱分解したルメックスアビシニカス (D)、H3PO4 を除去するためのルメックスアビシニカスの洗浄段階など、さまざまなルメックスアビシニカスの活性炭調製段階を示しています。 (E) と既製の活性炭 (F)。

HYPERLINK "sps:id::fig1||locator::gr1||MediaObject::0" Rumex abyssinicus からの活性炭のさまざまな準備段階。

特定の活性物質の近似分析とは、材料の水分含有量、灰分含有量、揮発性物質、および固定炭素を指します。準備された活性炭の精密分析には、材料の試験に関する米国規格が使用されました。水分含量を測定するために、1 g の Rumex Abyssinicus 活性炭をるつぼに加えました。次に、サンプルを 105 °C のオーブンに 24 時間入れました。その後、サンプルを室温のデシケーター内で冷却させました。次に、初期重量と最終重量の差を使用して水分含量を計算しました。式 (1) を使用して、吸着剤の水分含量を計算しました44。

ここで、W1 は乾燥前の活性化されたるつぼの重量を指し、W2 は乾燥後の活性化されたるつぼの重量を示し、MC は吸着剤の水分含有量です。

一方、揮発分測定では、吸着剤 1 g をるつぼに添加し、マッフル炉内で 800 °C で 8 分間加熱しました。式 (2) は、Rumex abyssinicus 吸着剤の揮発性物質含有量を計算するために使用されました 34。

ここで、VM は揮発性物質の含有量、W1 は点火前のるつぼと吸着剤の重量、W2 は点火後のるつぼと吸着剤の重量です。同様に、調製した活性炭の灰分を強熱法により求めた。このプロセスでは、1 g の Rumex abyssinicus 活性炭をるつぼに入れ、マッフル炉内で 550 °C で 4 時間点火しました。次に、吸湿や汚染を避けるためにサンプルをデシケーター内に置きました。吸着剤の灰分は式(1)を使用して決定されました。 (3)44．

ここで、AC は灰分、W2 は点火後の重量、W1 は点火前の重量です。最後に、式(1)を使用して固定炭素含有量を決定しました。 (4)34．

ここで、FC は固定炭素、MC は水分含有量、VM は揮発性物質、AC は灰分です。

吸着剤の pH は電荷ゼロの pH 点に等しく、吸着剤の表面電荷は中性になります。この現象は pH 電荷ゼロ点と呼ばれます。一方、正に帯電した表面と負に帯電した表面は同数になります。質量滴定法は、Rumex abyssinicus 由来の活性炭のゼロ電荷の pH 点を決定するために使用されました。このプロセスでは、0.1 g の吸着剤を、50 mL の 0.5 M NaCl 溶液を含むいくつかのフラスコに加えました。これらのサンプルの pH は、0.1 M NaOH または 0.1 M HCl を使用して 2、4、6、8、10、および 12 に調整されました。次に、オービタルシェーカーを使用してサンプルを 24 時間振盪し、その後、各溶液の最終 pH を測定しました。最後に、材料のゼロ電荷の pH 点は、初期 pH と最終 pH のグラフを描くことによって決定されました。最終 pH と初期 pH が重なる点は、電荷ゼロの pH 点として記録されました 26。

吸着剤の表面形態の検査には SEM を使用しました。サンプルの準備とスキャンについては、通常の機械の動作プロトコルに従いました。今回の研究で使用した機械は、日本の JCM-6000PLUS ベンチトップ SEM (JOEL) でした。吸着剤の表面形態のスキャンには、20 \({\upmu {\rm m}}\) の解像度と 10 kV のエネルギーが使用されました。サンプルは、カーボンテープ上に置き、8 mm の作動距離で機械を実行することによってスキャンされました。 SEM は、10 A の電流、10 kV の動作エネルギー、および 1500 倍の倍率で動作しました 24,45。

FTIR を使用して、調製した吸着剤に存在する官能基を測定しました。吸着剤のFTIR分析にはKBr法を使用しました。この際、調製した吸着剤とKBrを2:200の割合でよく混合した。次いで、この混合物の均質なサンプルを、臼で粉砕することによって得た。その後、成形機を使用して非常に細かいプレートを作成しました。続いて、FTIR 分光光度計 (FTIR、Thermo Nicolet 5700、米国マサチューセッツ州ウォルサム) を使用してプレート分析を実行しました。 FTIR 分析には 4000 ～ 400 cm-1 の波長範囲が使用されました 24,35。

ＢＥＴを使用して、調製された吸着剤の比表面積を計算した。この手順では、それぞれに 0.4 g の吸着剤が入った 3 本のサンプル調製管を使用しました。吸着剤の正確な表面積の計算には、堀場製作所のSA-9600シリーズと表面積解析機が活用されました。この調査では、機械を 200 °C の脱気温度で 1 時間稼働させました。表面積分析装置と、700 mm 大気圧での窒素ガスの吸着および脱着の等温線を使用して、表面積を推定しました。吸着剤表面への N2 吸着を向上させるために、-196.5 °C の液体窒素が使用されました。次に、吸着剤の BET 比表面積は、p/p0 比 26 を使用して計算されました。

ＸＲＤを使用して、調製された吸着剤の結晶性を決定した。この技術は、OLYMPUS BTXH X 線回折装置を使用して、2° ～ 80° の回折角 2θ を持つ結晶材料の存在を特徴付ける強力な非破壊技術です。分析は次の条件で実行されました: 15 kV、5 mA の初期化電力、および 1.541 nm の固定波長。最後に、観察されたピークに基づいてサンプルの結晶構造が決定されました46。

MB の 3 つの作業溶液 (100、125、150 mg/L) は、それぞれ 100 mg、125 mg、および 150 mg の MB 色素を 1000 mL の蒸留水に溶解することによって調製されました。予備研究では、実験計画と実際の繊維廃水の MB 濃度を使用して、上記の濃度に固定しました。溶液の pH を調整する際には、実験研究全体を通じて 0.1 M NaOH と 0.1 M HCl を使用しました。この研究の実験計画は、表 1 に示す 3 つのレベルの 4 つの独立した因子 (初期 MB 濃度、pH、吸着剤の投与量、および接触時間) に基づいています。低いレベルは -1 に割り当てられ、一方、中間以上のレベルは -1 に割り当てられました。レベルはそれぞれ 0 と + 1 で表されます。下限値、中間値、上限値を組み合わせると、34 の完全要因実験計画では 81 回の実験が実行されます。ただし、応答曲面法実験計画のボックスベンケンアプローチを使用して、実験数を 30 に固定しました。サンプル分析を 3 回実行し、平均値を報告しました。 Box Behnken の応答曲面手法のアプローチは、コストを最小限に抑えるだけでなく、より良い実験結果を得るために費やす時間を短縮します 47。治療条件の選択は、実験による偏りを避けるためにランダムに行われました。バッチ吸着実験は、一定の接触時間で吸着溶液を撹拌することによって行われました。 MB の濃度は、紫外可視分光光度計を使用して 668 nm の波長で測定しました。最後に、MB の除去効率と吸着剤の吸着容量を式 (1) と 2) を使用して決定しました。 (5) と (6) はそれぞれ 27,44 です。

