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Jun 03, 2024

Hohe spezifische Oberfläche γ

Scientific Reports Band 13, Artikelnummer: 6131 (2023) Diesen Artikel zitieren 1079 Zugriffe 3 Zitate 3 Altmetrische Metrikdetails Aluminiumoxid (Al2O3)-Nanopartikel (NPs) sind besonders adsorbierende NPs

Wissenschaftliche Berichte Band 13, Artikelnummer: 6131 (2023) Diesen Artikel zitieren

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3 Altmetrisch

Details zu den Metriken

Aluminiumoxid-Nanopartikel (Al2O3) sind besonders adsorbierende NPs mit einer hohen spezifischen Oberfläche (SSA), die durchaus zur Wasserreinigung eingesetzt werden können. In dieser Studie werden reine γ-Aluminiumoxid-NPs erfolgreich durch die Kopräzipitationsmethode synthetisiert und die Auswirkung der Ammoniumbicarbonatkonzentration auf die synthetisierten NPs untersucht, um die optimale Konzentration zu finden, die die höchste Kapazität zur Entfernung von Kupferionen aus Wasser bietet. Die Ergebnisse zeigen, dass kugelförmige Aluminiumoxid-NPs mit durchschnittlichen Durchmessern im Bereich von 19–23 nm mit unterschiedlichen Konzentrationen des Fällungsmittels gebildet werden und die Konzentration keinen signifikanten Einfluss auf die Morphologie der NPs hat. Darüber hinaus beeinflusst die Konzentration des Fällungsmittels die optischen Eigenschaften der hergestellten Aluminiumoxid-NPs und die Bandlückenenergien der Proben variieren zwischen 4,24 und 5,05 eV. Der wichtigste Einfluss der Fällungsmittelkonzentrationen spiegelt sich in ihrer SSA und Kapazität zur Entfernung von Kupferionen wider. Ultrahohe SSA = 317 m2/g, und die höchste Kupferentfernung bei der Adsorbatkonzentration von 184 mg/L wird in einer alkalischen Lösung erreicht, gefolgt von eine neutrale Lösung. Allerdings wird sogar in sauren Lösungen mit 0,9 g/L der bei einer bestimmten Ammoniumbicarbonatkonzentration synthetisierten Aluminiumoxid-NPs eine bewundernswerte Kupferentfernung von 98,2 % erreicht, sodass diese Probe ein guter Kandidat für die Entfernung von Cu-Ionen aus saurem Abwasser sein kann.

Die Herstellung nanostrukturierter Metalloxidmaterialien hat in letzter Zeit aufgrund ihrer einzigartigen Eigenschaften, wie z. B. einem hohen Oberfläche-zu-Volumen-Verhältnis, einer hohen Oberflächenreaktivität und ungewöhnlichen elektrischen Eigenschaften, große Aufmerksamkeit erhalten. Metalloxide werden häufig in elektronischen und photonischen Geräten, in der Medizin sowie als Katalysatoren und Photokatalysatoren eingesetzt. Besonders erwünscht waren sie in vielen wissenschaftlichen Bereichen, darunter Chemie, Materialwissenschaften, Physik, Medizin und Elektronik1,2,3.

Aluminiumoxid, allgemein bekannt als Tonerde, ist eines der am häufigsten in der Industrie verwendeten Metalloxide. Aluminiumoxid-Nanopartikel werden aufgrund ihrer interessanten Eigenschaften wie Säure-Base-Eigenschaften, hohe spezifische Oberfläche (SSA), strukturelle Stabilität, niedrige Kosten, mechanische und thermische Stabilität, gute mechanische Festigkeit, flüchtige Säure und Wärmeleitfähigkeit häufig in adsorptionsbasierten Anwendungen eingesetzt , Steifigkeit, Inertheit gegenüber den meisten Säuren und Laugen, Adsorptionsfähigkeit, Verschleißfestigkeit, Oxidation, gute elektrische und chemische Beständigkeit, elektrische Isolierung, hohe Schmelzpunkte sowie ungiftig. Zu diesen Merkmalen zählen die große Oberfläche und die offene Porosität, die den Einsatz von γ-Aluminiumoxid als Katalysatoren und Adsorptionsmittel in der Erdölraffinerie und der petrochemischen Industrie ermöglichen4,5,6,7,8.

Im Gegensatz zu organischen Schadstoffen werden Schwermetalle nicht auf natürliche Weise abgebaut und neigen dazu, sich in lebenden Organismen anzusammeln. Viele Schwermetallionen sind die häufigsten toxischen Schadstoffe, die meist in Industrieabwässern zusammengefasst werden. Zu den giftigen Schwermetallen, denen bei der Behandlung von Industrieabwässern besondere Aufmerksamkeit zukommt, gehören Kupfer, Nickel, Blei, Quecksilber, Zink, Chrom und Cadmium9.

Kupferionen (Cu2+) sind eines der schädlichen Schwermetalle, die in kommunalen Abwässern und Industrieabwässern reichlich und natürlich vorkommen und sehr schädlich für die menschliche Gesundheit sind10. Kupferionen, eine toxische Verunreinigung der Trinkwasserressourcen, sollten eliminiert werden, da sie bei unzulässigen Dosierungen (mehr als 2 mg/L) ein gefährliches Risiko für menschliche Gesundheitsprobleme wie Kopfschmerzen, Depressionen und Lernschwierigkeiten darstellen11. Die Adsorption gilt aufgrund ihrer Einfachheit, Flexibilität und hohen Effizienz in industriellen Anwendungen als eine der vielversprechendsten Methoden zur Entfernung toxischer Metalle aus wässrigen Lösungen12. Der Einsatz nanoskaliger Materialien in diesem Bereich hat aufgrund ihrer großen spezifischen Oberfläche und übermäßigen aktiven Gruppen große Aufmerksamkeit erregt.

Aluminiumoxid-Nanopartikel (Al2O3-NPs) sind wichtige anorganische Materialien mit einem guten Adsorptionsvermögen, einer hohen Beständigkeit gegenüber chemischen Stoffen und einer hervorragenden Leistung, was sie zu einem guten Katalysatorkandidaten für viele chemische Reaktionen und dem besten Kandidaten für die Wasseraufbereitung macht. Daher haben verschiedene Forschungsgruppen Aluminiumoxid-Nanostrukturen synthetisiert und sie verwendet, um eine Vielzahl von Schadstoffionen aus Wasser zu entfernen. Beispielsweise haben SM Siahpoosh et al. haben Aluminiumoxid-Nanopartikel mithilfe der Sol-Gel-Methode synthetisiert und sie genutzt, um Nickelverunreinigungen aus Wasser zu entfernen13. Auch Mahdavi et al.14, Amin et al.15 und Shojaei Bahabad et al.16 haben Nano-Aluminiumoxid entwickelt, um einige Schwermetalle wie Pb(II), Cu(II), Cd(II) und Ni( II) aus wässrigen Lösungen. Außerdem haben Huimin Zhang et al.17 und Sara Al-Salihi et al.18 Nano-Aluminiumoxid verwendet, um kongoroten Farbstoff aus Wasser zu entfernen. Daher gilt Nano-Aluminiumoxid als hervorragende Nanostruktur für die Wasseraufbereitung.

