在閱讀此文之前，麻煩您點選一下“關注”，既友善您進行讨論和分享，又能給您帶來不一樣的參與感，感謝您的支援。
文|盤虎說
編輯|盤虎說
«——【·前言·】——»
在本研究中，鐵去除水溶液中镉離子的效率是一種簡單有效的吸附劑。利用微波輔助水熱法在短時間内合成了所制備的吸附劑。
采用中心組合設計研究了各種因素對二價镉離子去除率的影響，獲得最大二價镉 去除率的最佳因素條件為:pH = 5.97，吸附劑用量為1.49g·L−1镉濃度:59.29毫克升−1，接觸時間:54.79分鐘。結果表明模型在預測水溶液中二價镉離子去除率方面具有理想的能力。
«——【·介紹·】——»
美國環境保護署已将镉、汞、砷、鎳、鉛和镉等重金屬歸類為有毒環境污染物。化學和其他工業将這些重金屬納入環境循環及其生态，如水、農産品和人體。由于許多重金屬會導緻人類的各種疾病，是以它們進入環境一直是人們關注的問題。
是以，有必要尋找高效且性能良好的合适方法來消除這些有毒金屬，已經做了許多努力來減少和消除重金屬，如化學沉澱、離子交換、反滲透、膜處理、蒸發、溶劑萃取和吸附。镉、汞、砷、鎳、鉛和镉
與其他方法相比，吸附法在初始成本、廢水的再利用、設計的簡單性和靈活性、容易操作、對污染物和有毒化合物不敏感以及沒有自由基方面受到了更多的關注。
納米粒子吸附金屬是一種環境友好的技術，近年來被研究作為從水和廢水中去除有機污染物和重金屬離子的有效試劑。
納米粒子在吸附中廣泛使用的原因包括高比表面積、更多的活性位點、高吸附效率、高反應性和納米粒子在水溶液中的分散能力。
KCC-1 (KAUST催化中心)是一種介孔二氧化矽，其具有球形纖維形态和蒲公英狀結構，表現出優異的性能，例如高比表面積、纖維表面形态、高機械穩定性、良好的熱和水熱穩定性。
多孔二氧化矽的表面性質和磁性納米粒子的磁性的結合可以實作具有多種功能的結構。
吸附劑磁化提供了一種利用外部磁場分離污染物的好方法，這種方法在回收和再利用、加速吸附過程、低污泥量和沒有二次污染物方面具有成本效益。纖維狀二氧化矽介孔是通過溶膠-凝膠法和正矽酸乙酯聚合合成的，并用磁性納米粒子磁化。
是以，有必要使用有機或礦物材料來修飾表面和磁性粒子。二氧化矽是保護磁性納米粒子最廣泛使用的材料，塗有二氧化矽的磁性納米粒子的表面是親水的，并且容易用其他官能團修飾。
統計模型已被用于優化許多學科的各種過程。實驗設計中使用的統計模型包括響應面方法,該方法用于優化所需響應受大量變量影響的過程。
通過這種方法，減少了實驗次數和二次回歸系數的可預測性，以及如何使用獨立變量的影響來測量一個或多個響應之間的關系。該方法有四個主要步驟，包括:實驗設計、模型拟合、模型驗證和過程優化。
采用溶膠-凝膠法制備磁性纖維狀二氧化矽介孔材料。這種材料具有高度有序的孔道結構和較大的比表面積，可提供大量的吸附位點。
使用響應面法進行優化，以确定最佳的操作條件和參數。在響應面法中，選擇二價镉離子的去除率作為響應變量，考慮以下影響因素：溶液pH值、初始镉離子濃度、吸附時間和材料用量。
通過設計一系列實驗，收集相應的資料，并應用響應面法分析這些資料。通過回歸分析，建立了二價镉離子去除率與操作條件之間的數學模型。
使用該數學模型，确定了最佳操作條件，以達到最高的二價镉離子去除率。此優化過程可提高去除效率，并最大程度地利用磁性纖維狀二氧化矽介孔的吸附能力。
