Pengenalan hasil
Menggunakan gangue batubara (CG) sebagai bahan baku, gangue batubara termodifikasi besi-tembaga (Fe2O3-CuO/rCG) dibuat melalui kalsinasi, pelindian asam, dan modifikasi logam. Morfologi dan struktur Fe2O3-CuO/rCG dikarakterisasi dan dianalisis, serta efisiensi degradasi dan mekanisme sistem Fe2O3-CuO/rCG/H2O2 pada polutan organik benzotriazol nitrogen heterosiklik yang sulit terdegradasi (BTA) dipelajari.
Hasilnya menunjukkan bahwa luas permukaan spesifik dan volume pori total Fe2O3-CuO/rCG meningkat secara signifikan setelah modifikasi, dan Fe2O3 serta CuO berhasil mengisi pori-pori material;
Kondisi persiapan Fe2O3-CuO/rCG yang optimal adalah suhu kalsinasi 650 derajat, waktu kalsinasi 3 jam, dan konsentrasi pemuatan ion logam 0,07 mol/L;
Mekanisme penggandengan Fe2O3-CuO/rCG seperti sistem Fenton untuk menghilangkan BTA terutama mencakup adsorpsi dan degradasi katalitik. Adsorpsi terutama meliputi pengisian rongga, adsorpsi ligan dan ikatan hidrogen. Dalam proses degradasi katalitik, OH dan 1O2 merupakan spesies aktif utama, dan 1O2 merupakan spesies dominan. Siklus redoks Fe2+/Fe3+ dan Cu+/Cu2+ mempercepat pembentukan spesies aktif dalam sistem mirip Fenton.
Pengembangan inovatif
1. Siapkan katalis baru mirip Fenton menggunakan limbah padat industri coal gangue (CG), kemudian mengadsorpsi dan mendegradasi benzotriazol (BTA) dalam air limbah.
2. Luas permukaan spesifik dan volume pori total Fe2O3-CuO/rCG meningkat secara signifikan dibandingkan dengan CG, dan Fe2O3 serta CuO berhasil dimuat.
3. Efek adsorpsi meliputi pengisian pori, ikatan hidrogen dan adsorpsi ligan. OH dan 1O2 adalah spesies aktif utama dalam proses degradasi katalitik, dan 1O2 dominan.
4. Cu+ mendorong siklus Fe3+/Fe2+, memainkan efek sinergis, dan memperkuat H2O2 untuk menghasilkan lebih banyak spesies oksigen aktif.
Pengenalan teks lengkap
Gangue batubara (CG) adalah limbah padat industri yang dihasilkan selama penambangan dan pencucian batubara. Menurut statistik, CG negara saya telah terakumulasi lebih dari 7 miliar ton dan terus tumbuh dengan kecepatan 280 juta ton per tahun. Dibandingkan dengan keluaran CG yang besar, efisiensi pemanfaatan CG masih sulit untuk memenuhi kebutuhan pengobatannya yang besar. Jika tidak ditangani dengan baik maka akan menimbulkan kerusakan lingkungan, seperti emisi gas berbahaya akibat pembakaran spontan pegunungan gangue, masuknya logam berat ke dalam air tanah serta pencemaran badan air akibat erosi air hujan. Saat ini, metode pemanfaatan sumber daya untuk CG meliputi pembangkit listrik dengan pembakaran, pembuatan bahan bangunan, dan ekstraksi produk kimia.
Air limbah kimia mengandung zat fenolik konsentrasi tinggi, hidrokarbon aromatik polisiklik, dan senyawa nitrogen heterosiklik (NHC). Diantaranya, NHC memiliki ekotoksisitas yang lebih tinggi dibandingkan hidrokarbon aromatik polisiklik serupa karena polaritasnya yang tinggi. NHC seperti benzotriazole (BTA) mempunyai dampak negatif terhadap kualitas lingkungan dan kesehatan manusia karena toksisitas, karsinogenisitas, dan mutagenisitasnya. Saat ini, metode pengolahan senyawa toksik tahan api konsentrasi tinggi meliputi metode biologis (bioaugmentasi atau kombinasi proses), metode fisik (teknologi adsorpsi, ekstraksi dan pengolahan membran) dan metode kimia (proses oksidasi lanjutan).
Dalam makalah ini, CG digunakan sebagai bahan baku pembuatan Fe2O3-CuO/rCG melalui kalsinasi, pelindian asam dan modifikasi logam, serta dilakukan karakterisasi dan analisis. Efisiensi adsorpsi dan degradasi serta mekanisme sistem Fe2O3-CuO/rCG/H2O2 pada BTA dalam air dipelajari.
1) Setelah CG dimodifikasi menjadi Fe2O3-CuO/rCG, luas permukaan spesifik dan volume pori total meningkat secara signifikan, dan lokasi adsorpsi meningkat; Fe2O3 dan CuO berhasil mengisi pori-pori material, sehingga kondusif bagi adsorpsi dan degradasi BTA.
2) Kondisi persiapan optimal Fe2O3-CuO/rCG: suhu kalsinasi 650 derajat, waktu kalsinasi 3 jam, konsentrasi pemuatan ion logam 0,07 mol/L. Kondisi reaksi optimal untuk degradasi Fe2O3-CuO/rCG BTA: konsentrasi massa awal BTA 30 mg/L, Fe2O3-CuO/rCG dosis 2 g/L, konsentrasi H2O2 7 mmol/L, pH 5~9 dapat mencapai efek degradasi yang baik.
3) Fe2O3-CuO/rCG dapat menghilangkan BTA dengan baik pada dua siklus pertama, dan tingkat penghilangan BTA masih dapat mencapai 75,15% setelah penggunaan kedua; tingkat penghapusan TOC dalam dua siklus pertama adalah 87,69% dan 65,64%, dan tingkat penghapusan TN masing-masing adalah 84,27% dan 48,04%.
4) Ada dua mekanisme utama untuk menghilangkan BTA oleh sistem Fenton yang digabungkan dengan Fe2O3-CuO/rCG: adsorpsi dan degradasi katalitik. Adsorpsi terutama meliputi pengisian celah, ikatan hidrogen dan adsorpsi ligan. Spesies aktif dalam proses degradasi katalitik adalah ·OH dan 1O2, dan 1O2 dominan. Fe2O3-CuO/rCG yang disiapkan dalam penelitian ini dapat mewujudkan pemanfaatan sumber daya CG dan pengolahan air limbah kimia yang mengandung BTA secara efisien dan berbiaya rendah, sehingga mencapai tujuan mengolah limbah menjadi limbah dan mengubah limbah menjadi harta karun, dengan karbon rendah, hemat energi, efisiensi tinggi dan perlindungan lingkungan.