2.5 Dyfrakcja rentgenowska

W celu określenia charakteru Pb związanego z kompozytem

dyfraktogramy rentgenowskie (XRD) z wysuszonej Z-nZVI uzyskano po

zmieszaniu roztworem Pb. zastosowano wiązkę Cu Ka (k = 0,1546 nm)

, monochromatycznego falą filtrującego niklu przy napięciu rurowego

40 kV i prądem 40 mA (Philips X'Pert Pro MPD, Eindhoven,

Holandia). Skanowana była w zakresie 2teta z 30-70st. w

0,04 deg / min ze stałą czasu 2 sekund.

3. Wyniki i dyskusja

3.1. Charakterystyka kompozytu

Typowe zdjęcia SEM nZVI i zeolitu i zdęcia TEM

Z-nZVI kompozytu są pokazane na fig. 1a-c. Jak wcześniej informowaliśmy,

cząstki nZVI stają się zagregowane (przypisany van der Waalsa

i siły magnetyczne) [7,26] i agregacja zmniejsza nZVI

reaktywność i mobilność [27]. podpory stabilizujące takie jak zeolit

zostały użyte w celu zapobiegania agregacji. [28] W naszym kompozycie Z-nZVI,

zeolit zmniejszył agregacje i nZVI był obecny w strukturze łańcucha. EDS dodatkowo potwierdziło obecność Fe w kompozycie (Fig. 1d). Średnia powierzchnia kompozytu

wyniosła 80,37 m2/ g, w porównaniu do 12.25 m2/ g dla nZVI i 1,03 m2

/g dla samego zeolitu. Zwiększone pole powierzchni kompozytu

Prawdopodobnie z powodu braku agregacji cząstek nZVI.

Widmo FTIR kmpozytu Z-nZVI pomaga w ładunku nZVI na zeolicie. Szerokie pasy u 3400-3600cm-1 w zeolicie i kompozycie (fig. 2b, c) są rezultatem rozciągających wiązań O-H , prawdopodobnie przy H2O i M-OH, a zespół w 1650 cm-1 można przypisać

do zginających O-H [29]. Szczyt w 3500 cm-1 i te w 3200,

3100, 3000, 2550 i 2050 cm1 w nZVI można przypisać do

drgania rozciągające grup O-H. Większość z tych wiązań zniknął

w kompozycie, wskazując utratę cząsteczek wody

[30,31]. Pasma w 1200-900 cm-1 są wynikiem z rozciagania w zeolicie SiO4 i AlO4,

z trybów zginanie ok 740 i 689 cm1 [32,33]. Główe osłabienie zeolitu w pasmie

1000 cm1 w kompozycie i przesuniecie pasm w tym regionie sugerują,

Łamanie H-wiazan przez obecnośc Fe na SiO4 i AlO4 powierzchniach zeolitu [33].

Silne pasma <900cm-1 w nZVi, wynikaja z obecności tlenków żelaza na powierzchni [31,34], są słabsze w kompozycie, co oznacza mniejsze utlenianie zeolitu wspomagane FeO. Wspierany zeolit może meć mniej tlenków i wodorotlenków Fe.

podobnie do efektu montmorylonitu wspieranym

nZVI [35]. Pasma 1300 i 1100cm-1 w

nZVI można przypisać do etanolu stosowanym w przygotowaniu próbki,

ale może również zawierać wiązania związane z siarczanem zielonej rdzy

[FeII4FeIII2 (OH) 12] [SO43H2O] [36,37], i lepidokrokit (c-FeOOH)

[34] Tworzone w niektórych Fe0 powierzchniach.

3.2. Usuwanie Pb (II) z wody

Fig. 3 przedstawia stężenie roztworu Pb (II), jako funkcji

Czasu reakcji 0,1 g Z-nZVI kompozytu lub zeolitu w 100 ml

roztworu zawierającego 100 mg Pb (II) / l przy 35 ° C Regulacja wstępna

pH do 4 rozpusciła Paywne Fe (oksy) wodorotlenki na nZVI

powierzchni [38]; pH roztworu wzrosło do 7,7 podczas równoważenia

w wyniku reakcji nZVI w wodzie [39]. Wyniki wskazują że kompozyt skutecznie usuwa 96,2% Pb z roztworu wodnego (96,2 mg / g) w ciągu 140 minut, natomiast zeolit sam usunął tylko

39,1% (39,1 mg / g). Zwiększona skuteczność Z-nZVI kompozytu dla Pb (II) usuwania jest prawdopodobnie ze względu na jej znacznie większa Powierzchnia właściwa niż sam zeolit. Zeolit wspierany zapobiega agregacji nZVI, zapewniając w ten sposób

więcej powierzchni dla Pb (II) sorpcji [31]. Wyniki są zgodne

w poprzednich badaniach raportowania adsorpcji Pb (II) kaoliniciee wspierany

nZVI i Cr (VI) i Pb (II) adsorpcji przez żywicą wspierany nZVI [31,40].

