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化学文献翻译
纺织染料刚果红的致癌水的节约方案由磁赤铁矿纳米颗粒吸附去除
摘要：
刚果红在磁赤铁矿纳米颗粒（γ-Fe2O3）中的吸附（CR）及其解吸调查。
吸附能力是使用朗格缪尔和弗罗因德利希吸附等温线模型进行评估。
磁赤铁矿纳米颗粒（γ-Fe2O3）用共沉淀方法在少量微乳液表面活性剂中容易制备。
产生的磁赤铁矿纳米颗粒的大小由X射线衍射（XRD）和扫描电镜（SEM）分析。
合成的磁赤铁矿纳米颗粒与其他吸附剂的吸附能力相比显示最高的CR相，是一个在废水处理过程中提高吸附效率来去除铬的很好的方法。
其最大的吸附发生在pH值为5.9，朗缪尔吸附容量（qmax）在208.33mg/g的吸附剂中被发现。
关键字：
刚果红；吸附作用；赤铁矿；纳米粒子；废水样品
1引言
在过去的十年里，合成尖晶石的磁铁矿和磁赤铁矿纳米颗粒密集开发不仅因为其良好的基本科学价值，而且因为许多在生物学上的技术应用，例如基因组DNA提取，造影剂在磁共振成像（MRI），医学应用（例如靶向给药），生物分离，以及各种阴离子和阳离子的分离和预浓缩，因其结构、电子、磁性和催化特性。
最近，纳米氧化铁粒子被广泛使用在制造半导体等不同的工业过程，例如记录材料，催化剂，气体传感器材料等。
由于许多新颖的物理和化学特性，不同的方法合成的纳米结构Fe2O3粒子来进行研究。
许多化学方法可用于合成磁性纳米颗粒等纳米乳，溶胶-凝胶法合成，声化学的反应，水解和热解前驱，，流动注射合成，和电喷射合成。
生产磁铁矿最常见的方法是利用纳米粒子的化学共沉淀技术处理铁盐。
共同沉淀技术可能是最简单也是最有效的化学途径来获取磁粒子。
共同沉淀过程的主要优势在于大量的纳米粒子可以合成。
在废水中识别污染物的第一个方法是颜色。
染料用于不同的行业，如纸和塑料、皮革、医药、食品、化妆品、染料、纺织等颜色的产品。
因此，大量的有色废水产生。
这些染料在水中的存在即使在非常低的浓度都是高度可见的和不合需要的。
有机染料的降解的副产品，如合成偶氮染料对环境是危险的影响，因为它包含有毒的芳香胺类化合物和这些材料的去除率在有氧废物处理仍然很低。
刚果红[1-萘磺酸、3、30-（4，40-biphenylenebis（偶氮））二（4-氨基）二钠盐，CR]是一种对二氨基联苯基阴离子二重氮染料，即两个偶氮染料组成。
对许多生物而言是有毒的，并且是一个疑似致癌物和诱变剂。
联苯胺，是一种人类致癌物，然而和CR一起在很多国家因为健康问题被禁止。
但是，它仍然是在多个国家广泛使用。
合成染料，如铬、难以生物降解由于复杂的芳香结构，提供物理化学、热和光稳定性。
因此，迫切要求在可以消除染料分子方向开发创新，但低成本的过程。
吸附技术是相当流行的简单性和效率高，以及广泛的可用性的吸附剂。
测试过各种吸附剂用于染料污水的去除。
许多非常规吸附剂如蒙脱石，膨润土，稻壳灰，叶，粉煤灰，活化赤泥，稻壳真菌，椰壳碳髓，介孔活性炭，anilinepropylsilica干凝胶，印楝叶粉、壳聚糖，Fe2O3介孔已经使用了铬的去除水的解决方案。
然而，其中一些吸附剂对阴离子染料来说不具有良好的吸附能力。
图1：
CR的分子结构
在过去的文献中磁赤铁矿纳米颗粒被用于去除CR和作为一种有效的废水处理吸附剂。
这项技术的发现具有很大的使用价值并且对去除染料具有更高的性价比。
这些粒子比许多其他的CR吸附剂显示最高的吸附能力。