ここで、%R は MB 除去率、Qe は吸着剤の単位質量あたりの MB 吸着量 (mg/g)、Co は初期 MB 濃度 (mg/L)、Cf は最終 MB 濃度 (mg/L) )、Ce は平衡時の MB の濃度、V は水溶液の体積 (mL)、M は乾燥質量 (g)

吸着等温線は、汚染物質が吸着材料とどのように相互作用するかを説明する平衡関係です。この現象は吸着剤の表面特性や吸着能力を表す重要な条件です。吸着等温線は、吸着機構の最適化と吸着システムの効果的な設計に使用されます。平衡状態における吸着剤と吸着質の関係を決定するために広く使用されているさまざまな吸着等温線モデルがあります。 Langmuir、Freundlich、Dubinin-Radushkevich、Temkin、Toth は、広く使用されている吸着等温線モデルです。現在の研究では、平衡吸着等温線モデルは、pH 9、接触時間 60 分、吸着剤投与量 60 mg/L の一定の最適条件で、初期 MB 濃度を 100 から 200 mg/L まで変化させて評価されました。つまり (100、120 、140、160、180、200)48,49。ラングミュア等温線モデルは、単層で均一な表面吸着を仮定しています。式 (7) は、ラングミュア吸着等温線モデルの一般式を示しています。線形化された形式は式 (7) に示されています。 (8)22．

式では、 (7)、KL (L/mg) は吸着の自由エネルギーに関連するラングミュア定数を指します。一方、\({q}_{max}\) (mg/g) は吸着剤の最大単層吸着容量です。。さらに、式 (9) は、無次元の分離係数定数 (RL)50 を示します。この係数は、ラングミュアの等温実現可能性を推定するために使用されます。

広く使用されている吸着等温線モデルの 1 つは、吸着プロセスが不均一な表面上で起こると仮定したフロイントリヒ等温線モデルです。一方、フロイントリヒ吸着等温線モデルでは、吸着プロセスの性質は多層です。式 (10) はフロイントリヒ等温線モデルの一般式であり、線形化された形式は式 (10) に示されています。 (11)46．

KF は吸着容量 (mg/g) を示し、1/n は吸着強度に関連する経験的パラメーターを示し、0 から 1 までの値が良好な条件を示します。さらに、1/n の値は、> 1 の場合は吸着プロセスが協調的であること、= 1 の場合は濃度に依存しないこと、< 1 の場合は正常であることを示します。 Temkin 等温線モデルによると、吸着剤と吸着剤の相互作用から生じる表面被覆率は、吸着熱は直線的に減少します。テムキン等温線は (12)44 で表されます。

BT (テムキン定数 i、e 吸着熱)、AT 平衡結合定数の値、R は普遍気体定数、T は系の温度です。 AT と BT は、qe 対 \(\mathrm{lnCe}\) のプロットから計算されます。

特定の吸着剤の用量、温度、流量、および pH に対して、溶質が水性環境から固相界面に保持または放出される速度は、吸着速度曲線で表されます。動力学の研究は非常に重要です。これは、インターンが吸着プロセスの完了に必要な滞留時間を確立するために使用した溶質の取り込み速度などの情報を提供します。擬似一次モデル、擬似二次モデル、粒子内拡散モデルはよく知られた吸着速度論モデルです。現在の研究では、固定 pH 9、吸着剤投与量 60 mg/100 mL、初期 MB 濃度 100 mg/L、および 10、20、30、40、50 のさまざまな接触時間で吸着速度論が確立されました。、60分。 3 つの動力学モデル、つまり擬似一次拡散、擬似二次拡散、および粒子内拡散は、式 (1) および 2 によって表されます。 (13)、(14)、および(15)それぞれ51。

t 対 \(\mathrm{log}(qe-qt)\) のプロットでは、\(-\frac{\mathrm{K}1\mathrm{t}}{2.303}\) の傾きと切片が得られます。ログ (qe)。同様に、擬似 2 次反応速度論では、t/qt が t51 に対してプロットされると、傾きは 1/qe になり、切片は 1/k2qe2 になります。

粒子内拡散モデルでは、Kp は log qt36 に対する log t の切片から決定されます。

ここで、qe は平衡状態で吸着した MB の質量 (mg/g)、qt は時間 t で吸着した色素の質量 (mg/g)、K1 は擬一次定数 (min−1)、K2 は擬似二次定数（g/mg/min）、Kp は定数値（mg/g/min0.5）です。

すべての方法は、施設のガイドラインと規制に従って実行されます。すべての実験プロトコルは、施設の倫理審査委員会によって承認されました。最後に、植物に関するすべての実験研究は、関連する制度的、国家的、国際的なガイドラインと法律に準拠しています。植物材料の収集を含む、植物に関する実験研究と野外研究は、機関のガイドラインと規制に準拠しました。サンプル収集中に、私たちの研究所はサンプル収集の許可を与えるサポートレターを提供し、繊維産業の所有者はサンプル収集と現場測定の許可を与えました。

調製した吸着剤の水分含有量、灰分含有量、揮発分、および固定炭素を分析し、近似値の結果を表２に示すように平均値＋標準偏差として報告した。これらの値は、水分含有量２．９５、揮発分 18.74、灰分 9.82、固定炭素 68.49%。これらの値は、活性炭の精密分析における標準品質の範囲内です。通常、固定炭は活性炭の品質を決定する最も重要なパラメータです。活性炭が廃水から複合汚染物質を効果的かつ効率的に吸着するには、固定炭素の量をできるだけ多くする必要があることが知られています。これは、固定炭素とは、多くの汚染物質の吸着に重要な役割を果たすことができる炭素材料を指すためです。 52 によって行われた研究によって示されているように、調製された吸着剤の固定炭素の割合は少なくとも 60% である必要があります。したがって、現在の研究の価値は上記のシナリオと一致しています。しかし、吸着剤の灰分は活性炭の不活性部分であり、主に汚染物質の吸着に寄与しない酸化物で構成されています。これらの酸化物は、単に吸着剤の質量を増加させるだけでなく、汚染物質が付着すると予想される吸着剤の活性部位を占有し、それにより吸着剤の比表面積を減少させることにより、吸着剤の吸着性能を低下させる。したがって、より高い固定炭素は吸着にとって有望な現象であると期待されます。 52 によれば、活性炭に設定されている最大灰分含有量は 10% です。これは、現在生産されている活性炭が高品質基準によく一致していることを示唆しています。現在製造されている活性炭は、地元で生産されている多くの吸着剤と比較して、近似値の点で優れています 25、27、34。結局のところ、固定炭の割合が高く、灰分、揮発分、水分が少ない活性炭が吸着技術に適した材料となるのです。