3.2.1. Wpływ stężenia Pb(II)

Wpływ wstępnego Pb (II), stężeniem (100-1000 mg / l) na skutecznosc usuwani

Badano przez wstrząsanie 0,1 g w skuteczności usuwania do 80,6% w wyższym stężeniu

(1000 mg / L) sugeruje, że ilość Z-nZVI około

806 mg Pb (II) / g, co zostało przekroczone zgodnie z warunkami

Eksperyment, jak zaobserwowano dla usunięcia Pb (II), Cu (II) i Zn (II),

naturalnym zeolitem [41] Cr (VI) jonów przez kompozyt bentonit-nZVI

[42].

3.2.2. Wpływ początkowej wartości pH

PH roztworu może mieć znaczący wpływ na adsorpcje

metali ciężkich, ze względu na specjacje metali, ładunku powierzchniowego i funkcjonalnosci

frupy Chemicznej adsorbentu [43]. Tym samym, 0,1 g Z-

nZVI kompozyt zmieszano z 100 ml roztworu zawierającego

100 mg Pb (II) / L w początkowym pH 2-6 (26 ± 2 ° C). Wartość pH

Roztworu dostosowano przed dodaniem kompozytu Z-nZVI, ale

zwiększyła się od 2 do 6,1, 3 do 7,4 4 do 7,7 5 do 8,2 i 6 do 7,8 podczas

Eksperyment ugłównie utleniania Fe0 (i Fe2 +) przez

wode [39]. Różne początkowe pH miało niewielki wpływ na wydajnosc usuwania Pb (II)

(Fig. 5); Usunięcie siegało od 99,9%, gdy początkowy

pH 4, 93.5%, gdy było 6. Różnica pH mógłaby

miec minimalny wpływ na ładunek powierzchniowy zeolitu [44].

Chociaż dominują jony Pb2 + w roztworze, w kwaśnym pH, konkurencja

z protonów zmniejsza usuwanie w początkowej wartości 2 [22]. Odwrotnie,

przy początkowym pH 6 obecność i adsorpcja kompozytu w 100 ml roztworu na 140 minut w temperaturze 35 ° C i początkowym pH 4. Skuteczność usuwania zmienia się ze stężeniem początkowym (Fig. 4). W mniejszym stężeniu (100 mg / l), 99,2% Pb (II),

usunięto przez kompozyt Z-nZVI (99,2 mg / g). Spadek Pb (OH) + może zapobiec dyfuzji Pb2+ do niektórych miejsc w porowatej strukturze zeolitu [41].Większe pokrycie (tlenkiem)wodorotlenkiem żelaza na powierzchni nZVI przy początkowym pH 6, powinno także zmniejszyć reaktywność, co odbija się w mniejszej zmianie pH w trakcie eksperymentu. Naszy winiki sugerują, że gwałtowna dyfuzja jonów Pb²⁺ do matrycy Z-nZVI, oraz adsorpcja zostały optymizowane poprzez doprowadzenie początkowego pH do 4, co wiżało się z redukcją Pb⁰ przez Fe⁰. Bardziej kwasowe pH ułatwia te procesy poprzes rozpuszczanie pasywacyjnej powłoki (tlenko)wodorotlenku żelaza na powierzchni nZVI. Podczas gdy agregacja nZVI może rosnąć w okolice efektywnego punktu zerowego ładunku, (whch likely ranged from 6-8 due to surfacial Fe(oxy)hydroxides), większość Fe⁰ jest unieruchomiona na powierzchni zeolitu w kompozycie Z-nZVI.

3.2.3. Efekt temperatury.

Temperatura jest istotnym czynnikiem oddziałującym na adsorpcję. Spodziewany jest wzrost adsorpcji wraz ze spadkiem temperatury dzięki egzotermiczności kationów względem powierzchni adsorbentu (co kurwa?!). Temperatura ma relatywnie mały wpływ na usuwanie ołowiu przez kompozyt Z-nZVI, które (usuwanie ołowiu) wacha się od 99,8% w temperaturze 60^oC, do 94,6% w 5^oC. Bardziej wydajne usuwanie ołowiu w wyższych temperaturach jest spowodowane desolwacją (?) kationów Pb i gwałtwoenijszej dyfuzji w wewnętrzne pory cząsteczek kompozytu. Wyniki są zgodne z większą adsorpcją ołowiu (II) na zeolicie NKF-6 [42] i chromu (VI) na kompozycie bentonitowym nZVI wraz ze wzrostem temperatury.

