用CTAB修改的摩洛哥illite从模拟的染料溶液中可持续地去除阳离子和阴离子染料:整合实验优化和计算分析

科学领域:

• 环境化学环境化学
• 材料科学 材料科学 材料科学
• 吸附科学 吸附科学

背景情况:

• 工业废水中的合成染料对环境构成重大风险.
• 有效地去除诸如酸7 (AO7) 和基本黄色87 (BY87) 等染料对于环境保护至关重要.
• 废水处理需要创新和高效的吸附材料.

研究的目的:

• 为了研究AO7和BY87对 cetyltrimethylammonium化物 (CTAB) 修饰的摩洛哥伊利特粘土的吸附.
• 为了描述改造的粘土,并了解吸附机制.
• 使用统计模型优化吸附过程,探索分子相互作用.

主要方法:

• 用CTAB.修改摩洛哥伊利特粘土的方法.
• 批量吸附实验以确定吸附能力和最佳条件 (pH,固体-液体比,接触时间).
• 使用CEC,XRD,XRF,SEM,Raman,BET进行表征,并分析吸附等温度 (Langmuir) 和动力学 (伪二阶).
• 使用响应表面方法 (RSM) 和人工神经网络 (ANN) 的过程优化.
• 通过密度函数理论 (DFT) 和分子动力学 (MD) 模拟来阐明分子相互作用.

主要成果:

• 经CTAB修改的伊利特粘土具有很高的吸附能力:AO7的吸附能力为152.19 mg/g,BY87的吸附能力为129.68 mg/g.
• 最佳吸附发生在pH 6.5下,固体-液体比为3g/L,接触时间为30分钟.
• 吸附遵循兰格穆尔等温和和伪二阶动力学,表明单层吸附.
• 热力学分析证实了自发和外热吸附过程.
• 对于过程优化,RSM和ANN模型实现了高预测精度 (R2>0.98).
• DFT和MD模拟确定了静电力,键和π-π相互作用作为关键机制.

结论:

• 经CTAB修改的伊利特粘土是一种高效且有前途的吸附剂,用于从废水中去除合成染料.
• 该研究提供了对吸附机制和过程优化的全面了解.
• 这项研究有助于可持续的废水处理,并与联合国可持续发展目标 (可持续发展目标6,12,13) 保持一致.