Aluminiumoxid kann in mehreren metastabilen Übergangsphasen synthetisiert werden, abhängig von der Herstellungsmethode sowie von Syntheseparametern wie Rührzeiten, Kalzinierungstemperatur, Vorläufer, pH-Wert der Lösung, Ausgangsmaterial und auch Zusatzstoffen wie organischen Zusatzstoffen und Chelatbildnern4,19. Eine bekannte Gruppe von Aluminiumoxiden wie η, χ, ρ und γ-Al2O3, die als Al2O3.n H2O bezeichnet wird (n ist eine Zahl zwischen 0 und 6), entsteht bei niedriger Temperatur durch Dehydratisierung von Böhmit und Bayerit ~ 600 °C. Andere Aluminiumoxidgruppen wie θ, δ, κ und α-Al2O3, die als wasserfreies Al2O3 bezeichnet werden, werden hingegen meist bei Hochtemperaturkalzinierung im Bereich von ~ 900 bis 1000 °C hergestellt. Der Phasenübergang in Aluminiumoxid folgt der Reihenfolge Böhmit → γ-Al2O3 → δ-Al2O3 → θ-Al2O3 → α-Al2O3. γ-Aluminiumoxid und α-Aluminiumoxid sind die einzigen Arten von Aluminiumoxid, die bisher kommerziell hergestellt werden20,21. Außerdem kann Nano-Aluminiumoxid auf verschiedenen Wegen synthetisiert werden, z. B. durch Hydrothermal22, mechanisches Mahlen23, Kopräzipitation24,25, Dampfphasenreaktion26, Lichtbogenplasma27, Sol-Gel21 und homogene Präzipitation28. Die Co-Präzipitationsmethode (CPM) ist eine einfache, einfache und kostengünstige Synthesemethode, die die Möglichkeit bietet, die Kristallgröße und Morphologie der Partikel zu steuern und zahlreiche Möglichkeiten der NPs zu bieten, um die Partikeloberfläche und -eigenschaften durch Bestimmung der anzupassen relative Keimbildungs- und Wachstumsraten während des Syntheseprozesses, insbesondere beim Entfernen des Lösungsmittels29,30,31. Außerdem wurden verschiedene Fällungsmittel wie Natriumcarbonat, Natriumbicarbonat, Ammoniumcarbonat, Ammoniumbicarbonat32, Ammoniumhydroxid31 und Hexamethylentetramin33 sowie unterschiedliche Syntheseparameter verwendet, um Al2O3-Nanopulver mit hoher spezifischer Oberfläche (SSA) zu synthetisieren. Einige berichtete SSA- und Synthesebedingungen des Nano-Aluminiumoxids sind zum Vergleich in Tabelle 1 zusammengestellt.

Wie Sie beobachten können, haben die Fällungsmittel und der Syntheseweg einen erheblichen Einfluss auf die SSA des synthetisierten Nano-Aluminiumoxids. Daher führte die Verwendung von NH4HCO3 in der Co-Fällungsmethode zu einem höheren Wert der Nano-Aluminiumoxid-SSA als andere Fällungsmittel. Daher kann dieses Fällungsmittel ein guter Kandidat sein, um Nano-Aluminiumoxid mit hohem SSA zu erreichen. Darüber hinaus handelt es sich bei der Kopräzipitationsmethode um eine einfache, schnelle und kostengünstige Methode mit niedrigerer Temperatur und der Möglichkeit, die Kristallgröße und Morphologie der Probe leicht zu steuern, die Stöchiometrie gut zu steuern und die Gesamthomogenität für die Synthese der Nanopartikel zu gewährleisten.

Daher wird die Kofällungsmethode zur Synthese der Aluminiumoxid-NPs mit hohem SSA-Wert ausgewählt. Außerdem wurde NH4HCO3 als Fällungsmittel ausgewählt, da mit diesem Material die höchste SSA erreicht wurde. Nach unserem besten Wissen gibt es in der Literatur keine Belege für die Untersuchung der Auswirkung der molaren NH4HCO3-Konzentration auf die Eigenschaften synthetisierter Aluminiumoxid-Nanopartikel oder Bemühungen, die optimalen Aluminiumoxid-Nanopartikel mit der höchsten SSA für die Wasseraufbereitung zu erzielen. Daher wird in der Arbeit die Synthese von Al2O3-Nanopartikeln unter Verwendung unterschiedlicher Mengen an NH4HCO3 durch die Co-Präzipitationsmethode durchgeführt, um die Auswirkung der molaren NH4HCO3-Konzentration auf die charakteristischen Eigenschaften von Nano-Aluminiumoxid und die Entfernung von Kupferionen als toxischem Metall aus wässrigen Lösungen zu berücksichtigen . Die Ergebnisse zeigen, dass die molare Konzentration von NH4HCO3 ein wesentlicher Parameter ist, der die Eigenschaften von Aluminiumoxid-NPs und die Entfernung von Cu2+-Ionen aus Wasser beeinflusst.

Aluminiumnitrat (Al(NO3)3, 95 %), Ammoniumbicarbonat (NH4HCO3, 98 %), Natriumchlorid (NaCl, 99 %) und NaOH wurden von der Firma Merck gekauft und ohne weitere Reinigung verwendet.

Für die Synthese von Al2O3-Nanopartikeln wurden 2,5 g Aluminiumnitrat (Al(NO3)3) und eine bestimmte Masse Ammoniumbicarbonat (0,6, 0,8, 1 und 1,2 g NH4HCO3) in 60 ml entionisiertem Wasser (DI-Wasser) gelöst ) separat auf zwei verschiedenen Magnetrührern bei Umgebungstemperatur für 15 min. Anschließend wurden zwei vorherige Lösungen in 40 ml entionisiertes Wasser gegeben und mit zwei Tropfern in ein Reaktionsgefäß auf einem eingestellten Magnetrührer bei einer Temperatur von 70 °C gegeben, um die Lösungen fertigzustellen.

