水環境から銅を除去するための電気凝固/浮選プロセス

Aug 28, 2023

Scientific Reports volume 13、記事番号: 13334 (2023) この記事を引用

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3 オルトメトリック

メトリクスの詳細

飲料水などの水性環境に銅が存在すると、風味や臭いなど、いくつかの環境影響が生じます。 地下水および地表水中の銅レベルの増加は、主に人為的および自然発生源に起因すると考えられています。 したがって、この応用分析研究は、アルミニウム電極を使用したバッチ反応器電気凝固/浮遊選鉱 (ECF) による都市飲料水からの銅の除去を調査することを目的としていました。 銅の除去効率は、電流密度 (0.8 ～ 2.4 mA/cm2)、初期濃度 (1 ～ 100 mg/L)、pH (3.5 ～ 10.5)、および時間 (10 ～ 30 分) のさまざまな操作条件下で評価されました。 Cu は、標準手順で概説されている方法 (4571 nm で 3500-Cu B) を使用して測定されました。 結果は、電流密度を 0.8 から 2.4 mA/cm2 に増加させ、反応時間を 10 分から 30 分に増加させると、Cu+2 除去効率が向上する (95 から 100% に) ことを示しました。 さらに、結果は、初期濃度 100 mg/L、pH 7.5、反応時間 30 分、アノード電流密度 2.4 mA/cm2 で Cu+2 還元が 100% であることを示しました。 銅除去効率に関するタグチ法の結果は、反応時間が最も重要な変数であることを示しています。 さらに、ECF 反応器内の Cu 除去反応速度モデルは 2 次 (R2 > 0.92) です。 ECF 反応器内の Cu の除去は、酸化還元と吸着によるものです。 さらに、Al 電極対による Cu 処理の運用コストは、除去される Cu 1 kg あたり 8,857 リアルと 9,636 リアルの範囲であると推定されます。 したがって、ECF プロセスは、最適な条件下で水性環境から Cu を除去するのに非常に効率的であると結論付けることができます。

銅 (Cu) は、非常に高い電気伝導率と熱伝導率を備えた延性のある金属です。 Cu は呼吸酵素複合体シトクロムオキシダーゼの重要な構成要素であるため、すべての生物にとって必須の微量ミネラルです。 Cu元素はCu+1とCu+2の形で存在します1,2。 Cuは肝臓、筋肉、骨に存在します。 銅化合物は現在、静菌剤、殺菌剤、木材防腐剤として利用されています。 さらに、硫酸銅（CuSO4）は水生環境で殺藻剤として広く使用されています3。処理された飲料水中の高濃度の銅は、貧血、目や皮膚の炎症、人間の脳や心臓器官への損傷などの健康への悪影響を引き起こします4。

腫瘍の治療にはさまざまな銅化合物が使用されています5。 さらに、異常な銅血清レベルとアルツハイマー病 (AD) との間の既知の関連性が証明されています6。 米国環境保護庁 (EPA) は、飲料水中の銅の最大濃度レベル (MCL) が 1.3 mg/L7 であると述べています。 Cu および Cu 酵素は、エネルギー代謝、酸化的解毒作用、およびミトコンドリア呼吸に影響を及ぼします 8。Cu および鉄などの他の微量栄養素は、AD9 の予防に不可欠です。 さらに、人為的（電線とケーブル、電子機器と関連機器、建築、抗菌用途、木材製造、工業、鉱業、農業活動、下水の排出）および自然的（家庭用配管システムの腐食、岩石の風化、岩石と土壌の侵食、および大気堆積）源は、地表水および地表水中の Cu レベルの増加の大部分を占めます10。 Cu は人間の健康や水生生態系に悪影響を与えるため、膜分離、イオン交換、化学沈殿、電気化学、吸着、バイオテクノロジーなどの産業廃水処理で特に考慮されています11。

イランで実施された系統的レビューによると、実施された研究の 7.69% で飲料水中の Cu 濃度が許容限度を超えています12。 イラン、カラジ市の飲料水源では、58 サンプル中 8 サンプルの銅濃度が許容限度 (2.99 mg/L) を超えています13。 フロリダ州の 6 つの雨水池で行われた調査によると、堆積物中の銅の濃度は水の数倍です 14。 淡水への Cu の重要な投入物は、欧州連合における天然水源 (3.7 ktpa)、農業 (1.8 ktpa)、および流出水 (1.8 ktpa) です15。 高度に工業化された都市沿岸システムの沿岸水域および河口水域では、溶存銅濃度の範囲は 6.4 ～ 45.4 nM です 16。