調製した吸着剤の pHpzc は、図 2 に示すように 5.03 であると測定されました。pH 値 5.03 では、吸着剤の表面密度はゼロです。これは、正と負に帯電した表面電荷の数が等しいという方法で定義できます。さらに、pH 5.03 を超えると、吸着剤の表面はマイナスに帯電します。一方、pH 5.03 未満では、吸着剤の表面は正に帯電します。通常、アニオンの吸着は、pHpzc よりも低い溶液の pH で促進されますが、カチオンの吸着は、pHpzc よりも高い溶液の pH で有望です。したがって、MB のようなカチオン性色素は、負に帯電した吸着剤の表面密度で十分に吸着されることが期待されます。したがって、MB の除去は、溶液の pH が 5.06 を超える場合に有利になります。同様の観察が、異なる原料から合成されたさまざまな活性炭について報告されました。例えば、市販の AC 粉末 (ACS25) の pHpzc は 5.053、アブラヤシ幹由来活性炭の pHpzc は 4.854、Leucaena leucocephala 種子さや活性炭の pHpzc は 5.2055、粒状活性炭の pHpzc は 4.8956、米などです。 5.10 の殻活性炭担持酸化亜鉛が報告されている 57。

Rumex abyssinicus 活性炭の pHpzc。

調製した活性炭の表面形態を走査電子顕微鏡を使用して評価しました。研究結果を図 3 に示します。吸着剤の表面の走査は 20 \(\mathrm{\mu) の解像度で実行されました。 m}\)、倍率は 1500 倍です。この吸着剤は、多孔性が高く、不均一で、表面がふわふわで粗い微細構造を持つ粗い表面であることがわかりました。吸着剤の形態は吸着剤表面積とよく一致しています。画像から、吸着剤の表面に形態的亀裂があることが明らかです。さらに、調製された吸着剤の高度に多孔性の構造は、MB 色素の吸着に最適な前提条件です。以前に実施された研究24、25、27、34でも同様の結果が報告されています。

Rumex abyssinicus 吸着剤の SEM 形態。

調製した吸着剤は繊維廃水中のMBを吸着できる官能基を多く含んでいることが判明した。図 4 から、FTIR の分析から 5 つの主要なピークが見つかったことがわかります。これらのピークは、3385、1583、1226、999、および 524 cm-1 のスペクトルで観察されます。カルボキシルやヒドロキシルなどの酸素含有官能基は、MB の吸着に適した環境を作り出します。 3385 cm-1 で観察される伸縮ピークは O-H 基に起因します。 C=O 結合スペクトルは、1583 cm-1 で観察されるピークに示されています。さらに、1226 cm-1で観察されたピークは、カルボキシル基-COOHとおそらくカルボン酸塩などのその誘導体の存在を示し、999 cm-1のピークはエーテル基と頻繁に関連付けられるC-O結合に対応します- C-OC- とセルロースに含まれる C-OH。一方、524 cm-1 のピークは、寄与が小さいと考えられるアルケン基を表しています。表面機能に関する活性炭の別の研究では、同様の発見が Mohammed ら 41,42 および Kengne ら 43 によって報告されました。最後に、この活性炭の表面に複数の官能基が存在することが、産業排水から MB を効果的に吸着するための好ましい前提条件となります。

Rumex abyssinicus 活性炭の FTIR 分析。

吸着剤の比表面積をＢＥＴを用いて分析したところ、分析結果は２５２２ｍ２／ｇであった。活性炭で調製された吸着剤の比表面積は非常に高いため、この吸着剤は吸着プロセスで使用される潜在的な候補になります。通常、非常に多孔質な構造と高い比表面積を備えた複数の官能基の存在は、高品質の吸着剤の重要な要素です。基本的に、この活性炭は、前駆体材料の豊富さ、不溶性、効率的、調製の容易さ、そして環境に優しいという観点から評価すると、理想的な吸着剤です。ただし、吸着剤の再生、費用対効果、分離用の複合磁性材料の検討が次の課題となるでしょう。さらなる改善が必要な他の重要な問題は、経済効率と吸着剤の調製および再生時のエネルギー消費の低さです。多くの現地で製造された活性炭と比較して、現在の活性炭は比表面積の点で優れています。例えば、ベントナイトの比表面積は 265 m2/g26、Parthenium hysterophorus 由来の活性炭は 268 m2/g25、Fe3O4-GO は 296 m2/g24、サトウキビのバガスは 2236.93 m2/g58 です。しかし、最近出現した吸着剤の金属 - 有機構造体の表面積は 1000 ～ 10,000 m2/g の範囲で非常に大きく、優れた性能、調整可能な構造、熱安定性、機械的分散性などの優れた特性を備えています 59,60,61。これらの材料の制限は、水溶液中で不安定であることです。

吸着剤の結晶性は、XRD を使用して検査されました。 Rumex Abyssinicus 由来の活性炭は、図 5 に示すような非晶質構造であることが判明しました。通常、未加工の活性炭を熱活性化および化学活性化すると、材料の結晶性が変性します。非晶質材料は通常、表面酸性度と比表面積の増加を示します。これらの特性により、吸着剤と基材材料の間の結合が強化され、多くの場合、より多くの材料が吸着されます。しかし、結晶構造は吸着プロセスに大きな影響を与えるため、吸着質と結晶構造の相互作用は弱いです62。

Rumex abyssinicus 活性炭の XRD 画像。

表 3 に示すように、MB 色素の除去効率は 82.2 ～ 99.9% の範囲です。99.9% の最大除去効率は、pH 9、接触時間 60 分の最適条件、吸着剤の用量 60 mg/100 で達成されました。 mL、および初期 MB 濃度 100 mg/L。ただし、最大吸着容量 322 mg/g は、pH 9、接触時間 60 分、吸着剤用量 60 mg/100 mL、および MB 濃度 200 mg/L で記録されました。さらに、少量の吸着剤投与量 (60 mg/100 mL) を利用して MB の 99.9% を除去しました。これにより、調製された吸着剤はより低い用量でも効果的になります。他のパラメーターを最適に保ちながら、初期 MB 濃度を最適値からより高い値にシフトすると、98.9% の除去効率が得られました。この結果は 0.97% の増加を示しています。一方、他の 3 つのパラメーターが最適に保たれた場合、吸着剤の投与量を 60 mg/100 mL から 20 mg/100 mL に変更すると、除去効率は 98.8% となりました。これにより、除去効率が 1.15% 低下します。さらに重要なことは、これは、吸着剤投与量の効果が初期 MB 濃度と比較して高いことを示唆していることです。最後に、MB の除去効率は、吸着剤の投与量、pH、および接触時間が増加するにつれて増加します。ただし、初期 MB 濃度を高めると除去効率が低下します。