Danach wurden 8 g NaOH in 100 ml entionisiertem Wasser 15 Minuten lang auf einem Magnetrührer bei Umgebungstemperatur gelöst und mit einer Pipette in die vorherige Lösung gegeben, um den pH-Wert der Lösung auf 8 einzustellen. Der Niederschlag wurde 3 Stunden lang stehen gelassen einem auf 70 °C eingestellten Magnetrührer. Als nächstes fallen Al-Kationen in Form von Hydroxiden aus. Der weiße Niederschlag wurde mit entionisiertem Wasser (dreimal) und Ethanol (zweimal) gewaschen, um alle Verunreinigungen, einschließlich Na-Ionen usw., zu entfernen. Anschließend wurde das Aluminiumoxidprodukt zum Trocknen 12 Stunden lang in einen Ofen bei 70 °C überführt.

Die Kalzinierung aller Aluminiumoxidproben wurde in einem programmierbaren Ofen bei 550 °C für 2 Stunden mit einer Temperaturrate von 30 °C/min durchgeführt. Die weißen kalzinierten Proben, die mit unterschiedlichen NH4HCO3-Massen (0,6, 0,8, 1 und 1,2 g) hergestellt wurden, wurden entsprechend der verwendeten NH4HCO3-Masse als RA-0,6, RA-0,8, RA-1 bzw. RA-1,2 gekennzeichnet. Das Flussdiagramm des Syntheseprozesses von Aluminiumoxid-NPs ist in Abb. 1 dargestellt.

Flussdiagramm der Syntheseprozesse von Aluminiumoxid-NPs.

Die Fourier-Transformations-Infrarotspektroskopie (FTIR) mit einem Shimadzu-Spektrometer, Modell 8400S, wurde mit der KBr-Scheibentechnik im Bereich von 400–4000 cm−1 durchgeführt, um die Struktur, die Schwingungsmodi und die chemische Bindungskonfiguration der Aluminiumoxidproben zu untersuchen. Die weißen Pulver wurden durch Röntgenbeugung (XRD), Modell ADVANCE-D8, mit einer Cu-kα-Strahlungsquelle (λ = 1,5406 Å) im Bereich von 2θ = 10–90° untersucht, um die Phasen und die Kristallinität zu identifizieren mit Aluminiumoxid kalzinierte Proben. Zur Untersuchung der Oberflächenmorphologie und Elementaranalyse der Proben wurden Feldemissions-Rasterelektronenmikroskopie (FESEM) und dispersive Röntgenanalyse (EDX) sowie ein TESCAN-Modell MIRA3-Mikroskop eingesetzt. Die optischen Eigenschaften der Aluminiumoxidproben wurden mithilfe der diffusen Reflexionsspektroskopie (DRS) mit dem Avaspec-2048-TEC-Gerät untersucht. Die spezifischen Oberflächen (SSA) der Proben wurden anhand der Brunauer-Emmett-Teller-Theorie (BET) mithilfe von Stickstoffadsorptions-Desorptions-Isothermendaten geschätzt, die bei –196 °C (77 K) auf einem Adsorptionsgerät mit konstantem Volumen mit Micromeritics Gemini erhalten wurden VII-Version 5.03. Die Proben wurden vor der BET-Analyse 3 Stunden lang bei 200 °C entgast.

Die Adsorption von Kupferionen durch synthetisiertes Nano-Aluminiumoxid wurde untersucht, indem 55 ml Cu2+-Ionenlösung (184 ppm) bei Raumtemperatur entnommen wurden. Zur Untersuchung der Entfernung von Kupferionen aus Wasser wurden 0,050 g synthetisiertes Nano-Aluminiumoxid in dieser sauren Lösung (pH = 5,8) auf einem Magnetrührer gelöst und die Adsorptionsreaktionen mithilfe von Atomabsorptionsspektroskopie (AAS) an der Lösung nach dem Filtrieren untersucht Abtrennung der Aluminiumoxid-NPs unter Verwendung eines Sinterglasfilters Nr. 4, um die Menge an Kupfer im Wasser zu bewerten. Das Flammen-Atomabsorptionsspektrometer 240AA von Agilest Technologies wurde verwendet, um die AAS des simulierten Wassers zu erhalten und die Kupferionenkonzentration in der Lösung zu bestimmen. Die Nano-Aluminiumoxidprobe mit der besten Entfernungseffizienz von Cu2+ unter sauren Bedingungen wurde unter den gleichen experimentellen Bedingungen auch in neutralen und alkalischen Lösungen (pH = 7 und 8) weiter untersucht.

Um den Nullpunkt der Ladung (PZC) für die synthetisierten Aluminiumoxid-NPs abzuschätzen, wurden 0,05 g jeder Probe separat in 50 ml 0,01 M NaCl-Lösung (als Hintergrundelektrolyt) mit verschiedenen pH-Werten von 2 bis 10 gegeben und 48 Stunden lang stehengelassen um das Gleichgewicht zu erreichen. Anschließend wurde der pH-Wert der Lösung mit einem pH-Meter gemessen und aufgezeichnet, um die Differenz zwischen dem End- und dem Anfangs-pH-Wert der Lösung zu berechnen, die zur Bestimmung des PZC aller synthetisierten Aluminiumoxid-NPs verwendet werden kann.

An den Aluminiumoxidproben wurde eine Fourier-Transformations-Infrarotspektroskopie (FTIR) durchgeführt, um die Schwingungszustände und die chemische Struktur der Proben zu untersuchen. Abbildung 2 zeigt die FTIR-Spektren der Proben, die mit unterschiedlichen Konzentrationen von Ammoniumbicarbonat im Bereich von 400–4000 cm−1 synthetisiert wurden. Wie zu sehen ist, werden im Absorptionsspektrum der Proben ähnliche Absorptionspeaks mit kleinen Verschiebungen beobachtet, die die gleichen chemischen Strukturen synthetisierter Proben bei unterschiedlichen Konzentrationen von Ammoniumbicarbonat zeigen. Der Peak bei 1623 cm−1 bestätigt das Vorhandensein von Wasser in der Probe und basiert auf der H-O-H-Biegeschwingung von H2O-Molekülen. Der breite Peak im Bereich von 3200–3700 cm−1 hängt mit der Streckschwingung von OH- zusammen, das an Al3+-Ionen gebunden ist34,35.

FTIR-Transmissionsspektren der Proben, die mit unterschiedlichen Konzentrationen von Ammoniumbicarbonat, einschließlich 0,6, 0,8, 1 und 1,2 g, in 60 ml entionisiertem Wasser synthetisiert wurden.