本研究的主要目的是研究合成的磁性纖維狀介孔二氧化矽作為一種新型吸附劑對水溶液中二價镉 (離子的吸附效率，并利用響應面法确定最佳吸附條件。
«——【·實驗相關·】——»
這項工作中使用的化學材料，包括氧化鐵，氧化鐵，乙醇、氫氧化鈉、硝酸镉、氨、原矽酸四乙酯、十六烷基三甲基溴化铵、氯化鈉、鹽酸、環己烷和尿素購自德國的默克公司。
所有使用的試劑都是分析級的，溶液用去離子水制備。去離子水通過用于藥物純化水的裝置獲得。
從1000毫克升制備所需濃度的镉溶液−1镉儲存溶液，其通過将硝酸镉溶解在蒸餾水中而制備。使用硝酸調節溶液的pH值和氫氧化鈉。
溶液中镉的濃度通過WFX-210原子吸收光譜(瑞利模型)讀取。在吸附過程之後，通過離心儀器從溶液中分離吸附劑。粉末X射線衍射光譜是通過最大2400衍射儀使用Cu-Ka輻射獲得的。
使用鐵通過共沉澱合成氧化鐵納米顆粒2+和鐵3+在基礎媒體中。摩爾比為2∶1的16毫摩爾氧化鐵(I和8毫摩爾氧化鐵(與200毫升蒸餾水在90℃下在氮氣存在下在3000 rpm下混合30分鐘。
加入大約150毫升氨水溶液一滴一滴地加入，隻要pH在9至10的範圍内保持恒定。在加入氨的過程中，溶液的顔色逐漸從橙色變為棕色，然後變為黑色，表明形成了鐵3O4納米粒子。
為此，将0.1 g氧化鐵納米顆粒分散在作為溶劑的80 mL乙醇和20 mL水以及作為催化劑的0.5mL 28%氨的混合物中，超聲30分鐘，然後攪拌15分鐘。
然後在攪拌下滴加0.1 g原矽酸四乙酯作為前體。溶液在室溫下置于強力滅菌器下12小時。
實驗采用批量吸附實驗研究了鐵對水溶液中二價镉的吸附，實驗在100毫升錐形瓶中進行，該錐形瓶含有50毫升已知濃度的二價镉溶液和所需量的吸附劑。
在與吸附劑混合之前，通過添加0.1毫升氫氧化鈉或0.1 毫升硝酸将每種镉(溶液的pH值調節至所需值為3。在典型的實驗中，镉的斯托克溶液并通過用去離子水稀釋它們來獲得其它溶液的濃度。
機械攪拌混合物以達到平衡，之後，通過使用磁體的磁分離從溶液中取出吸附劑，并使用WFX-210原子吸收光譜儀(瑞利型)測量溶液中金屬離子的殘留濃度。
«——【·結果·】——»
鐵的紅外光譜記錄結果顯示纖維狀二氧化矽殼的存在可以通過其在1089厘米的特征譜帶得到證明。
鐵的紅外光譜大約3431厘米的寬帶，其是由于自由水分子、表面上的矽烷醇基或吸附水分子的O-H伸縮振動。此外，峰值在1631厘米–1歸因于氫氧氫彎曲振動。峰值出現在565厘米處是由于Fe-O伸縮振動，這與磁鐵礦。
鐵的形貌和粒度進行了掃描電子顯微鏡研究，所制備的鐵的标準電子元件圖像可以看出其具有單分散和均勻形狀的放射狀纖維結構的球體。這種纖維結構有助于品質傳遞，并增加活性部位的可及性。
正态機率圖是一種比較資料集和正态分布的圖形工具。它可以與線性回歸模型的标準化殘差一起使用。正态機率與學生化殘差圖顯示可以用于二價镉2+從水溶液中去除。
預測廢水進行中污染物的去除率對于了解吸附反應的機理和反應途徑是重要的。用準一級和準二級動力學模型描述了鐵對二價镉的吸附動力學3O4@SiO2@KCC-1吸附劑。
在污染物的去除中，需要解吸二價镉離子并重複使用吸附劑用于其他連續的循環，以開發成本有效的技術。
為此，将1.0克吸附劑加入到100毫升1摩爾的硝酸的溶液并攪拌30分鐘。然後，過濾溶液，并測定溶液中殘留的镉濃度。