活性炭による MB の除去は多くの研究者によって調査され、さまざまな経験が記録されました。 MB の除去の多くは水溶液下で研究されましたが、実際の廃水を適用して同じ結果を得るのは困難です。例えば、Buxus Wallichiana 活性炭の茎は、水溶液から MB を除去する最大吸着能力 866.15 mg/g が報告されています 4。別の研究では、MB 除去に関して 11.4 という少量の吸着容量が記録されました 27。基本的に、活性炭の吸着性能の比較には、使用する溶液の種類（水溶液または実際の廃水）、強度、一般的な汚染物質の影響、吸着剤の表面積、汚染物質の濃度、および実験条件を含める必要があります。多くの現地で製造された活性炭と比較して、現在製造されている活性炭は優れた性能を示します。 MB 除去に関する吸着研究では、染料を使用した実際の廃水の性能をチェックする必要があります。この議論、表面積、および現在の活性炭の性能から、調製された AC が市販の活性炭を代表する最良の選択であると結論付けることができます。ただし、試験規模や商業化を目的とする前に、活性炭についてさらなる研究が必要です。さらに、さらに多くの研究が、少量の MB を除去するための吸着剤の過剰使用に悩まされています。したがって、現在の研究は、少量の吸着剤を使用して廃水から MB を除去する代替方法として機能します。これにより、現在の研究がより経済的になります。表 4 は、廃水または水溶液からの MB の除去効率に関する実験結果を示しています。

廃水または水溶液からの汚染物質の除去効率は、個々の効果だけでなく、2 つ以上の変数の相互作用効果にも依存します。統計分析により、対話型回帰モデルが除去効率に最もよく適合することが示唆されました。さらに、4 つの独立変数間に存在する 6 つの交互作用のうち、そのうちの 5 つは重要であることがわかります。このモデルによる唯一の重要でない相互作用は、pH と初期 MB 濃度の間の相互作用です。図６から分かるように、初期ＭＢ濃度と吸着剤投与量の相互作用は、ＭＢの除去効率にプラスの影響を与えることが判明した。吸着剤を個別に増加させると除去効率が向上しますが、MB 濃度が増加すると MB の除去効率は低下します。したがって、初期 MB 濃度と比較して、吸着剤投与量の影響が支配的であることが理解できます。さらに、3D 画像表示から、吸着剤の用量と MB 濃度の相互作用により、最大除去効率 99.9% が予測されることがわかります。しかし、予測される最小除去効率は 89.4% であることが判明しました。

初期 MB 濃度と吸着剤投与量の相互作用効果。

吸着剤の投与量と接触時間の相互作用効果は、応答曲面法を使用して評価されました。これは、図 7 に示すように、初期 MB 濃度と接触時間を変化させながら、pH と初期 MB 濃度を中間の値に設定することによって実行されました。吸着剤の投与量と接触時間の相互作用効果の 3D 画像表現は、負の効果を示しています。吸着剤の投与量と接触時間の両方を個別に増加させると、MB 色素の除去効率が増加しました。さらに、予測される除去効率は 90.7 ～ 98.9% の範囲でした。 98.9%という最大予測除去効率は、吸着剤投与量60mg/100mLおよび接触時間60分の処理点で達成された。したがって、予測値は実験的に決定された値と一致しています。これらは、調整された値と実際の値がほぼ等しいことを示しています。

吸着剤の投与量と接触時間の相互作用効果。

pH と接触時間は、吸着性能に影響を与えるさまざまな要因の 1 つです。通常、pH と接触時間の両方を増加させると、MB などのカチオン性色素の吸着が増加します。接触時間が増加すると、MB を Rumex abysiniccus 由来の活性炭に吸着させるのに十分な時間が確保され、吸着効率が向上します。しかし、一定の接触時間を過ぎると、接触時間を増やしても除去効率に大きな変化がもたらされなくなる点が存在します。図 8 の 3D 図に示すように、Rumex Abyssinicus への MB の吸着は、pH と接触時間の相互作用によって促進され、相互作用効果が正であることを示しています。

接触時間とpHの相互作用効果。

吸着プラントを効果的に設計するには、吸着プロセスの pH と吸着剤の投与量を慎重に検討する必要があります。これは、経済的であるためには、重要な吸着容量をもたらすために最小限の量の吸着剤を使用する必要があるためです。図９に示されるｐＨおよび吸着剤投与量の効果の３Ｄ図表現は、ｐＨおよび吸着剤投与量の相互作用を明らかにした。この相互作用は少し異なり、Rumex Abyssinicus の活性炭への MB の吸着による悪影響が観察されました。この相互作用により、吸着性能が実質的に抑制されました。