Auch das Vorhandensein breiter Absorptionspeaks im Bereich von 500–1000 cm−1 weist auf die asymmetrischen Streckschwingungen der Al-O-Al-Bindung hin36,37.

Wie bereits erwähnt, sind die Positionen der FTIR-Absorptionspeaks, die für eine synthetisierte Probe erhalten wurden, ein Fingerabdruck, der zur Bestimmung der chemischen Bindungen und der Phase der Produkte verwendet wird. Aluminiumoxid in der γ-Phase weist zwei bekannte FTIR-Absorptionspeaks bei fast 840.558 cm−1 auf, die ein Maß für die Aluminiumoxidbildung in der γ-Phase sein können38. Daher wurden die FTIR-Spektren der Aluminiumoxidproben im Fingerabdruckbereich von 400 bis 1350 cm−1 mithilfe der Origin Pro-Software in die Gaußschen Komponenten entfaltet, um die genaue Position der Peaks für die Proben zu ermitteln. Die ersten FTIR-Absorptionspeaks von RA-0,6, RA-0,8, RA-1 und RA-1,2 liegen bei 571, 570, 573 bzw. 576 cm−1. Auch die zweiten liegen bei 820, 815, 837 bzw. 813 cm−1. Daher können für alle synthetisierten Proben die charakteristischen FTIR-Absorptionspeaks von γ-Phasen-Aluminiumoxid beobachtet werden. Daraus lässt sich schließen, dass sich das Aluminiumoxid in der γ-Phase gebildet hat. Daher entsteht in allen Proben, die mit unterschiedlichen Ammoniumkonzentrationen synthetisiert wurden, γ-Phasen-Al2O3, und wir werden die Bildung von Nano-Aluminiumoxid im nächsten Unterabschnitt diskutieren.

Die Bildung von Al2O3-NPs erfolgt durch die folgenden chemischen Reaktionen24, was auf die Bildung von NH4OH in den frühen Stadien des Syntheseprozesses durch die Auflösung von Ammoniumbicarbonat in Wasser hinweist (Gleichung 1). Daher steht die Konzentration von NH4HCO3 in direktem Zusammenhang mit der NH4OH-Produktion:

Den Referenzen 16,39 zufolge ist die Bildung von Al(OH)3 wesentlich für die Bildung von Aluminiumoxid, das bei der Wechselwirkung von NH4OH mit Aluminiumnitrat entsteht (Gleichung 2). Darüber hinaus führt in der vorliegenden Arbeit die Zugabe von Natriumhydroxid zur Produktion von mehr Al(OH)3. Wenn der Lösung NaOH zur Einstellung des pH-Werts zugesetzt wird, wird sie in Na- und OH-Ionen aufgespalten. Es wurde berichtet, dass sowohl NaOH als auch Ammoniumbicarbonat als Fällungsmittel im Syntheseprozess wirken24,40. Beide tragen zur Produktion von OH-Ionen in der Lösung bei, die zur Keimbildung und später zum Wachstumsprozess führen. In dieser Studie wurde beobachtet, dass die Zugabe von NaOH zur Vorläuferlösung die transparente Lösung aufgrund des Vorhandenseins fester Partikel in der Lösung in eine milchig-weiße Aufschlämmung umwandelt. Eine ähnliche Beobachtung wurde bei der Synthese von ZnO- und Aluminiumoxid-Nanopartikeln unter Verwendung von NaOH40,41 berichtet. Aufgrund der molaren Verhältnisse der im Syntheseprozess verwendeten Materialien und der entsprechenden chemischen Reaktionen lässt sich zudem vermuten, dass sowohl Ammoniumbicarbonat als auch NaOH zur Ausfällung und damit zur Keimbildung und zum Wachstum von Nanopartikeln beitragen. Da jedoch die Syntheseeffizienz mit steigender Menge an Ammoniumbicarbonat zunimmt, könnte hier das Fällungsmittel dominant sein. Eine genauere Erklärung erfordert jedoch weitere Experimente, um die Beziehung zwischen Ammoniumbicarbonat und NaOH als Fällungsmittel im Aluminiumoxid-Syntheseprozess zu untersuchen.

Die kristallinen Strukturen der synthetisierten Aluminiumoxidproben wurden durch Röntgenbeugungsanalyse (XRD) untersucht und die Ergebnisse im Bereich von 2θ = 10 bis 90 Grad und mit Schrittgrößen von 0,065° sind in Abb. 3 dargestellt. Entsprechend den Ergebnissen In den XRD-Mustern aller Aluminiumoxidproben sind einige teilweise breite Peaks mit geringer Intensität zu beobachten, was die geringe Größe des Kristalls zeigt. Darüber hinaus ergab die Identifizierung der Kristallphase der synthetisierten Aluminiumoxidproben durch die High-Score-Software X'Pert, dass alle Proben aus Al2O3 bestehen und in der kubischen Phase vorliegen. Darüber hinaus wird die Bildung der Gamma-Phase von Aluminiumoxid durch den Vergleich mit den XRD-Mustern von γ-Phase Al2O3 in anderen veröffentlichten Artikeln6,21,22,37,38 verifiziert. Daher bestätigen die XRD-Ergebnisse die FTIR-Ergebnisse im vorherigen Abschnitt.

XRD-Muster von Aluminiumoxidproben, die mit unterschiedlichen Konzentrationen an Ammoniumbicarbonat, einschließlich 0,6, 0,8, 1 und 1,2 g, in 60 ml entionisiertem Wasser synthetisiert wurden.

Die XRD-Muster der Proben werden mithilfe der MAUD-Software als zuverlässige Methode verfeinert. Die XRD-Daten wurden ohne Glättung oder Filterung in der MAUD-Software verwendet und Gitterkonstanten berechnet. Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 dargestellt. Den Ergebnissen zufolge a Mit zunehmender Ammoniumbicarbonatkonzentration ist ein abnehmender Trend der Gitterkonstanten zu beobachten.

Außerdem werden die mittleren Kristallitgrößen der Aluminiumoxidproben mithilfe der Scherrer-Gleichung gemäß Referenz42 berechnet und in Tabelle 2 dargestellt. Die Ergebnisse zeigen, dass die Kristallitgröße mit zunehmender Konzentration des Fällungsmittels zunimmt.