2实验
2.1.使用仪器
713瑞士万通模型酸碱计用于测量pH值。
单波束UV-mini-WPA分光光度计测定铬浓度。
扫描电子显微镜（扫瞄式电子显微镜、VEGA、捷克TESCAN）用于扫描电镜图像。
在室温下用x射线衍射仪（XRD）（38066RIVA，d/G。
ViaM.Misone，11/D（TN）ITALY））测定合成材料的晶体结构。
使用40±5%千赫微型水浴超声波（ParsNahand、伊朗）。
使用数据分析软件（贝尔日本，Inc.）用氮气吸附/解吸技术在77k比表面微孔分析吸附/解吸测量催化剂的比表面积、孔隙体积和孔隙大小分布。
2.2.试剂和材料
所有的化学品和所用试剂均为分析纯，购自默克（Merck，达姆施塔特，德国）。
在双蒸馏水（DDW）中准备CR（其结构方案1所示）的储备溶液（1000mg/L），通过DDW的储备溶液连续获得的实验所需的CR浓聚物。
通过测量不同预定浓度的CR溶液在498nm（λmax）的吸光度确定CR的浓度校准曲线从而测定实验浓度。
2.3.磁赤铁矿的合成
根据共同沉淀磁赤铁矿纳米颗粒合成方法随后曝气氧化提出，除了超声振动的超声波清洗器是用来代替磁搅拌。
首先3毫升FeCl3（2mol/L溶解在2mol/L盐酸）添加到10.33毫升DDW。
然后在一分钟的超声波振动将2毫升12mol/LNa2SO3溶液一滴一滴添加到前溶液中。
混合溶液后，溶液的颜色由淡黄色变为红色，说明复杂的离子之间形成Fe3+、SO32-。
当溶液的颜色变完后，将该溶液在超声振动下添加80毫升0.85mol/LNH3溶液。
黑色沉淀迅速形成，静置三十分钟至结晶完全。
用DDW磁倾析洗涤沉淀直到悬浮液的pH值小于7.5。
将170毫升水添加到悬浮液，用0.1mol/L盐酸将pH值调整到3.0并保持稳定5分钟。
将悬浮液在约100oC逆流下曝气（空气）60分钟，直到悬架的颜色慢慢由黑色变为红褐色。
将溶液用DDW进行磁清洗，取悬浮物干燥成粉末。
2.4.CR的吸附行为
将0.015g磁赤铁矿纳米粒子添加到50毫升溶液不同浓度的CR250毫升烧杯进行吸附研究。
用0.01mol/L盐酸或0.1mol/L氢氧化钠将CR溶液的pH值调整为5.9并将溶液搅拌30分钟。
然后CR加载磁赤铁矿纳米颗粒进行磁倾析和在3分钟内离心分离3800转。
在498nm下用分光光度法测定CR的浓度溶液。
由于磁赤铁矿的吸附CR的浓度随时间减少。
3.结果与讨论
3.1.吸附剂的表征
扫描电镜图像粒子，如图1所示，揭示了在这项研究中磁赤铁矿纳米颗粒的平均直径合成大约45纳米。
如图1所示的平均直径纳米粒子，制备使用超声波搅拌小于那些准备使用磁搅拌。
因为超声波辐照分散的纳米粒子，因此阻止了他们的聚合。
在扫描电镜图像中纳米粒子的大小的差异是显而易见的。
磁赤铁矿纳米颗粒的典型XRD图2所示。
我们计算的微晶尺寸测量约8.78nmXRD模式根据谢勒方程:
方程使用参考峰宽角θ，λ是入射x射线的波长（1.5418），b是x射线衍射峰的宽度的一半高度和K是一个形状因子，约0.9为磁铁矿和磁赤铁矿。
应该指出的是，粒子尺寸通过SEM高于相应的微晶尺寸，即8.78nm。
这种差异可能解释由于骨料的存在在SEM谷物组成的几个微晶和/或结晶度差。
磁赤铁矿纳米颗粒的比表面积，通过选择分析，81.61m2/g，和平均孔径为10.37nm，总孔隙体积是0.2116cm/g。
3.2.接触时间的影响
