天然素材を利用した工業用電解研磨排水からの重金属イオン除去効率

Scientific Reports volume 12、記事番号: 17766 (2022) この記事を引用

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メトリクスの詳細

重金属は産業部門から発生する廃水中に存在し、地表水や地下水資源などの環境に脅威を与えています。 これを念頭に置いて、工業廃水から重金属イオンを除去する代替的かつ効果的な方法を見つけることへの関心が高まっています。 収着は、単純さ、高効率、少量のスラッジの生成、低投資、および広範囲の pH および温度にわたるプロセスの実行可能性により、容易に適用される技術の 1 つです。 この論文は、高濃度の金属イオン Fe(III)、Cr(III)、Ni(II)、Cu(II) を含むステンレス鋼の電解研磨に伴う工業廃水の処理を扱います。 酸性廃水に対する生体吸着剤の有効性、入手可能性、適用可能性を考慮して、オレンジの皮、藻類、Eclipta alba、および卵の殻が研究のために選択されました。 Eclipta alba に対して収着試験が実施され、得られた結果は、二次反応速度モデル (R2 > 0.99) およびラングミュア等温モデル (R2 > 0.99) に最もよく適合することを示しました。 最大吸着容量は金属イオン混合物に対して 17.92 mg/g でした。 乾燥させて焼成した卵殻の使用の可能性が確立されました。 どちらの材質も95％以上の高い除去率を達成しました。 最初に鉄とクロムが溶液から除去され (それぞれ約 100% と 90%)、続いてニッケルと銅のイオンが除去されます。 材料の特性評価に使用される FT-IR および EDS 測定を備えた SEM と、実際の産業排水を使用した実験室試験により、その作用メカニズムを決定することが可能になりました。 試験したすべての材料について比表面積を測定し、その値は、Eclipta alba、乾燥卵殻、焼成卵殻でそれぞれ 1.63、0.15、および 5.15 m2/g でした。 この結果は、選択された材料を産業廃水処理に適用する際に楽観的な根拠を提供します。

重金属汚染は深刻な環境問題となっており、近年ますます注目を集めています。 重金属イオンは、最も望ましくない汚染物質の 1 つです 1、2。 多くの産業部門では金属イオンで汚染された廃水を生成しており3、4、5、6、7、8、9、その量が過剰になると環境に重大な損害を引き起こす可能性があります。 一例としては、主に金属製品の生産と加工から廃水を排出する電気めっき産業が挙げられます。 ステンレス鋼の処理に使用される技術の 1 つは電解研磨です10、11、12、13、14。 このプロセスは、表面を滑らかにして光沢を持たせ、同時に耐食性を高めることで美的価値を向上させるために、物体の表面特性を変更するように設計されています12、15、16、17、18、19。 この方法は、食品、自動車、医療産業を含む多くの用途があります20、21、22。 一般的な電気めっき工場では、ワークピースの洗浄中に大量の廃水が発生します。 これらの廃水には、産業廃水の排出の水質基準をはるかに超える大量の金属イオンが含まれており、毒性が高いため、下水道に排出する前に施設内の廃水処理プラントで処理する必要があります23。

汚染水や廃水から有毒金属イオンを除去するために最も一般的に使用される技術には、化学沈殿、膜濾過、電気凝固、収着、イオン交換などが含まれます24、25、26。 化学沈殿は、沈殿剤 (多くの場合水酸化物) を溶解金属イオンと反応させることによって、不溶性金属堆積物を形成するプロセスです 27。 この技術は現在、電気めっき業界で最も広く使用されている処理方法であり、アルカリ反応への pH 調整を使用して廃水中の水酸化物の形態での金属の沈殿を最大化します。 ほとんどの国では沈殿剤が入手可能で低コストであるため、沈殿プロセスでは水酸化物の使用が好まれます。 生成された金属沈殿物は、特に凝固および/または沈降または濾過などの固体分離プロセスによって回収され、金属を抽出することができます28、29、30、31。 この方法の利点は主にその単純さと低コストであるが、欠点としては、金属の沈殿が遅いこと、さらなる処理を必要とする過剰なスラッジの生成、およびスラッジの処分に伴う長期的な環境への影響が挙げられる32。