水の浄化

Scientific Reports volume 12、記事番号: 15832 (2022) この記事を引用

有機溶媒 (例: トルエンやテトラヒドロフラン) と金属イオン (例: Cu2+) による共汚染は、工業廃水や工業用地では一般的です。 この原稿では、銅イオンの非存在下での水からの THF の分離、および THF と銅、またはトルエンと銅のいずれかで共汚染された水の処理について説明します。 テトラヒドロフラン (THF) と水は、ラウリン酸が存在しない場合には自由に混和します。 プロトン核磁気共鳴 (1H NMR) および減衰全反射フーリエ変換赤外分光法 (ATR-FTIR) によって実証されるように、ラウリン酸は 2 つの溶媒を分離します。 1 M ラウリン酸を使用して 3:7 (v/v) THF:水混合物から分離された水相の純度は、約 87%v/v です。 シンクロトロン小角 X 線散乱 (SAXS) は、ラウリン酸が THF 中で逆ミセルを形成し、水の存在下で (内部に水をホストするために) 膨潤し、最終的に 2 つの遊離相、1) THF に富んだ相、2) をもたらすことを示しています。 ）水分が豊富。 脱プロトン化されたラウリン酸 (ラウリン酸イオン) は、THF (水からの分離後) またはトルエン (水に不混和性) 中で Cu2+ イオンの移動を誘発し、水からの除去を可能にします。 ATR-FTIRによって示されるように、ラウリン酸イオンと銅イオンは、化学結合ではなく物理的相互作用(例えば、静電相互作用)を通じて相互作用する可能性が高い。 誘導結合プラズマ発光分析 (ICP-OES) は、CuSO4 または CuCl2 とトルエンによって共汚染された水から Cu2+ イオンを最大 60% 除去することを実証します。 ラウリン酸は銅イオンの非存在下で水とトルエンを乳化しますが、銅塩は乳濁液を不安定にします。 これは、銅イオンがトルエン相中で移動した後、銅イオンがトルエンと一緒に水相に再飛来するのを避けるために有利です。 乳剤の安定性に対する銅イオンの影響は、ラングミュアトラフを使用して調べた、界面活性の低下と界面膜の圧縮剛性に基づいて説明されます。 廃水処理では、ラウリン酸（粉末）を汚染水に直接混合することができます。 地下水浄化の文脈では、ラウリン酸をキャノーラ油に可溶化することで、ラウリン酸を注入して有機溶剤と Cu2+ によって共汚染された帯水層を処理できるようになります。 この用途では、カチオン性ヒドロキシエチルセルロース (HEC +) を注入して得られる注入用フィルターが、トルエンとその中で分配された銅イオンの流れを妨げ、下流の受容体を保護します。 その後、共汚染物質をフィルターの上流で（ポンプ井を使用して）抽出することができ、帯水層からの共汚染物質の同時除去が可能になります。

産業活動により、鉛、クロム、ヒ素、亜鉛、カドミウム、水銀、銅などの水溶性の有毒な重金属が地下水中に放出されます1,2。 銅は肥料や殺虫剤スプレー、建築資材、農業廃棄物や都市廃棄物に使用されており、地下水中の銅濃度が高くなっています1。 炭化水素は工業プロセスでも広く使用されており、最も一般的な地下水汚染物質の 1 つです3。 THF は医薬品や農薬の中間体の製造に使用されていたため、地下水および産業廃水の汚染物質です。 重金属、炭化水素、水混和性有機溶媒 (ジオキサンや THF など) は、工業用地では共汚染物質として存在することがよくあります 6、7、8、9、10、11。

重金属の処理には、動電学的修復12、13、14、15、16、ナノ粒子を使用した除去17、およびポンプと処理による重金属の可溶化と抽出を促進する添加剤による土壌フラッシングが含まれます1。 ポンプと処理では、揚水井戸を使用して汚染物質を抽出し、地下水を現場外で処理し、処理後に最終的に再注入します18。 一例として、エチレンジアミン四酢酸 (EDTA) は、ポンプと処理と組み合わせて銅を修復するために使用されています19。 私たちの以前の研究では、同じ目的でラウロイル乳酸ナトリウム（SLL）を使用しました20。 これらのアプローチでは、重金属と、THF などの混和性溶媒などの共汚染物質を同時に除去することはできません。