吸着剤の投与量と pH の相互作用効果。

ラングミュア、フロインドリッヒ、テムキン等温線のグラフ表示を図 1 と 2 に示します。それぞれ10、11、12です。ラングミュア、フロイントリヒ、テムキン等温線の行列式 R2 の係数は、それぞれ 0.982、0.9935、0.979 です。データはフロイントリヒ等温線に最もよく適合し、吸着プロセスが多層で不均一であることを示しています。したがって、吸着剤の表面は不均一であり、MBの吸着プロセスは吸着剤の多層表面の活性サイトで起こります。フロイントリヒ等温線によれば、メチレンブルーが吸着剤の活性部位に結合すると、吸着エネルギーは指数関数的に減少します。さらに、吸着スペースは複数の層に対応します。これは、ほとんどの色素分子が吸着材料と直接接触している一方で、一部の色素分子は事前に吸着された材料に付着していることを示しています。さらに、ラングミュア等温線の Qmax と KL は、それぞれ 387.56 mg/g と 0.40 です。この研究で記録された Qmax 値は高く、吸着プロセスの有効性を示しています。ラングミュア型等温線モデルの KL 値は吸着容量を意味するだけでなく、吸着剤の吸着質に対する親和性も表します。これに関して、結合が強いことは、KL の値が高いことによって示されます。さらに、KL 値が大きいほど、必要な自由エネルギーが少なくなることを意味します。この研究では、0.4 mg/g という KL 値は吸着質と吸着剤の結合が弱いことを示しており、これは物理的な吸着機構と吸着プロセスの可逆性を示す手がかりとなります。一方、強度 (1/n) に関連するラングミュア等温実現可能性 (RL) およびフロイントリヒ等温定数は 0.66 および 0.397 と決定され、吸着プロセスが良好であることを示唆しています。この研究では、記録された 1/n 値は 0.397 と低く、より高い不均一性が推測されます。好ましいフロイントリヒ等温線、つまり n > 1 では、最も高い結合エネルギーを持つ活性部位が不均一性の低い表面に最初に使用され、次により不均一な表面に対して弱い部位が追跡されます。本研究により、165.77 mg/g というより高いフロイントリヒ吸着容量 KF が得られました。さらに、Kf 値が高いほど、吸着プロセスに必要な自由エネルギーが少なくなります。テムキン等温定数 AT および BT は、それぞれ 5.669 L/g および 26.883 J/mol と測定されます。テムキン等温線から計算された吸着熱は 0.006425 kcal/mol と測定され、これは 1 未満であり、物理吸着を示しています。これと一致して、Freundlich モデルの適合度は、R2 値 0.96 の回帰係数によってサポートされています。一般に、吸着等温線は、吸着剤界面上の吸着分子の分布を説明する吸着機構を理解することを目的としています。吸着メカニズムの予測は単純ではなく、解離イオン、中性分子、極性、非極性、疎水性、親水性などの汚染物質の性質にも大きく影響されます。ただし、吸着メカニズムは、疎水効果、π-π電子供与体-受容体、共有結合、クーロン相互作用、水素結合、π相互作用、表面錯体形成、静電相互作用、イオン交換、双極子相互作用によって説明できます。これらは、配位の形成、官能基（結晶ピーク）の消失または移動、および表面析出物の発生によって証明できます。吸着 MB は、ファンデルワールス力、水素結合、および疎水性相互作用によって実証できる、不均一な多層の物理プロセスでした。

MB 除去のラングミュア等温線グラフプロット。

フロインドリッヒ等温線のグラフ表示。

Rumex abyssinicus への MB 除去のための Temkin 等温線モデル。

吸着プロセスがどのくらいの速さで起こるかを調べるために、反応速度論の研究が行われます。さらに、データが擬似一次、擬似二次、または粒子内拡散モデルに最もよく適合するかどうかを評価するのにも役立ちます。これは、吸着質と吸着剤の間の物理化学的相互作用が起こる表面吸着の律速段階を評価するために使用されます。現在の研究では、吸着速度論データは擬似一次モデル、擬似二次モデル、および拡散モデルに適合されました。決定係数 R2 に従って、Qe 実験値とこれらのモデルの線形近似から得られる Qe 計算値。次に、擬似二次反応速度論は、3 つの反応速度モデルのうち R2 が 0.88 でより説明的であることがわかりました。これは、吸着速度が吸着質濃度よりも吸着容量に大きく依存していることを示しています。表 5 に示すように、粒子内拡散モデルの傾きは 0.5 ではなく、このモデルが吸着プロセスに関与しているにもかかわらず、反応速度を排他的に制御しているわけではないことを示しています。擬似二次反応速度論では、吸着速度は吸着質の濃度ではなく吸着容量に大きく依存します。この現象は、観察された効果吸着変数とよく一致しています。同様に、この研究では、吸着剤の投与量の効果が吸着剤の濃度に比べて優れていました。したがって、余分な粒子の拡散が吸着プロセスを制御する可能性があります。基本的に、溶液から吸着材料への溶質の移動は、4 つの主要な速度論的メカニズムによって制御されます。最初の 2 つのメカニズムには、吸着分子のバルク移動と膜拡散が含まれます。通常、バルク拡散は膜拡散に比べて速いため、吸着動力学系の設計ではこのメカニズムが考慮されません。吸着剤の表面から多孔質吸着剤への吸着質の移動と、吸着剤の細孔活性部位への吸着質の急速な吸着付着が、最後の 2 つの吸着メカニズムです。 Rumex abyssiniccus に由来する MB の吸着系は、活性炭に由来するため、吸着質サイズが小さく、混合が不十分であり、速度制御段階と見なすことができる膜拡散の特性を有することが判明した。

Rumex abyssinicus 活性炭は、化学的活性化とそれに続く熱的活性化法によって首尾よく調製されました。この吸着剤活性炭は、高い表面積、導電性の表面形態、高い固定炭素、および多機能性など、優れた吸着剤の優れた化学特性を示しました。応答曲面法と Box-Behnken アプローチを組み合わせて、吸着プロセスを最適化しました。 MB の除去効率は 82.2 ～ 99.9% の範囲でした。９９．９％の最大除去効率は、ｐＨ９、接触時間６０分、初期ＭＢ濃度１００ｍｇ／Ｌ、吸着剤投与量６０ｍｇ／１００ｍＬの最適条件で達成された。さらに、この研究で記録された最大吸着容量 322 mg/g は、少量の吸着剤を使用して水性環境から MB を大幅に除去できることを示しています。また、フロイントリヒ等温線モデルと擬二次反応速度論が、アビシギの活性炭への MB の吸着を最もよく説明することもわかりました。これは、吸着剤表面が不均一かつ多層であり、吸着の性質が物理的であることを示しています。一般に、この吸着材料は工業レベルでのスケールアップが期待されています。ただし、パイロットスケール試験や廃水処理の産業応用の前に、吸着剤開発の最適化、カラム分析、磁性材料との吸着剤複合体、熱力学研究などのさらなる調査を実施する必要があります。

すべてのデータは制限なく完全に利用可能であり、対応する著者から入手できます。

Paździor, K.、Bilińska, L.、Ledakowicz, S. 産業繊維廃水処理における AOP と生物学的プロセスの組み合わせにおける既存および新興技術のレビュー。化学。工学 J. 376、120597 (2019)。

記事 Google Scholar

シディク、K.ら。繊維廃水処理オプション: 重要なレビュー。クリーンアップ環境の強化。汚染。 2、183–207 (2017)。

記事 Google Scholar

サマルガンディ、MR 他グラファイトをドープした PbO2 アノードを使用したメチレンブルー染料の電気化学的分解: 操作パラメーター、分解経路の最適化、および繊維廃水の生分解性の改善。アラブ。Ｊ．Ｃｈｅｍ． 13、6847–6864 (2020)。

記事 CAS Google Scholar

ビラル、M.ら。 Buxus Wallichiana から合成された活性炭を使用した、工業用作物と製品の繊維廃液からのさまざまな染料の修復。工業用作物。製品。 187、115267 (2022)。