CR的接触时间对吸附的影响进行了研究，确定由磁赤铁矿纳米颗粒的时间删除20.0和30.0mg/LCR溶液pH值5.9。
0.05g的磁赤铁矿纳米粒子添加到50毫升的CR溶液。
溶液的吸光度随时间498nm决心监视CR浓度。
结果如图3所示。
减少铬的浓度随着时间的推移，在磁赤铁矿纳米颗粒由于其吸附。
可以看出在大约30分钟，几乎所有的CR都吸附。
搅拌30分钟的时间，挑选，进行进一步的工作。
3.3.pH值的影响
图.1.扫描电镜图像的磁赤铁矿纳米粒子由磁搅拌（a）和利用超声波振动（b）。
使用0.01mol/L盐酸或氢氧化钠溶液对pH值的调整研究pH值在4.0--7.6范围对CR的去除的影响，原CR浓度固定在2.0×10−5mol/L。
如图4所示，吸附百分随pH增加而增加并在pH值为5.9时达到最大，然后随着pH值得增加而减小。
在更高pH下，由于静电排斥高负电吸附剂的吸附表面网站不支持去质子化的CR。
图.2.XRD磁赤铁矿纳米颗粒图。
图3CR（▲）20.0和（■）30.0mg·l-1CR磁赤铁矿纳米颗粒吸附。
磁赤铁矿纳米颗粒的0.0500g和溶液的pH值是5.9。
3.4.吸附机理
表面的金属氧化物（γ-Fe2O3悬浮物）通常覆盖着羟基，在不同的pH中有不同的形式。
表面电荷中性在pHzpc（零点的pH值，pHzpc，磁赤铁矿纳米颗粒的大约是6.3）。
低于pHzpc，吸附剂表面带正电，阴离子吸附发生。
随着铬溶液的pH值增加，比例降低吸附由于连续发生去质子化羟基的吸附剂和吸附带负电荷的网站之间的静电排斥和染料阴离子。
还有OH-（高pH值）和染料阴离子吸附带正电链之间的竞争。
CR也可以成为吸附在金属氧化物表面的金属离子之间的协调效应和胺组结束的CR分子。
所以很明显，金属氧化物与更高的表面积可以吸附更多的CR分子。
3.5.吸附等温线
图4·不同pH值下的CR去除。
条件:
0.05g磁赤铁矿，20mL30mg/LMo（VI），搅拌30分钟
平衡吸附等温线模型，它是毫克每克吸附剂吸附的数量（qe）的平衡浓度与吸附物（图5），基本是在描述吸附质和吸附剂之间的互动行为。
等温线数据的分析预测是重要的吸附剂的吸附容量，这是所需的主要参数之一吸附系统的设计。
平衡等温线进行研究在25oC和pH值为5.9下具有不同初始浓度的CR（20-600mg/L）。
两个模型被用来分析平衡吸附数据:
朗缪尔和Freunlich。
朗缪尔的模型没有考虑吸附能的变化，但这是最简单的描述吸附过程。
它是基于物理假设的最大吸附容量由amonolayer吸附，吸附分子之间没有相互作用，吸附能量是均匀分布在整个覆盖表面。
朗缪尔等温线的一般形式是:
Ce为CR在溶液中的平衡浓度（mg/L），qe是在平衡浓度CR每单位质量的吸附剂吸附的数量（mg/g），Ce、aL（L/mg）和KL（L/g）的朗缪尔吸附常数与aL吸附能量相关和qm[=KL/aL]表示的最大吸附容量（mg/g），这取决于吸附站点的数量。
朗缪尔等温线表明，阴离子的吸附随着浓度增加而增加到饱和点。
只要有可用点，吸附随CR浓度增高而增强，但是一旦所有点都占领了，进一步提高CR溶液浓度不增加吸附剂的CR数量。
朗缪尔等温线线性化后,Eq.（3）,,我们可获得：
计算基于积聚平衡方程如下给出:
aL和KL的值由Ce/qe对比Ce（图6）的斜率和截距估算。
CR吸附量（mg/g）Co为CR的初始浓度mg/L，V是验浓度的体积单位l，和m是纳米颗粒的干重单位g。
朗缪尔方程的参数被计算出并由计算表1中列出。