Abbildung 4 zeigt die FESEM-Bilder von Aluminiumoxidproben, die bei unterschiedlichen Konzentrationen von Ammoniumbicarbonat synthetisiert wurden. Es lässt sich beobachten, dass die Morphologie von Al2O3 völlig unabhängig von der Konzentration an Ammoniumbicarbonat ist und in allen Aluminiumoxidproben agglomerierte kugelförmige Nanopartikel gebildet werden. Außerdem scheint es, dass die Verwendung einer höheren Konzentration des Fällungsmittels zur Bildung gleichmäßigerer Nanopartikel führt. Für eine quantitativere Analyse können die durchschnittlichen Durchmesser und die Datenstreuung der Aluminiumoxid-Nanopartikel mit der Digimizer-Software berechnet und eine Log-Normal-Anpassungsfunktion in der Origin Pro-Software angepasst werden. Die Verteilungshistogramme der Nanopartikeldurchmesser sind im Einschub der FESEM-Bilder für jede synthetisierte Aluminiumoxidprobe dargestellt und die durchschnittlichen Durchmesser der Nanopartikel werden berechnet und in Tabelle 3 gesammelt. Es ist ersichtlich, dass die Partikelgröße mit zunehmendem Durchmesser nur einem leicht abnehmenden Trend folgt Konzentration von Ammoniumbicarbonat und alle haben einen Durchmesser von weniger als 24 nm. Darüber hinaus kann ein signifikanter Unterschied zwischen der Kristallitgröße und der Partikelgröße der synthetisierten Aluminiumoxid-NPs beobachtet werden, was darauf schließen lässt, dass die Nanopartikel polykristallin sind und aus kleinen Kristalliten bestehen.

FESEM-Bilder und Partikelgrößenhistogramme von Aluminiumoxidproben, die mit unterschiedlichen Konzentrationen von Ammoniumbicarbonat synthetisiert wurden, gekennzeichnet mit (a) RA-0,6, (b) RA-0,8, (c) RA-1 und (d) RA-1,2.

Darüber hinaus führt eine Erhöhung der Ammoniumbicarbonatkonzentration zu gleichmäßigeren Nanopartikeln, und die geringste Datenstreuung wird bei der höchsten untersuchten Konzentration des Fällungsmittels in Probe RA-1.2 erhalten.

Außerdem wurde die Elementaranalyse der Proben mithilfe der EDX-Technik mit dem FESEM-Gerät durchgeführt und die Ergebnisse sind in Abb. 5 dargestellt. EDX-Spektren aller Nano-Aluminiumoxidproben, die bei unterschiedlichen Konzentrationen von Ammoniumbicarbonat synthetisiert wurden, weisen zwei starke Signale bei 1,5 keV und 0,5 auf keV, die die Existenz von Aluminium (Al) bzw. Sauerstoff (O) bestätigen.

EDX-Spektren von Al2O3-Nanopartikeln, die unter Verwendung verschiedener Konzentrationen von Ammoniumbicarbonat synthetisiert wurden, gekennzeichnet als (a) RA-0,6, (b) RA-0,8, (c) RA-1 und (d) RA-1,2.

Darüber hinaus werden in den Spektren keine zusätzlichen Peaks beobachtet, was auf die Reinheit des gesamten synthetisierten Nano-Aluminiumoxids hinweist. Für detailliertere Informationen sind der Gewichtsprozentsatz und der Atomprozentsatz der Elemente in den Nano-Aluminiumoxid-Proben in Tabelle 4 aufgeführt.

Um Informationen über die optischen Eigenschaften der Aluminiumoxid-NPs zu erhalten, wurde eine diffuse Reflexionsspektroskopie durchgeführt. Wie Sie in Abb. 6 sehen können, beeinflusst die Konzentration von Ammoniumbicarbonat das Reflexionsvermögen der synthetisierten Aluminiumoxid-Nanopartikel erheblich, sodass die Probe RA-0,6 das höchste Reflexionsvermögen im sichtbaren und NIR-Bereich aufweist und als Hochreflexionsvermögen verwendet werden kann ( HR-Material in den Regionen. Die Kubelka-Munk-Funktion F(R), die proportional zum Absorptionskoeffizienten des Aluminiumoxids ist und aus (F(R) = (1 − R)2/(2R)) berechnet werden kann, ist im Einschub von Abb. dargestellt .6, wobei R in der Funktion das Reflexionsvermögen von Aluminiumoxid-NPs ist. Die Ergebnisse zeigen, dass die Absorption des synthetisierten Nano-Aluminiumoxids im Bereich von 500–850 nm mit zunehmender Ammoniumbicarbonatkonzentration zunimmt. Der geringste Reflexionsgrad/Absorptionsgrad aller Proben liegt im UV-Bereich. Allerdings erfährt der Absorptionspeak mit zunehmender Ammoniumbicarbonatkonzentration eine Rotverschiebung, und der höchste Absorptionspeak wird für die Probe RA-1.2 beobachtet.

Die diffusen Reflexionsspektren von Aluminiumoxidproben, die bei unterschiedlichen Konzentrationen von Ammoniumbicarbonat, einschließlich 0,6, 0,8, 1 und 1,2 g, in 60 ml entionisiertem Wasser synthetisiert wurden. Der berechnete Kubelka-Munk-Wert der Aluminiumoxid-NPs ist im Einschub der Abbildung dargestellt.

Um die direkten und indirekten Bandlückenwerte der Aluminiumoxid-Nanopartikel zu bestimmen, kann die Tauc-Methode (Gleichung 5) verwendet werden43,44.

Dabei sind E, B und Eg die Photonenenergie, eine Konstante bzw. die Materialbandlücke. m ist 2 bzw. 1/2 für die Berechnung der direkten bzw. indirekten Bandlückenenergie und die direkte und indirekte Bandlückenenergie kann aus dem Achsenabschnitt von (F(R)E)2 und (F(R)E)1 bestimmt werden /2-gegen-Photonenenergie-Diagramme, wie in Abb. 7 dargestellt. Die Ergebnisse zeigen, dass die Konzentration von Ammoniumbicarbonat die direkte und indirekte Bandlückenenergie des synthetisierten Nano-Aluminiumoxids erheblich beeinflusst. Die berechneten direkten und indirekten Bandlückenenergien sind in Tabelle 5 aufgeführt. Alle synthetisierten Aluminiumoxid-NPs haben eine Bandlückenenergie von mehr als 4,24 eV (zwischen 4,42 und 5,05 eV). Außerdem wird die niedrigste Bandlückenenergie in der RA-1-Probe erhalten. Die Bandlückenenergien unserer synthetisierten Proben liegen im Bereich anderer berichteter Studien. Beispielsweise haben Amirsalari et al. ermittelten die direkte Bandlückenenergie von 5,25 eV für Aluminiumoxid-Nanopartikel, die mithilfe einer nasschemischen Methode bei pH = 8 und einer Kalzinierungstemperatur von 550 °C synthetisiert wurden45. Koopi et al. berichteten auch über eine Energiebandlücke von 5,46 eV für Nano-Aluminiumoxidproben, die mit einer grünen Methode synthetisiert wurden46.