記事 CAS Google Scholar

Achparaki、M.ら。私たちは IntechOpen であり、科学者によって作成されたトップ 1% の科学者のためのオープンアクセス書籍の世界有数の出版社です。インテック 13 (2012)。

El Harfi, S. & El Harfi, A. 繊維染料の分類、特性、および用途: レビュー。応用Ｊ．Ｅｎｖｉｒｏｎ．工学科学。 3、1–3 (2017)。

ADS Google Scholar

Yadav, A. & Dindorkar, SS カチオン、アニオンおよび中性色素に対する六方晶系窒化ホウ素ナノシートの吸着挙動: 第一原理研究からの洞察。コロイド表面の物理化学。工学 Asp. 640、128509 (2022)。

記事 CAS Google Scholar

Yaqub, A.、Misbah, S.、Ajab, H.、Zia, M. & Haq, U. ドドナエアビスコサ由来の活性炭をアルギン酸カルシウムのビーズに入れてメチレンブルー (MB) を収着: 速度論、平衡および熱力学。Ｊ．Ｅｎｖｉｒｏｎ．管理。 327、116925 (2023)。

記事 CAS Google Scholar

Sarojini, G.、Babu, SV、Rajamohan, N.、Rajasimman, M. & Pugazhendhi, A. メチレンブルーの除去のためのポリマー磁性藻類ベースのナノ複合材料の応用、パラメトリックおよび速度論的研究。環境。汚染。 292、118376 (2022)。

論文 CAS PubMed Google Scholar

Olusakin, P.、Oladiran, T.、Oyinkansola, E. & Joel, O. エンジニアリングにおける成果メチレンブルー染料: 廃水からの毒性と潜在的な除去技術。結果工学 16、100678 (2022)。

記事 Google Scholar

Khattab, TA、Abdelrahman, MS & Rehan, M. 繊維染色産業: 環境への影響と改善。環境。科学。汚染。解像度 27、3803–3818 (2020)。

記事 CAS Google Scholar

Manzoor, J. & Sharma, M. 繊維染料が人間の健康と環境に与える影響。公衆衛生と環境に対する繊維染料の影響。 162–169 (IGI グローバル、2020)。

Al Ghouti, MA & Al Absi, RS 廃水からのセルロース系オリーブ石バイオマスへのカチオン性メチレンブルー染料の吸着と熱力学的側面の機構的理解。科学。代表者 https://doi.org/10.1038/s41598-020-72996-3 (2020)。

記事 PubMed PubMed Central Google Scholar

Santoso、E. et al. 廃水からメチレンブルーを除去するための炭素ベースの吸着剤の最近の進歩について概説します。メーター。今日はChem. 16、100233 (2020)。

記事 CAS Google Scholar

そう、J.ら。廃水からのメチレンブルーの高効率かつ高速吸着のためのリサイクル可能なメソポーラス磁性シリカ複合材料の容易な合成: 熱力学的メカニズムと反応速度論の研究。Ｊ．Ｍｏｌ．リク。 303、112656。https://doi.org/10.1016/j.molliq.2020.112656 (2020)。

記事 CAS Google Scholar

Jawad, AH、Abdulhameed, AS、Abdallah, R. & Yaseen, ZM メチレンブルーおよび反応性レッド 120 色素の吸着用の両性イオン複合キトサン-エピクロロヒドリン/ゼオライト。内部。Ｊ．Ｂｉｏｌ．マクロモル。 https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2020.07.014 (2020)。

論文 PubMed Google Scholar

Titchou, FE、Akbour, RA、Assabbane, A. & Hamdani, M. モロッコ産ポゾラナを吸着剤として使用した水溶液からのカチオン性染料の除去: 等温線、反応速度論的研究、および実際の繊維廃水処理への応用。グラウンドw。持続する。開発者 11、100405 (2020)。

記事 Google Scholar

Temel, F.、Turkyilmaz, M. & Kucukcongar, S. シリカゲルで支持されたカリックス [4] アレーンケージによる水溶液からのメチレンブルーの除去: 吸着特性の研究。ユーロ。ポリム。 J. 125、109540 (2020)。

記事 CAS Google Scholar

バルガス、VH et al. サイザル麻繊維は、水溶液からメチレンブルーおよび反応性ブラック 5 染料を除去するための、コスト効率の高い代替吸着剤として使用されます。化学。工学共通。 207、1–14 (2019)。

Google スカラー

Methneni, N.、Morales-González, JA、Jaziri, A.、Mansour, HB & Fernandez-Serrano, M. 繊維染色産業からの廃水中の残留有機および無機汚染物質: 一連の生物試験による生態毒性評価。環境。解像度 196、110956 (2021)。

論文 CAS PubMed Google Scholar

Ponraj, C.、Vinitha, G. & Daniel, J. さまざまな繊維染料の分解における適切な光触媒としての可視光活性 BiFeO3 ナノ構造に関する概説。環境。ナノテクノロジー。モニト。管理。 7、110–120 (2017)。

Google スカラー

Fito, J.、Abrham, S. & Angassa, K. 繊維工業廃水からのメチレンブルーのパルテニウムヒステロフォラスの活性炭への吸着。内部。Ｊ．Ｅｎｖｉｒｏｎ．解像度 https://doi.org/10.1007/s41742-020-00273-2 (2020)。

記事 Google Scholar

Kang、Z.ら。吸着および過硫酸塩ベースの AOP による医薬品汚染物質の除去におけるバイオ炭の応用に関するレビュー。持続する。 14、10128 (2022)。

記事 CAS Google Scholar

Moges, A.、Nkambule, TTI & Fito, J. なめし工場廃水からのクロム吸着のための GO-Fe3O4 ナノ複合材料の応用。Ｊ．Ｅｎｖｉｒｏｎ．管理。 305、114369 (2022)。

記事 CAS Google Scholar

Bedada, D.、Angassa, K.、Tiruneh, A.、Kloos, H. & Fito, J. パルテニウムヒステロフォラス雑草から生成された活性炭による皮なめし工場の廃水からのクロムの除去。エネルギーエコル。環境。 5、184–195 (2020)。

記事 Google Scholar

Tebeje, A.、Worku, Z.、Nkambule, TTI & Fito, J. 地元で調製されたベントナイト吸着剤による繊維工業廃水からの化学的酸素要求量の吸着。内部。Ｊ．Ｅｎｖｉｒｏｎ．科学。テクノロジー。 https://doi.org/10.1007/s13762-021-03230-4 (2021)。