表1表明，磁赤铁矿纳米粒子对CR的最大吸附容量（qm=208.33mg/g）远高于其他吸附剂。
朗缪尔等温线的本质特征可以表示的无量纲恒定分离系数（RL）由以下方程给出:
RL值在0在这项研究中，磁赤铁矿纳米颗粒的RL为100mg/LCR最初的浓度，CR显示良好的吸附性。
弗等温线模型是一个经验方程，描述了吸附剂的表面非均质性。
它认为与异构多分子层吸附活性中心的能量分布，伴随着吸附分子之间的相互作用,弗实证模型表示为:
Kf和1/n的值由lnqe对lnCe的斜率和截距计算，由表1中列出。
表1表示相关系数值，r，适合朗缪尔方程等温线数据比Frendlich等温方程更接近1.0000。
因此，朗缪尔模型代表实验数据的基础上更好的回归系数的值。
弗吸附等温线方程的线性化形式:
3.6.性能评估
最大吸附容量（qmax）的CR在γ-Fe2O3纳米粒子吸附从朗缪尔等温线模型计算与文献值由表2中列出的qmax值为CR其他吸附剂的吸附。
所有的吸附剂用于CR吸附的qmax值大大低于γ-Fe2O3在此研究中的值，除了N，O羧甲基壳聚糖和CTAB改性壳聚糖珠。
然而，简单的制备方法和在磁场和电子性质导致简单的磁选γ-Fe2O3纳米粒子使这些粒子吸附能力比CR吸附在其他吸附剂中更好。
3.7再生的研究
表1朗缪尔和弗等温线方程参数,回归系数（r）对铬的吸附磁赤铁矿纳米颗粒在25◦C和pH值5.9。
朗格缪尔
aL（L·mg−1）
KL（L·g-1）
KL/aL[=qm]（mg·g−1）
RL*
r
6.857
1428.57
208.33
0.00146
0.9991
Freundlich
Kf（mg1−1/nL1/ng−1）
1/n
r
35.56
0.3241
0.9442
表2总结CR不同吸附剂的吸附能力
吸附剂类型
qmax（mgg−1）
参考
CTAB改性壳聚糖珠
352.5
[21]
Chitosan/montmorillonitenanocomposite
54.52
[27]
蒙脱土
12.70
[27]
钙基膨润土
膨润土
107.41
[28]
印楝叶粉
158.7
[29]
蔗渣粉煤灰
41.20
[31]
活性炭（实验室级）
11.89
[31]
酸活化赤泥
NaHCO3黑曲霉生物质预处理
从椰壳活性炭制备浓缩的精华
激活的介孔碳
Anilinepropylsilica干凝胶
玻璃粉
Fe2O3介空
N,O-carboxymeth
1.88
7.08
8.19
6.70
189
22.62
93.71
53
330.66
18.1
208.33
[32]
[32]
[33]
[37]
[38]
[39]
[41]
[42]
[47]
[48]
4.结论
总之，γ-Fe2O3纳米粒子与定义良好的直径（45nm）是由这样一个简单的，节省时间的和低成本的过程，在一个表面活性剂-微乳液，使用部分减少公司沉淀方法结合超声波搅拌。
这些纳米粒子有相对较高的吸附比类似的材料。
产生磁赤铁矿纳米颗粒的大小是由x射线衍射（XRD）分析和扫描电子显微镜（SEM）。
紫外可见吸收光谱被用来记录解决方案治疗后的吸附行为。
CR在498纳米的光吸收特性是选择监测吸附的过程。
铬的吸附等温线数据推导在室温和治疗根据朗缪尔和弗模型。
朗缪尔模型代表的CR实验吸附等温线数据磁赤铁矿纳米粒子比弗模型更成功。
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