3.2.4. Dyfrakcja rentgenowska.

Spektra XRD kompozytu Z-nZVI zostały pozyskane przed i po mieszaniu w wodnym roztworze bez dodatków (fig. 7a,b), oraz w roztworze Pb (fig. 7c). Pik 1 (i 4) dla 2(theta) ~32 pochodzi od SiO₂ związanego z naturalnym zeolitem [45], a pik 2(theta)=45 (2 i 12) jest charakterystyczny dla FeO [33 ; JCPDS00-006-0696]. Fe (II) adsorbowany na zeolicie został zredukowany do Fe⁰ i unieruchomiony na powierzchni, jak to opisał pan Lee (et al. [19]). Pik 3 2(theta)=50 może pochodzić od Maghemitu (gamma-Fe₂O₃) powstałego z części Fe⁰. Piki 5-10 pojawiające się w próbce Z-nZVI po wybełtaniu w wodnym roztworze, mogą być przypisane tlenkom żelaza, głównie magnetytowi (Fe₃O₄), maghemitowi oraz lepidokrokidowi powstałemu z utleniania Fe⁰ [31]. Piki na pozycjach 2(theta)~35 (11) i ~62 (14) w Z-nZVI po wystawieniu na działanie ołowiu (II) są powiązane z Pb⁰, a pik 2(theta)~57 (13) można przypisać tlenkowi żelaza. Analiza XRD potwierdza formowanie się i immobilizacje Fe⁰, tak samo jak sorpcje i redukcje Pb(II) do Pb⁰ na powierzchni kompozytu.

3.3. Dostępność Pb usuniętego z kompozytu.

Napakowany ołowiem (II) kompozyt był wielokrotnie mieszany w roztworze ekstrakcyjnym, w celu zwiększenia pojemności usuwania (chodzi o CEC?) w celu wyznaczenia dostępności ołowiu związanego z kompozytem. Ołów ochoczo wyekstrahowany przez wodę obejmującą najbardziej rozpuszczalną i biodostępną frakcję. Ta frakcja to mniej niż 0,5% zaadsorbowanego ołowiu (tab.1) Frakcja ekstrahowana za pomocą Ca(NO­₃)₂ składająca się z wymiennego ołowiu, który stanowił ok. 2,3% ołowiu początkowo usuniętego za pomocą kompozytu Z-nZVI. Dla kontrastu, frakcja wyekstrahowana za pomocą EDTA, rozpatrywana jako nie biodostępna [23-25] stanowiła 82,5% adsorbowanego ołowiu. Pozostała (residual) frakcja, której nie spodziewano się by była uwolnina w warunkach naturalnych, obejmująca 14,8% ołowiu związanego z kompozytem. Z Pb⁰ powstałego dzięki redukcji Pb(II), ta frakcja może zawierać trochę Pb zastąpionego przez Al. W sieci krystalicznej zeolitu.

Mała ilość ołowiu odzyskanego w roztworze wodnym i Ca(NO₃)₂-odzyskiwalnym frakcjom (to nie babol, Ca(NO₃)₂-extractable fractions) (tab.1) powoduje niską biodostępność ołowiu usuniętego z kompozytu Z-nZVI. Te frakcje mogą zawierać Pb²⁺ adsorbowany elektrostatycznie na zewnętrznych powierzchniach kompozytu [24]. Duża frakcja Pb(II) wyekstraktowanego z EDTA może zawierać silniej związany Pb(II) i strącone kompleksy wodorotlenków ołowiu na aktywnych miejscach (? Sites) w bazującej na zeolicie matrycy kompozytu. [41,44]. EDTA jest znane ze swojej wysokiej wydajności w usuwaniu ołowiu z gleby, a kompleks Pb-EDTA jest stabilny przy pH wynoszącym 8 [47], takie jak przy EDTA w przeprowadzonym eksperymencie. Nasze wyniki sugerują że duży udział ołowiu (II) usuniętego za pomocą Z-nZVI został wprowadzony w matryce kompozytu. Postulujemy że nZVI z kompozytem zamaskował Pb(II) i stopniowo zredukował do Pb⁰, tak jak wytłumaczono to w redukcji Ni(II) przez nZVI [48]. Jak metal raz zostanie wkomponowany w strukture kompozytu, pozostaje nierozwiązalny i niewymienny. [24].

4Wnioski

Zeolit jest dobrym dyspergatorem i stabilizatorem nZVI w kompozycie, redukującym agregację i zwiększającym powierzchnię właściwą. Eksperymenty przeprowadzane w wannie ( xD) pokazują że kompozyt Z-nZVI był lepszy od zeolitu w usuwaniu Pb(II) w wodnym roztworze. Analiza XRD potwierdziła adsorpcję Pb(II) przez kompozyt, i redukcję go do Pb⁰. Ponieważ zeolit jest tanim i stabilnym minerałem, kompozyt zeolitu z nZVI jest wydajną i obiecującą perspektywą jako reaktywny materiał do PRB. Potrzebne są dalsze badania by odkryć potencjał tego materiału w usuwaniu innych metali i zanieczyszczeń organicznych.