記事 Google Scholar

Fito, J.、Abrham, S. & Angassa, K. 繊維工業廃水からのメチレンブルーのパルテニウムヒステロフォラスの活性炭への吸着。内部。Ｊ．Ｅｎｖｉｒｏｎ．解像度 14、501–511 (2020)。

記事 CAS Google Scholar

Singh, NB、Nagpal, G. & Agrawal, S. 吸着剤を使用した水の浄化: レビュー。環境。テクノロジー。イノヴ。 11、187–240 (2018)。

記事 Google Scholar

Crini, G.、Lichtfouse, E.、Wilson, LD、Morin-crini, N. 廃水処理における従来型および非従来型の吸着剤を使用した吸着指向プロセス。 https://doi.org/10.1007/978-3-319-92111-2 (2018)。

Luo, D. et al. 機能化バイオ炭によるリンの吸着: レビュー。環境。化学。レット。 2022(1)、1 ～ 28 (2022)。

Google スカラー

シルバ、MC 他バナナの木の疑似茎繊維からの高表面積の H3PO4 活性化炭素繊維: バッチおよび固定床システムにおけるメチレンブルー染料の吸着研究。Ｊ．Ｍｏｌ．リク。 324、114771 (2021)。

記事 CAS Google Scholar

バルデス・ロドリゲス、EM 他メキシコの代替リグノセルロース系バイオマスによる活性炭の製造と水処理への応用: 調製条件、界面化学分析、重金属吸着特性。化学。工学解像度デス。 187、9–26 (2022)。

記事 Google Scholar

Rathi、BS および Kumar、PS 水および廃水から出現する汚染物質を効果的に除去するための吸着プロセスの応用。環境。汚染。 280、116995 (2021)。

論文 CAS PubMed Google Scholar

Fito, J.、Said, H.、Feleke, S.、Worku, A. 吸着処理技術によるニチニチソウの活性炭上の水溶液からのフッ化物除去。環境。システム。解像度 8、1–10 (2019)。

記事 Google Scholar

Wang, C. et al. 持続可能な農業のためのバイオ炭ベースの緩効性肥料: ミニレビュー。環境。科学。エコテクノロジー。 10、100167 (2022)。

論文 CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Fito, J.、Tefera, N. & Van Hulle, SWH 蒸留所使用済み洗浄液の活性化バガス飛灰への吸着: 反応速度論と熱力学。Ｊ．Ｅｎｖｉｒｏｎ．化学。工学 5、5381–5388 (2017)。

記事 CAS Google Scholar

Prasad, R. & Yadav, KD 水の保全と管理 (WCM) は、ホテイアオイへの吸着によるメチレンブルーの除去に対する応答曲面法と人工ニューラルネットワークアプローチを使用します。節水。管理。 4、83–89 (2020)。

記事 Google Scholar

Mekonnen, T.、Urga, K. & Engidawork, E. マウスにおける Rumex abyssinicus Jacq の根茎の利尿作用と鎮痛作用の評価。Ｊ．Ｅｔｈｎｏｐｈａｒｍａｃｏｌ． 127、433–439 (2010)。

論文 PubMed Google Scholar

Mulisa, E.、Asres, K. & Engidawork, E. マウスにおける Rumex abyssinicus J. (タデ科) の根茎の創傷治癒と抗炎症活性の評価。 BMCの補体。オルターン。医学。 15、1–10 (2015)。

記事 Google Scholar

ゲティ、M.ら。薬用植物 Dodonaea viscosa、Rumex nervosus、および Rumex abyssinicus の抗菌活性および抗炎症活性の評価。フィトテラピア 74、139–143 (2003)。

論文 CAS PubMed Google Scholar

Mohammed, SA、Naisini, A.、Madhan, B. & Demessie, BA Rumex abyssinicus (mekmeko): 皮革製造の新しい代替品。環境。プログレ。持続する。エネルギー 39、e13453 (2020)。

記事 CAS Google Scholar

Mohammed, SA、Madhan, B.、Demissie, BA、Velappan, B. & Selvi, AT Rumex abyssinicus (mekmeko) ヤギ皮の保存のためのエチオピア植物材料: よりクリーンな皮革製造のためのアプローチ。 J. クリーン。製品。 133、1043–1052 (2016)。

記事 CAS Google Scholar

Kengne, IC et al. Rumex abyssinicus の全植物化学成分の抗菌、抗真菌、抗酸化作用。 BMCの補体。医学。それで。 21、1–14 (2021)。

記事 Google Scholar

Fito, J.、Abewaa, M.、Nkambule, T. 皮なめし工場の工業排水からの Cr(VI) を吸着するためのパルテニウムヒステロフォラスの磁鉄鉱含浸バイオ炭。応用水科学 13、78 (2023)。

記事 ADS CAS Google Scholar

Huang, R.、Yang, J.、Cao, Y.、Dionysiou, DD & Wang, C. 廃トナーパウダー由来の自己ドープ鉄/カーボンナノ複合材料の人工触媒による、残留性有機汚染物質のペルオキシ一硫酸塩触媒分解。 9月、プリフ。テクノロジー。 291、120963 (2022)。

記事 CAS Google Scholar

Nure, JF, Shibeshi, NT, Asfaw, SL, Audenaer, W. & Van Hulle, SWH マタハラ製糖工場のバガス飛灰から製造した活性炭を使用した洗浄後の糖蜜からの COD と色の除去。水 SA 43、470–479。

記事 CAS Google Scholar

Wang, C.、Wang, H. & Gu, G. Pb(II) 収着の応答曲面法によって最適化されたリグノセルロース系バイオマスからのセルロースの超音波支援キサントゲン化。炭水化物。ポリム。 182、21–28 (2018)。

論文 PubMed Google Scholar

Alafnan, S. et al. 非在来型資源におけるラングミュア吸着等温線: 適用性と限界。 J.ペット。科学。工学 207、109172 (2021)。

記事 CAS Google Scholar

Mate, CJ & Mishra, S. 水からレマゾールブリリアントブルー R (RBBR) 色素を修復するためのホウ砂架橋ジンガンガムハイドロゲルの合成: 吸着等温線、速度論的、熱力学および生分解の研究。内部。Ｊ．Ｂｉｏｌ．マクロモル。 151、677–690 (2020)。

論文 CAS PubMed Google Scholar

Fito, J. & Nkambule, TTI 完全要因実験計画に基づいた廃水からのメチルパラベンの吸着のためのバイオ炭 CoFe2O4 ナノ複合材料の合成。環境。モニト。評価。 195、241 (2023)。

記事 CAS Google Scholar

Xu、L.ら。鉄と窒素を共ドープしたバイオ炭を使用した廃水からの微量汚染物質の吸着: 性能、反応速度論、およびメカニズムの研究。 J.ハザード。メーター。 424、127606 (2022)。