Das Tuac-Diagramm und die berechneten indirekten Bandlücken von γ-Al2O3-Nanopartikeln, die bei verschiedenen Konzentrationen von Ammoniumbicarbonat, einschließlich 0,6, 0,8, 1 und 1,2 g, in 60 ml entionisiertem Wasser synthetisiert wurden. Tuacs Diagramm und die berechneten direkten Bandlücken sind im Einschub der Abbildung dargestellt.

Im Allgemeinen können Strukturparameter wie Kristallitgröße und Gitterparameter durch die Änderung der Vorläuferkonzentration beeinflusst werden47,48. Außerdem hängt die Biegeenergie von den Gitterparametern der Proben ab und kann daher durch Änderung der Ammoniumbicarbonatkonzentration im Syntheseprozess von Aluminiumoxid-NPs verändert werden. Außerdem kann die Änderung der Bandlücke mit dem Quantenbeschränkungseffekt in Zusammenhang stehen, da die Kristallit-/Nanopartikelgröße in den Proben durch Erhöhung der Ammoniumbicarbonatkonzentration zunimmt/abnimmt.

Die spezifische Oberfläche (SSA) der Aluminiumoxidproben kann mithilfe von XRD-Daten in dichter, monodisperser und kugelförmiger Partikelnäherung wie folgt geschätzt werden49:

Dabei ist ρ die Partikeldichte der Aluminiumoxidproben, die mit der High-Score-Software X'Pert bestimmt wird, und d die aus XRD-Daten berechnete mittlere Kristallitgröße. Die SSA-Werte der Proben wurden unter Verwendung von Gl. berechnet. (6) und die Ergebnisse sind in Tabelle 6 zusammengefasst. Außerdem wurden die SSA-Werte der Aluminiumoxid-Nanopartikel mit der Mehrpunkt-BET-Methode (Brunauer-Emmet-Teller) aus N2-Adsorptions-Desorptionsdaten gemessen und die Ergebnisse sind in Tabelle 6 dargestellt.

Wie erwartet hängt die spezifische Oberfläche der Aluminiumoxidproben maßgeblich von der Konzentration des im Syntheseprozess verwendeten Ammoniumbicarbonats ab.

Darüber hinaus zeigen die BET-SSA und die anhand von XRD-Daten berechnete SSA den gleichen Trend mit zunehmender Ammoniumbicarbonatkonzentration. Allerdings sind die geschätzten SSA-Werte der Proben mit diesen beiden Methoden unterschiedlich, was möglicherweise auf die Ungültigkeit der angewandten Näherung zurückzuführen ist. Tatsächlich ändert sich der Wert von SSA mit zunehmender Ammoniumbicarbonatkonzentration, und die Einstellung des pH-Werts auf 8 kann auf zwei Konkurrenzphänomene zurückzuführen sein. Erstens führt eine Erhöhung des Ammoniumbicarbonats zu einer Erhöhung des SSA-Wertes. Zweitens verringert die Einstellung des pH-Werts bei gleichzeitiger Erhöhung des Ammoniumbicarbonatgehalts die NaOH-Konzentration in der Lösung und verringert anschließend die Konzentration der Hydroxylgruppen in der Flüssigkeit. Außerdem steht laut Referenz 32 der SSA-Wert von Aluminiumoxid-Nanopartikeln in direktem Zusammenhang mit der Konzentration der Hydroxylgruppen in der Flüssigkeit und sinkt daher mit abnehmender NaOH-Konzentration.

Die meisten Nanopartikel funktionieren unter sauren Bedingungen nicht. Zunächst untersuchen wir die Entfernung von Cu-Ionen aus dem simulierten Wasser, um die Auswirkung der Ammoniumbicarbonatkonzentration auf die Wasseraufbereitung unter sauren Bedingungen (pH = 5,8) zu untersuchen. Die Ergebnisse sind in Abb. 8 dargestellt. Zur Berechnung wurde die folgende Gleichung verwendet die Effizienz der Entfernung von Cu-Ionen.

Dabei sind C0 und C die Anfangskonzentration von Kupfer in der Lösung bzw. seine Konzentration zum Zeitpunkt t.

Der Prozentsatz der Entfernung von Cu-Ionen aus Wasser unter Verwendung von synthetisiertem Nano-Aluminiumoxid bei verschiedenen Konzentrationen von Ammoniumbicarbonat, einschließlich 0,6, 0,8, 1 und 1,2 g, in 60 ml entionisiertem Wasser unter sauren Bedingungen (pH = 5,8).

Gemäß Abb. 7 beeinflusst die Konzentration von Ammoniumbicarbonat erheblich die Fähigkeit der Cu-Ionen-Entfernung durch die synthetisierten Aluminiumoxid-Nanopartikel, und die höchste Effizienz wird mit der Probe RA-0,6 erreicht, wobei der Prozentsatz der Kupferionen-Entfernung 98,2 % in 120 Minuten erreicht. Außerdem beträgt der Prozentsatz der Kupferionenentfernung gleichzeitig 73,5 %, 57,8 % bzw. 51,2 % für RA-0,8, RA-1 und RA-1,2, was einer akzeptablen Cu2+-Entfernung aus Wasser entspricht.

Es ist interessant, die Effizienz der Cu-Ionenentfernung von RA-0,6 aus Wasser mit den in der Literatur berichteten Ergebnissen zur Cu-Entfernung in % durch Aluminiumoxid-Nanopartikel zu vergleichen. Zum Beispiel Ren. yu Wang et al. haben Aluminiumoxid-Nanostrukturen mit der Sol-Gel-Methode synthetisiert und damit Kupfermetallverunreinigungen aus Wasser absorbiert38. Die maximale Adsorptionskapazität von Aluminiumoxid-Nanopartikeln für Kupfermetall betrug 88,7 mg/L (ca. 65 %), was auf die größere Kapazität der Probe RA-0,6 zur Cu2+-Entfernung aus Wasser hinweist.

Der Unterschied in der Cu-Entfernung in % der synthetisierten Nano-Aluminiumoxid-Proben kann mit der hohen SSA von RA-0,6 in Zusammenhang gebracht werden. Eine hohe spezifische Oberfläche (SSA) führt zu hochaktiven Stellen, die eine Adsorption erfordern, was eine der wichtigsten Adsorptionseigenschaften darstellt. Der direkte Zusammenhang zwischen der Leistung der Materialadsorption und der Oberfläche wurde bereits in Referenz50 berichtet. Allerdings sollte auch die elektrostatische Kraft berücksichtigt werden, die die Ergebnisse beeinflusst.