本項目中測試的模型的适用性已針對真實樣本，實驗使用飲用水和添加了不同量的二價镉的工業廢水樣品進行并在優化條件下按照一般程式進行處理。結果表明，随着镉濃度的增加，去除效率值降低。
通過實驗設計和統計分析，得出了最佳工藝條件。在優化的工藝條件下，磁性纖維狀二氧化矽介孔材料能夠實作高效選擇性地去除二價镉離子。通過表面吸附等機制，該材料還展現出良好的重複使用性能和穩定性。
事實上，每種吸附劑對于污染物的吸附都具有有限數量的活性吸附位點。在更高的濃度下，去除效率降低，因為吸附劑表面上的這些活性位點被污染物飽和。結果顯示了理想的去除率，證明了為實際樣品提出的吸附劑的優異性能。
«——【·筆者認為·】——»
在這項研究中，Fe3O4@SiO2@KCC-1作為一種有效的吸附劑用于去除镉離子，并通過不同的技術如傅裡葉變換紅外光譜學、X射線衍射、平衡發射極半導體、标準電子元件、透射電子顯微鏡和振動樣品磁強計對吸附劑進行了表征。
本研究通過響應面法優化了磁性纖維狀二氧化矽介孔體系，用于選擇性和高效去除二價镉離子。
優化後的體系表現出卓越的去除性能，具有潛在的應用前景。進一步的研究可以探索該體系在其他重金屬離子的去除中的應用，并對其吸附機制進行深入研究。
在響應面法下，利用 電荷耦合裝置研究了不同參數對二價镉去除率的影響。朗缪爾和弗羅因德利克等溫模型對平衡資料進行了研究，并用弗羅因德利克模型進行了很好的拟合。
利用朗缪爾模型，研究了鐵對镉的最大吸附量3O4@SiO2@KCC-1為59.17毫克克−1在pH 6和吸附劑劑量為2g/L的條件下−1接觸時間為60分鐘。
這種吸附劑在除镉中的高吸附容量是由于其多孔結構和許多孔隙的存在。對動力學模型進行了研究，并用拟二級模型進行了很好的拟合。吸附劑吸附到吸附劑中的複雜機理是擴散到吸附劑中發生的途徑。
這些路徑可以被認為是物質通過的平行路徑。當一種材料可以從幾個平行的路徑滲透時，擴散速率較高的路徑總是會對轉移過程産生較大的影響。擴散機制通常基于兩種模型，“孔隙擴散”和“表面或固體擴散”模型，或這兩種模型的組合。
在孔隙擴散模型中，孔隙擴散系數和在固體擴散模型中，固體表面擴散系數控制吸附速率，而在混合模型中，有效擴散系數是兩者的函數。Fe的比較3O4@SiO2@KCC-1與文獻報道的其他吸附劑顯示了理想的吸附劑吸附容量。
結果表明，Fe3O4@SiO2@KCC-1可以作為從水溶液中去除二價镉的簡單吸附劑。該吸附劑具有操作簡單、高效、經濟等優點，是去除水溶液中二價镉的理想吸附劑。
«——【·參考文獻·】——»
陳忠權，《活性污泥法工藝中曝氣池-二次沉澱池系統的綜合計算模式與協調運作排程》，2002年。
徐莉柯，《初始pH對厭氧環境下污泥中抗生素抗性基因行為特征的影響 》， 生态毒理學報 ， 2015年。
埃斯特班加西亞，《不同施肥處理對蔬菜土壤中抗生素抗性基因多樣性與豐度的影響》，今日催化雜志，2018年 。
喬爾科達圖，《太陽能光芬頓和活性炭吸附去除城市廢水中的抗生素、抗生素耐藥性決定因素和毒性》，環境科學與技術國際出版社，2017年。
斯特凡，《在廢水處理過程中增加強體保留時間是否會影響抗生素抗性基因的持久性？》 ，環境污染與防治期刊，2013年。
佩雷伯格，《從經抗生素處理的半精養魚塘中分離出的系統發育多樣的氣單胞菌中抗生素耐藥性增加的證據》，牛津大學出版社，2003年。