효율적이고 친환경적인 배위 유기 고분자를 기반으로 한 나노다공성 탄소

Aug 06, 2023

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 13127(2023) 이 기사 인용

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수질 오염물질의 대부분은 페놀성 오염물질과 같은 유기물을 포함하고 있어 환경에 유해한 물질이 모두 존재합니다. 현재 연구는 용매열법을 사용하여 제조된 배위 유기 고분자(Cop-150)와 나노다공성 탄소(NPC)의 표면 화학 및 흡착 특성을 비교한 것입니다. 페놀을 제거하기 위한 새로운 NPC 합성에 성공했습니다. Cop-150 및 NPC를 준비하는 동안 물리화학적 변화를 특성화하고 확인하기 위해 FT-IR, XRD, XPS, SEM, TGA 및 BET 기술이 사용되었습니다. Box-Behnken 반응 표면 방법론(BBRSM)을 사용하여 pH(2~10), 접촉 시간(1~40분), 온도(25~60°C) 및 페놀의 초기 농도(5)의 4가지 중요한 요소를 최적화했습니다. –50 mg L−1). 합성된 흡착제에 의한 페놀의 흡착 결과를 분석하기 위해 선형, 2FI, 2차, 3차 모델 4개를 검토한 결과 2차 모델이 가장 좋은 모델로 인정되었다. NPC에 대해 페놀의 초기 농도 = 49.252 mg L−1, 접촉 시간 = 15.738분, 온도 = 28.3 °C 및 pH 7.042에서 동일한 흡착 용량 500 mg g−1이 달성됩니다. 반면, pH 4.638, 접촉 시간 = 19.695분, 온도 = 56.8°C, 페놀의 초기 농도 = 6.902 mg L-1에서 Cop-150의 흡착 용량은 50 mg g-1과 동일했습니다. . 다양한 조건에서의 실험 데이터는 일부 유명한 동역학 및 등온선 모델에 의해 조사되었으며, 그 중 유사 2차 동역학 모델 및 Langmuir 등온선에 해당합니다. 또한 Cop-150과 NPC에 대한 열역학 결과를 바탕으로 흡착 과정은 발열적이고 자발적입니다. 결과에 따르면 Cop-150과 NPC는 각각 성능을 크게 저하시키지 않고 최대 4사이클과 5사이클까지 사용할 수 있었습니다.

수질 오염은 산업용 화학 물질이 물에 유입되면서 발생하며 이는 수질 변화와 관련이 있습니다. 이러한 화합물은 환경과 인간의 생명에 매우 해롭고 생태계에 부정적인 영향을 미칩니다. 페놀(표 1 참조)은 플라스틱 및 수지, 종이, 석탄 정제소, 석유화학 산업에서 널리 사용되는 산업용 화합물입니다. 이 화합물과 그 파생물은 매우 독성이 강하며 중독과 같은 질병을 유발합니다1. 폐수 내 페놀의 존재가 증가하는 것은 인간 건강과 환경 모두에 해로운 영향을 미치기 때문에 긴급한 우려 사항이 되었습니다2. 페놀은 아주 적은 양으로도 유기체에 부정적인 영향을 미칩니다. 세계보건기구(WHO)에 따르면 식수 내 페놀성 화합물의 농도 범위는 약 1 µg L−1이므로 수류에서 제거해야 합니다. 이 문제를 해결하기 위해 증류, 이온 교환3, 막 기반 여과, 생화학적 환원, 화학적 산화/환원 및 흡착과 같은 다양한 전략이 폐수 처리에 대해 연구되었습니다4,5,6,7. 이러한 기술 중에서 흡착 공정은 높은 경제성, 인상적인 용량 및 우수한 성능으로 인해 폐수 처리에 가장 많이 사용됩니다8,9,10,11. 최근에는 금속산화물12,13, 자성나노입자6,14,15,16, 폴리머17, 그래핀 기반 물질18 등 다양한 종류의 흡착제가 폐수처리에 연구되고 있다. 그러나 이러한 물질의 준비는 비용이 많이 들고 표면적이 매우 낮아 결과적으로 흡착 공정의 효율성이 감소합니다. 이 문제를 해결하기 위해 연구자들은 폐수에서 페놀을 효과적으로 제거하기 위한 다양한 흡착제를 탐색해 왔습니다. 한 가지 유망한 해결책은 효율적이고 친환경적인 나노 흡착제로서 큰 잠재력을 보여준 배위 유기 고분자를 기반으로 한 NPC를 사용하는 것입니다. NPC는 독특한 구조, 높은 다공성 및 약물 전달 시스템, 슈퍼 커패시터, 가스 저장 및 오염 물질 흡착을 포함한 다양한 연구 작업에 사용하기에 적합한 표면으로 인해 매우 유망합니다.