Wie bereits erwähnt, weist die RA-0,6-Probe unter den untersuchten sauren Bedingungen die höchste Adsorption von Cu-Ionen auf. Daher wurde die Entfernung von Cu-Ionen aus der RA-0,6-Probe unter neutralen, sauren und alkalischen Bedingungen (pH = 5,8, 7 und 8) untersucht und die Ergebnisse sind in Abb. 9 dargestellt. Den Ergebnissen zufolge ist die Effizienz der Probe unter neutralen und alkalischen Bedingungen deutlich höher als unter sauren Bedingungen und die meisten Cu-Ionen werden unter neutralen und alkalischen Bedingungen in weniger als 10 Minuten aus dem Wasser entfernt, während es unter sauren Bedingungen 120 Minuten dauert, bis der Wirkungsgrad von 98,2 % erreicht wird.

Der Prozentsatz der Entfernung von Cu-Ionen aus Wasser unter Verwendung einer RA-0,6-Probe unter sauren, neutralen und alkalischen Bedingungen (pH = 5,8, 7 und 8).

Frühere Arbeiten zu Aluminiumoxid-Nanopartikeln wurden beschrieben und zeigten eine bessere Cu-Ionen-Entfernung der Nanopartikel unter alkalischen Bedingungen51. Unsere Effizienz unter sauren, neutralen und alkalischen Bedingungen ist jedoch äußerst bewundernswert und die Aluminiumoxid-Nanopartikel können unter allen Bedingungen ein hervorragender Kandidat für die Wasseraufbereitung und die Entfernung von Cu-Ionen aus Wasser sein.

Die Kinetik der Cu-Adsorption an den Al2O3-Nanopartikeln wird mithilfe von Kinetiken pseudo-erster und pseudo-zweiter Ordnung untersucht, um den Adsorptionsmechanismus besser zu verstehen. Die Kinetik pseudo-erster Ordnung und pseudo-zweiter Ordnung basiert auf der Adsorptionskapazität des Adsorptionsmittels. Die Reaktion pseudo-erster Ordnung kann mit der folgenden Gleichung berechnet werden:

Dabei ist C0 die Anfangskonzentration und Ct die zeitabhängige Restkonzentration der Cu-Ionenlösung und kapp die Geschwindigkeit der Cu-Entfernung aus Wasser52,53.

Das Pseudo-Reaktionsmodell zweiter Ordnung stellt sich wie folgt dar:

Dabei ist k2 (g mg−1 min−1) eine Geschwindigkeitskonstante des kinetischen Modells pseudo-zweiter Ordnung und Qe und Qt (mg g−1) die Mengen an Cu, die pro Masseneinheit der Nano-Aluminiumoxidproben adsorbiert werden das Gleichgewicht bzw. die Zeit t. Qe kann mit der folgenden Gleichung18 berechnet werden:

Dabei ist V (L) das Volumen der Cu-Lösung, W (g) die Masse des im Experiment eingesetzten Adsorptionsmittels und Ce die Konzentration im Gleichgewicht.

Die Diagramme von \(t/Q_{t}\) über der Kontaktzeit sind in Abb. 10 für das synthetisierte Nano-Aluminiumoxid bei pH = 5,8 dargestellt und gerade Linien wurden angepasst, um die Kinetik der Cu-Adsorption auf dem synthetisierten Nano-Aluminiumoxid zu ermitteln der Bereich von 2 bis 1440 min. Außerdem sind im Einschub von Abb. 10 die Diagramme von − ln (C0/Ct) als Funktion der Kontaktzeit für die Proben dargestellt, und an die Daten sind gerade Linien angepasst. Geschwindigkeitskonstanten des kinetischen Modells pseudo-erster und zweiter Ordnung (kapp und k2) der Proben für die Cu-Entfernung aus saurem Wasser werden berechnet und in Tabelle 7 zusammengestellt. Wie beobachtet werden kann, sind die Korrelationskoeffizienten des Pseudo-ersten und die Reaktion zweiter Ordnung, R2, der Probe RA-0,6 betragen 0,436 bzw. 0,999, was bedeutet, dass die Kinetik der Cu-Ionenadsorption durch die Al2O3-Nanopartikel der Reaktion pseudo-zweiter Ordnung oder Chemisorption folgt. Diese Korrelationskoeffizienten für andere Aluminiumoxid-NPs weisen jedoch teilweise die gleichen Korrelationskoeffizienten für die Modelle pseudo-erster und zweiter Ordnung auf, was bedeutet, dass sowohl Physisorption als auch Chemisorption an der Entfernung von Cu-Ionen aus Wasser durch andere Proben beteiligt sind. Zuvor war Ren. yu Wang et al. berichteten über das Kinetikmodell pseudo-zweiter Ordnung für die Cu-Adsorption durch ihre synthetisierten Aluminiumoxid-Nanopartikel49 und die Ergebnisse stimmen mit dieser Studie im Fall des Adsorptionsmechanismus überein. Erwähnenswert ist auch, dass der größte k2-Wert im sauren Zustand für die Probe RA-06 erhalten wird und diese Al2O3-Probe ein guter Kandidat für die Entfernung von Cu-Ionen aus alkalischem, neutralem und sogar saurem Wasser sein kann.

Adsorptionskinetik von Cu-Ionen auf den Al2O3-Nanopartikeln für die Proben unter Verwendung einer Kinetik pseudo-zweiter Ordnung (pH 5,8, anfängliche Cu-Konzentration 46,79 mg L-1) mit Pseudo-erster Ordnung im Einschub.