論文 CAS PubMed Google Scholar

Maulina, S. & Iriansyah, M. 活性炭の特性は、アブラヤシの葉の粉末の熱分解から生じました。 IOP カンファレンスシリーズ: 材料科学と工学で。 Vol. 309. 12072 (IOP Publishing、2018)。

Hsu、CC、Tu、YH、Yang、YH、Wang、JA、Hu、CC 容量性脱イオン用の窒素ドープ活性炭の性能と長期安定性の向上。淡水化 481、114362 (2020)。

記事 CAS Google Scholar

リム、A.ら。水溶液からタンニンを除去するためのアブラヤシ幹由来活性炭の合成、特性評価、吸着等温線、および速度論的研究。 ACS オメガ 5、28673–28683 (2020)。

論文 CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Yusuff, AS ロイカエナ・ロイコセファラ種子鞘活性炭による水溶液からの六価クロムの吸着: 平衡、速度論および熱力学の研究。アラブ J. Basic Appl. 科学。 26、89–102 (2019)。

記事 Google Scholar

Rashid、米国および Bezbaruah、AN 脱フッ素化を強化するためのクエン酸修飾粒状活性炭。 Chemosphere 252、126639 (2020)。

論文 ADS CAS PubMed Google Scholar

Ghose, A. & Mitra, S. 食用キノコからの使用済み廃棄物は、残留性有機微量汚染物質を修復するための革新的な戦略を提供します: レビュー。Ｊ．Ｅｎｖｉｒｏｎ．汚染。 https://doi.org/10.1016/j.envpol.2022.119285 (2022)。

記事 Google Scholar

ドウィヤニティ、M. 他サトウキビバガス由来の活性炭の表面積が非常に大きい。 IOP 会議サー。メーター。科学。工学 909、012088 (2020)。

記事 Google Scholar

カーン、AHら。水および廃水から医薬品を修復するための持続可能なグリーンナノ吸着剤: 批判的なレビュー。環境。解像度 204、112243 (2022)。

論文 CAS PubMed Google Scholar

古川博、コルドバ、KE、キーフ、MO、ヤギ、OM 金属有機骨格の化学と応用。サイエンス (80-) 341、1230444 (2013)。

記事 Google Scholar

Zheng、M.ら。廃水からの薬物の効率的な吸着剤としての金属有機フレームワーク。メーター。今日はコミュ。 31、103514 (2022)。

記事 CAS Google Scholar

de Lima、LFS、Coelho、CR、Gomes、GHM & Mohallem、NDS 細孔形成剤としてシュウ酸ニオブ酸アンモニウム水和物を使用し、ゾルゲルプロセスによって合成された Nb2O5/SiO2 メソ多孔性モノリス。 J. ソルゲル Sci. テクノロジー。 93、168–174 (2020)。

記事 CAS Google Scholar

Kahsay、MH 抗菌活性とメチレンブルーの吸着のためにベシウムグランディフロラムの水性抽出物を使用した ZnO ナノ粒子の合成と特性評価。応用水科学 11、1–12 (2021)。

記事 Google Scholar

Kara, HT、Anshebo, ST、Sabir, FK & Workineh, GA 過酸化修飾ナノセルロースを使用した廃水からのメチレンブルー染料の除去。内部。Ｊ．Ｃｈｅｍ．工学 https://doi.org/10.1155/2021/9965452 (2021)。

記事 Google Scholar

Mulushewa, Z.、Dinbore, WT & Ayele, Y. カオリンとエチオピアのカオリンから合成されたゼオライト X を使用した繊維廃水からのメチレンブルーの除去。環境。アナル。癒す。有毒。 36、e2021007 (2021)。

記事 Google Scholar

グエン、VT 他。水性環境からメチレンブルーを吸着および除去するためのナノセルロースおよび酸化グラフェンエアロゲル。 ACS オメガ 7(1)、1003 ～ 1013。 https://doi.org/10.1021/acsomega.1c05586 (2022)。

論文 CAS PubMed Google Scholar

Kassahun, E.、Tibebu, S.、Tadesse, Y.、Awish, N. 応答曲面下の吸着剤収率とメチレンブルー除去のためのスクラップタイヤから駆動される活性炭の合成の最適化。上級メーター。科学。工学 https://doi.org/10.1155/2022/2325213 (2022)。

記事 Google Scholar

Mekuria, D.、Diro, A.、Melak, F. & Asere, TG 生物廃棄物材料を使用したメチレンブルー色素の吸着除去: 大麦ふすまおよびエンセット中肋葉。Ｊ．Ｃｈｅｍ． https://doi.org/10.1155/2022/4849758 (2022)。

記事 Google Scholar

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アディスアベバ科学技術大学、皮革研究所開発産業、南アフリカ大学科学工学技術学部、およびナノテクノロジーおよび水持続可能性研究所、フロリダサイエンスキャンパス、1710、ヨハネスブルグ、南アフリカに感謝します。サポートと実験施設のために。

この研究には資金は獲得されておらず、設備のみが提供された。

ナノテクノロジーおよび水の持続可能性研究所 (iNanoWS)、南アフリカ大学理工学部、フロリダサイエンスキャンパス、ヨハネスブルグ、1710 年、南アフリカ

ジェマル・フィト、アベラ・デメケ・アンバイ、ウェルダン・モヨ、タボ・カンブル

エチオピア、ホサナのワケモ大学工学技術学部化学工学科

ミカ・アベワ

皮革および皮革製品産業研究開発センター、アディスアベバ、エチオピア

アシャグリ・メンギスツ

アディスアベバ科学技術大学環境工学科、アディスアベバ、エチオピア

アンガのケナトゥ

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概念化、MA、JF。方法論、MA、JF。ソフトウェア、MA、AM。検証、JF、KA、WM、TN。形式分析、JF、TN。マサチューセッツ州の調査。データキュレーション、JF、KA、TN。執筆—原案作成、JF、MA、ADA、WM、TN。執筆 - レビューと編集、JF、ADA、WM、TN。そして; 視覚化と監督、JF、WM、TN すべての著者は原稿の出版版を読み、同意しました。

ミカ・アベワへの通信。

著者らは競合する利害関係を宣言していません。

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転載と許可

Fito、J.、Abewaa、M.、Mengistu、A. 他。ルメックス・アビシニカス植物から開発された活性炭を使用した繊維産業排水からのメチレンブルーの吸着。 Sci Rep 13、5427 (2023)。 https://doi.org/10.1038/s41598-023-32341-w

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受信日: 2023 年 1 月 31 日

受理日: 2023 年 3 月 26 日

公開日: 2023 年 4 月 3 日

DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-023-32341-w

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