《Sustainable Chemistry One World》：Removal of methylene blue and nitrobenzene from wastewater using activated carbon from lemongrass (Cymbopogon martinii)
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摘要工业和民用来源排放的有机污染物对环境与公共健康构成日益增长的威胁。因此，在环境排放前对污染水进行高效修复已成为科学家和政策制定者的优先关注事项。本研究报道了一种通过氢氧化钾（KOH）一步法化学活化制备香茅草（Cymbopogon martinii）活性炭（CMAC），并用
摘要
工业和民用来源排放的有机污染物对环境与公共健康构成日益增长的威胁。因此，在环境排放前对污染水进行高效修复已成为科学家和政策制定者的优先关注事项。本研究报道了一种通过氢氧化钾（KOH）一步法化学活化制备香茅草（Cymbopogon martinii）活性炭（CMAC），并用于消除水溶液中硝基苯（NB）和亚甲基蓝（MB）的过程。采用傅里叶变换红外光谱（FTIR）、X射线衍射（XRD）、紫外-可见光谱以及零电荷点（pHpzc）分析对CMAC的理化性质进行了表征。进行批次吸附实验以评估吸附剂量、pH值、初始浓度和接触时间的影响。亚甲基蓝的最佳吸附条件为：pH 4（去除率98.71%）、10 mg/L（去除率90.12%）、90分钟（去除率99.46%）和0.15克吸附剂（去除率99.53%）；硝基苯的最佳参数为：pH 2（去除率99.97%）、10 mg/L（去除率92.95%）、90分钟（去除率99.11%）和0.3克吸附剂（去除率99.4%）。平衡数据最佳拟合于Langmuir等温线模型，表示单层吸附，两种污染物的动力学均遵循拟二级动力学模型。结果表明，CMAC是一种高效、低成本且环境友好的吸附剂，适用于消除废水中有毒有机污染物。
引言
水约占地球表面的71%，是人类生存所必需的第二大元素（仅次于空气），然而由于人为活动的影响，全球水质受到负面影响，并且它是世界上最稀缺的必需品之一，尤其是在发展中国家[1]、[2]。尽管水是维持生命和支持社会经济发展的根本，但全球仍有数百万人无法获得安全的饮用水。快速的工业化进程、人口增长、不受控制的扩张以及危险废物不当处理等因素，显著加剧了水污染、生态系统退化和土壤污染。报告显示，发展中国家约70%–80%的疾病与受污染的水有关，其中妇女和儿童受影响的程度最为严重[3]、[4]。
淡水资源的污染对可持续发展和环境保护构成了重大挑战。农业生产、工业活动、人类健康和生态系统正日益受到威胁，除非实施有效的土地和水管理策略。废水中的许多污染物具有毒性、致癌性或致突变性[5]、[6]。最常见的水污染物包括各种营养物质、有毒有机化合物、盐类、酸类、沉积物和悬浮颗粒[7]。《2017年世界水资源发展报告》指出，全球产生的废水中仅有约20%在经过适当处理后排放到环境中，而大部分废水未经充分处理即直接排放[6]。
有机污染物是指本质上为有机的物质，其主要成分为碳，且碳原子与其他化合物以共价键结合。这些污染物在全球各地居民的日常生活中被用于各种用途，但它们对环境构成了挑战[8]、[9]。由于这些污染物具有毒性、半挥发性特征、在水中的溶解度低、生物富集潜力高，且在典型环境条件下难以生物降解，这一问题已成为亟需关注的紧迫问题[10]、[11]、[12]。现代工业的快速发展导致亚甲基蓝等染料（用于纺织、印刷、橡胶、化妆品、塑料和皮革工业）以及硝基苯等硝基芳香烃（用于炸药、石油化学和农药）被广泛使用。亚甲基蓝和硝基苯的存在可引起皮肤刺激、呼吸困难、致突变性、生殖毒性、痉挛、紫绀、眼部灼伤，若被吞食则引起胃肠道刺激、恶心并具有致癌性，因为它已被发现为不可生物降解的染料[13]、[14]、[15]。
目前，埃塞俄比亚的大多数工业对其废水排放未经适当处理或完全未经处理，而未考虑其可能对当地社区和整体生态系统造成的损害[16]。从工业废水中消除亚甲基蓝和硝基苯等有毒污染物是一个重要的环境问题，需要在最终排放到水体之前进行处理并解决[16]、[17]。为了解决这一问题，传统的硝基苯和亚甲基蓝去除方法（如蒸馏、混凝、电絮凝、离子交换、吸附和氧化方法）经常被使用。然而，这些方法昂贵、效率低且不环保，吸附法除外。吸附法因其成本低、环保以及在设计、操作上的简便性而备受关注[18]、[19]、[20]。吸附是一种表面现象，其中液相中的分子在固体材料的表面聚集。在该过程中，被去除的物质称为吸附质，而负责吸附的材料称为吸附剂[21]。吸附的有效性主要取决于吸附剂的孔隙结构和表面性质，以及吸附剂与吸附质之间的分子间相互作用[22]。
活性炭由于其高吸附容量、多孔结构、低成本和操作简便性，已被广泛应用于去除亚甲基蓝和硝基苯等污染物[23]、[24]。它通常含有约87%–97%的碳，以及其他少量元素（取决于制备技术）。其多孔特性增强了从水溶液中吸附污染物的能力，使其成为吸附系统中最有效的材料之一[25]、[26]、[27]。因此，本研究旨在探讨由柠檬草（Cymbopogon martinii）生产的活性炭去除废水中亚甲基蓝和硝基苯的吸附性能。此外，本研究还评估了各种吸附参数的影响，并考察了吸附动力学和等温线模型，以确定合成吸附剂的效率和实际应用性。制备的活性炭采用X射线衍射（XRD）、傅里叶变换红外光谱（FTIR）和紫外-可见分光光度法进行了表征。
章节摘要
化学品
硝基苯（C6H5NO2，98%）、氢氧化钠（NaOH，99.8%，印度）、盐酸（HCl，35.4%，印度）、氢氧化钾（KOH，85%，印度）、缓冲溶液、亚甲基蓝（C16H18ClN3S）和蒸馏水均用于实验。
材料
烘箱（SHIVAKI，PID-906）、电子天平（FA-1004）、电子摇床（SK-O180-E）、紫外-可见分光光度计（AE-1408013）、数字磁力搅拌器、电动研磨机、马弗炉（DFW-7000）、筛、pH计（F-358230，意大利）、X射线衍射仪（XRD-7000，日本）
结果与讨论
在这些部分中，评估了影响批次吸附结果的主要参数，包括吸附剂量、接触时间、pH值和初始浓度。此外，还对目标吸附剂（CMAC）进行了活性炭表征。
结论
本研究成功制备了由香茅草衍生而来的活性炭（CMAC），对其进行了表征并评估了其从水溶液中去除有机污染物的性能。结果表明，香茅草是生产具有良好吸附性能的活性炭的合适前驱体。化学活化的活性炭表现出多孔结构、高比表面积和无定形特征。通过FTIR和XRD表征确认了……
作者贡献声明
Bedilish Mekecha：写作—审阅与编辑、写作—原稿撰写、可视化、验证、软件、资源、方法论、调查、形式化分析、数据整理、概念构思。Amare Ayalew：写作—审阅与编辑、可视化、验证、监督、方法论、调查、形式化分析、概念构思。
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的可能影响本文所述工作的竞争性经济利益或个人关系。
致谢
作者感谢德布雷布雷汗大学自然与计算科学学院化学系。
Bedilish Mekecha | Amare Ayalew
