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Scientific Reports volume 13、記事番号: 7831 (2023) この記事を引用

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4-クロロフェノール汚染は重大な環境問題です。 この研究では、アミン基で修飾された粉末活性炭を合成し、水性環境から 4-クロロフェノールを除去する効率を調査しました。 応答曲面法 (RSM) と中心複合設計 (CCD) を使用して、pH、接触時間、吸着剤の投与量、4-クロロフェノールの初期濃度などのさまざまなパラメーターが 4-クロロフェノールの除去効率に及ぼす影響を調査しました。 RSM-CCD アプローチは、実験を設計および分析するために R ソフトウェアに実装されました。 統計的分散分析 (ANOVA) を使用して、応答に影響を与えるパラメーターの役割を説明しました。 等温線と速度論の研究は、3 つのラングミュア、フロイントリヒ、テムキン等温モデルと 4 つの擬一次、擬似二次、エロビッチ、および粒子内速度論モデルを線形および非線形の両方で実行しました。 合成された吸着剤は、X 線回折 (XRD)、フーリエ変換赤外分光法 (FTIR)、および走査型電子顕微鏡 (SEM) 分析を使用して特性評価されました。 その結果、合成した改質活性炭は最大吸着容量316.1mg/gを有し、4-クロロフェノール除去効率が高いことがわかった。 最高の除去効率を実現する最適条件は、吸着剤の添加量 0.55 g/L、接触時間 35 分、4-クロロフェノールの初期濃度 110 mg/L、pH 3 でした。熱力学的研究により、吸着プロセスが次のとおりであることが示されました。発熱性かつ自発的。 合成された吸着剤は、5 回の連続サイクル後でも優れた再利用性を示しました。 これらの発見は、水性環境から 4-クロロフェノールを除去する効果的な方法としての修飾活性炭の可能性を示し、持続可能で効率的な水処理技術の開発に貢献します。

フェノールとその誘導体（合成有機化合物を含むクロロフェノールを含む）は、石油化学、石炭生産、ゴム、プラスチック、鉄鋼、アルミニウムなどの産業の廃液中に広く見られます。 これらの化合物は、環境中での相対的な安定性、生物学的分解に対する耐性、水に溶解する能力、および発がん性があるため、環境および健康への影響の点で重要です1。 クロロフェノール化合物は、堆積物や食物連鎖に蓄積する可能性があります。 これらの化合物は水資源に入り、環境中に長期間残留します。 4-クロロフェノール (C6H5ClO) は、石油化学、殺虫剤、除草剤、工業用染料、製薬業界で広く使用されているクロロフェノールの一種です2。

4-クロロフェノールは、皮膚との接触や短期間の吸入によって皮膚や目に炎症を引き起こします。 4-クロロフェノールへの長期曝露は、肝臓、腎臓、および中枢神経系に深刻な損傷を与えます3。 国際がん研究機関 (ICRA) はクロロフェノールをグループ B24 に分類し、米国環境保護庁は処理レベルとして地表水中のフェノールの閾値を 1 ppb (1 ppb) 未満に設定しています5。 4-クロロフェノールは、石灰化に対する安定性のため、他のクロロフェノールに比べて処理が困難です6。

近年、飲料水や廃水から 4-クロロフェノールを除去するために、化学酸化 7、生物学的浄化 5、湿式酸化 8 などのさまざまな技術が使用されています。 酸化方法では、危険な副生成物や大量の固形廃棄物が生成されることがよくあります。 高額な廃棄および再生コストが必要になります9。 フェノール廃水の生物学的処理プロセスの効率は、クロロフェノールの微生物に対する毒性、生物学的システムが衝撃負荷に耐えられないこと、および長い滞留時間のため、通常は満足のいくものではありません9。 化学的方法も多額の投資を必要とし、廃水中の可溶性化学物質の負荷が増加します10、11。 熱法では、ダイオキシンや煙霧などの不完全燃焼による有害な副生成物が空気中に放出されます12。 これらの化合物を除去するために最近開発された最も一般的な方法の 1 つは、汚染物質の表面吸着法に効果的な活性炭です 13。