ゼオライトナノコンポジットを使用した汚染水からのストロンチウム除去プロセスの応答表面方法論

汚染された水からストロンチウムを効果的に除去することは、福島のダイチ原子力発電所の破壊後、特に日本では世界中の新たな問題です。ストロンチウム除去プロセスでは、化学物質の量と実験試験の数を減らすために、関連する要因の統計的最適化が必要です。この研究では、異なる要因の影響とストロンチウム除去の効率に対する相互作用効果を評価するために、中央の複合設計に基づく応答表面方法論が採用されました。ナノスケールのゼロバレント鉄ゼオライト（NZVI-Z）およびナノフェ/Cuゼオライト（NFE/Cu-Z）をストロンチウムの効果的な除去の吸着剤と見なしました。結果は、pH、接触時間、濃度などの研究された3つの要因が、ストロンチウムの吸着に正の関連があることを示唆しました。つまり、最大ストロンチウム除去は、それぞれ12、200 mg L-1、および30分のpH、初期濃度、および接触時間で発生しました。NZVI-ZおよびNFE/Cu-Z吸着剤の実験的最大ストロンチウム吸着能力は、それぞれ32.5 mg/gおよび34 mg/gです。本研究はまた、最も統計的に有意な潜在的な貢献者が初期濃度であり、その後に除去プロセスの接触時間が続くことを示した。この研究は、接触時間と初期濃度の間の相互作用効果が統計的に重要であることを示しており、ストロンチウムの除去段階でのマルチメカニズム技術の必要性を示唆しています。T Dh、Langmuir、Dubinin-Astakhov（D-A）、Freundlich、およびHill Isothermモデルには、RMSDとR2に基づいた他のモデルと比較して、TXHモデルが他のモデルと比較して最適な実験的なストロンチウム吸着データも装備されています。

The effective removal of strontium from polluted water is an emerging issue worldwide, especially in Japan, after the destruction of Fukushima's Daiichi Nuclear Power Plant. In the strontium removal process, statistical optimization of associated factors is needed to reduce the quantity of chemicals and the number of experimental trials. In this study, response surface methodology based on the central composite design was employed for assessing the influence of different factors and their interaction effects on the efficiency of strontium removal. We have considered nanoscale zero-valent iron-zeolite (nZVI-Z) and nano-Fe/Cu zeolite (nFe/Cu-Z) as adsorbents for the effective removal of strontium. The results suggested that the studied three factors such as pH, contact time, and concentration are positively related to the adsorption of strontium. That is, the maximum strontium removal occurred at pH, initial concentration, and contact time of 12, 200 mg L-1, and 30 min, respectively. The experimental maximum strontium adsorption capacity of nZVI-Z and nFe/Cu-Z adsorbents is 32.5 mg/g and 34 mg/g, respectively. The present study also showed that the most statistically significant potential contributor was initial concentration, followed by contact time in the removal process. The study indicated that the interaction effect between contact time and initial concentration was statistically important, suggesting the need for a multi-mechanism technique in the removal phase of strontium. Tόth, Langmuir, Dubinin-Astakhov (D-A), Freundlich, and Hill isotherm models were also fitted with the experimental strontium adsorption data, in which the Tόth model fitted best compared to the other models based on the RMSD and R2.