Der Ladungsnullpunkt (Point of Zero Charge, PZC) sollte geschätzt werden, um die Auswirkungen des pH-Werts auf die Wasseraufbereitung oder die Entfernung von Cu-Ionen zu beschreiben, die sich mit der kolloidalen Flockung oder der Auswirkung der Nettoladung der Aluminiumoxidproben auf die Phänomene befasst. Daher ist in Abb. 11 die Differenz zwischen dem endgültigen (nach 48 Stunden) und dem anfänglichen pH-Wert der Lösungen, die synthetisierte Aluminiumoxidproben enthalten, ΔpH, gegen den anfänglichen pH-Wert, pHi, aufgetragen. Der Schnittpunkt jeder Kurve mit der horizontalen Achse gibt den pH-Wert von PZC, PHPZC an, der für verschiedene Aluminiumoxidproben unterschiedlich ist, die bei unterschiedlichen Konzentrationen von Ammoniumbicarbonat synthetisiert wurden. Der PZC der Proben RA-0,6, RA-0,8, RA-1 und RA-1,2 beträgt 6,9, 6,2, 7,3 bzw. 7,2. Wie Sie beobachten konnten, werden die niedrigsten Werte für die Proben RA-0,8 und RA-0,6 erhalten, und auch die PZC-Werte steigen mit steigenden Konzentrationen von Ammoniumbicarbonat von Probe RA-0,8 auf RA-1, und dann ist keine signifikante Änderung zu beobachten in pHPZC von Probe RA-1 bis RA-1.2. Wie aus Abb. 8 hervorgeht, wird der höchste Cu-Entfernungsprozentsatz für RA-0,6 (mit dem höchsten BET-SSA-Wert von 317 m2/g) erzielt, gefolgt von RA-0,8 (mit dem niedrigsten pHPZC = 6,2). Die Ergebnisse können anhand der SSA- und PZC-Werte der Aluminiumoxidproben interpretiert werden. Eine hohe spezifische Oberfläche (SSA) führt zu den dringend benötigten aktiven Stellen, was eine der wichtigsten Adsorptionseigenschaften darstellt. Der direkte Zusammenhang zwischen der Leistung der Materialadsorption und der Oberfläche wurde bereits in Referenz50 berichtet. Dies kann die höchste Cu-Ionenentfernung von RA-0,6 bei pH = 5,8 erklären, erklärt jedoch nicht die Ergebnisse der Wasserentfernung für RA-0,8 mit der niedrigsten SSA (BET SSA = 168 m2/g) in den Proben.

Der Ladungsnullpunkt (PZC) für Aluminiumoxid-Nanopartikel, die mit unterschiedlichen Konzentrationen von Ammoniumbicarbonat synthetisiert wurden.

Die Nettooberflächenladung des synthetisierten Aluminiumoxids ist vor/nach dem pH-Wert von PZC positiv/negativ. Außerdem werden Kationen wie Kupfer aufgrund der anziehenden elektrostatischen Kräfte stark an der Oberfläche von Aluminiumoxid-NPs mit negativen Oberflächenladungen adsorbiert, wie in Abb. 9 unter neutralen und alkalischen Bedingungen (pH = 7 und 8) für RA-0,6 mit dem pHPZC bestätigt 6.9. Allerdings kann die Abstoßungskraft zwischen Cu-Ionen und positiven Oberflächenladungen von NPs (vor pHPZC) die Wasserentfernung beeinträchtigen, was ein großes Problem bei der Behandlung von saurem Wasser darstellt. Das saure Wasser mit einem pH-Wert von 5,8 liegt in der Nähe des pHPZC von RA-0,8, was bedeutet, dass keine wesentlichen elektrostatischen Kräfte den Adsorptionsprozess von Cu2+ durch die Proben beeinflussen und dies der Grund für die hohe Adsorption der Probe im sauren pH-Wert sein kann. Schließlich führt der geringe Unterschied zwischen dem ausgewählten pH-Wert des sauren Wassers und dem pHPZC des RA-0,6 sowie die höchsten Adsorptionsstellen der NPs aufgrund des höchsten SSA der Probe zur höchsten Cu2+-Entfernung aus dem sauren Wasser. Wie wir erwartet haben, führt die anziehende elektrostatische Kraft zwischen Cu2+-Ionen und der negativen Oberflächenladung von RA-0,6 bei pH = 8 zu einer Cu-Entfernung von 100 % in den ersten Sekunden des Kontakts in Abb. 9. Daher beträgt der RA-0,6 Proben können als hervorragende Kandidaten für die Aufbereitung von Wasser mit einem pH-Wert von 5,8 oder mehr vorgeschlagen werden.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Aluminiumoxid-Nanopartikel durch die Kopräzipitationsmethode mit hoher spezifischer Oberfläche (SSA) hergestellt und als Adsorbentien für die Cu-Adsorption eingesetzt wurden. In dieser Arbeit wurde Ammoniumbicarbonat in verschiedenen Massen als Fällungsmittel verwendet und die Auswirkungen der Ammoniumbicarbonatkonzentration auf die strukturellen und optischen Eigenschaften des synthetisierten Nano-Aluminiumoxids untersucht. In allen Konzentrationen des Fällungsmittels konnten erfolgreich Al2O3-Nanopartikel hergestellt werden. Auch die Konzentration des Fällungsmittels beeinflusst die Nanopartikel- und Kristallitgrößen. Darüber hinaus wurden die höchste spezifische Oberfläche (317 m2/g) (SSA) sowie der höchste Prozentsatz der Schadstoffadsorption in saurem simuliertem Wasser mit Nano-Aluminiumoxid erzielt, das mit einer Fällungsmittelmasse von 0,6 g synthetisiert wurde. Tatsächlich hängen die Adsorption von Kupferionen und die Entfernungseffizienz von der Kontaktzeit und dem pH-Wert der Lösungen ab. Sie steigt mit zunehmender Kontaktzeit und die beste Cu-Entfernung wird unter neutralen und alkalischen Bedingungen erzielt. Allerdings ist die Entfernungseffizienz der Nano-Aluminiumoxid-Proben, die durch die Fällungsmittelmasse von 0,6 g synthetisiert wurden, im sauren Medium deutlich hoch und erreicht 98,7 % in einer Kontaktzeit von 120 Minuten, was im sauren Zustand einen hohen Wert darstellt und darauf hindeutet das Nano-Aluminiumoxid als hervorragender Kandidat sogar für die Behandlung von saurem Wasser. Die Untersuchung des Adsorptionsmechanismus zeigt außerdem, dass das gesamte synthetisierte Nano-Aluminiumoxid dem Kinetikmodell pseudo-zweiter Ordnung folgt.

Alle in diesem Dokument enthaltenen Daten sind auf Anfrage beim entsprechenden Autor erhältlich.

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Z. Gholizadeh und M. Aliannezhadi schrieben den Haupttext des Manuskripts. Alle Autoren haben das Manuskript überprüft.

Korrespondenz mit Maryam Aliannezhadi.

Die Autoren geben an, dass keine Interessenkonflikte bestehen.

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Nachdrucke und Genehmigungen

Gholizadeh, Z., Aliannezhadi, M., Ghominejad, M. et al. γ-Al2O3-Nanopartikel mit hoher spezifischer Oberfläche, synthetisiert durch eine einfache und kostengünstige Co-Präzipitationsmethode. Sci Rep 13, 6131 (2023). https://doi.org/10.1038/s41598-023-33266-0

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Eingegangen: 20. September 2022

Angenommen: 11. April 2023

Veröffentlicht: 15. April 2023

DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-023-33266-0

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