Nanomaterials for Separation of Hazardous Contaminants from Wastewater
- 2026
- Buch
- Herausgegeben von
- Showkat Ahmad Bhawani
- Mohammad Jawaid
- Buchreihe
- Smart Nanomaterials Technology
- Verlag
- Springer Nature Singapore
Über dieses Buch
Dieses Buch behandelt die neuesten Fortschritte bei Nanomaterialien, die bei der Entfernung verschiedener giftiger Schadstoffe aus Abwässern wie Metallionen, Farbstoffen und Pestiziden eingesetzt werden. Jüngste Fortschritte in der Nanotechnologie bieten sprunghafte Möglichkeiten, Wasserversorgungssysteme der nächsten Generation zu entwickeln. Unsere derzeitigen Verfahren zur Wasseraufbereitung, -verteilung und -ableitung, die stark auf Fördertechnik und zentralisierte Systeme angewiesen sind, sind nicht mehr nachhaltig. Die durch die Nanotechnologie ermöglichten hocheffizienten, modularen und multifunktionalen Prozesse sollen leistungsstarke, erschwingliche Wasser- und Abwasserbehandlungslösungen bieten, die weniger auf große Infrastrukturen angewiesen sind. Die Nanotechnologie-gestützte Wasser- und Abwasseraufbereitung verspricht nicht nur, die großen Herausforderungen der bestehenden Aufbereitungstechnologien zu bewältigen, sondern auch neue Behandlungskapazitäten bereitzustellen, die eine wirtschaftliche Nutzung unkonventioneller Wasserquellen zum Ausbau der Wasserversorgung ermöglichen könnten. Dieses Buch stellt eine Vielzahl effizienter, umweltfreundlicher und kostengünstiger Nanomaterialien wie Kohlenstoff-Nanoröhren, Graphen, Manganoxid, Zinkoxid, Titanoxid, Magnesiumoxid und Eisenoxide vor, die einzigartige Funktionen zur Dekontamination von Industrieabwässern, Oberflächenwasser, Grundwasser und Trinkwasser aufweisen. Es zeigt auch den Einsatz von Nanopartikeln bei der Herstellung von Membranen für fortgeschrittene Wasser- / Abwasserbehandlungsprozesse, bei denen die Nanopartikel Durchlässigkeitskontrolle und Bewuchsresistenz in verschiedenen Strukturen und relevanten Funktionalitäten ermöglichen. Sowohl polymere als auch anorganische Membranen werden hergestellt, indem Nanopartikel entweder zu porösen Membranen zusammengefügt oder gemischt werden. Der Inhalt dieses Buches wird für Forscher und Fachleute interessant sein, die an der Entwicklung neuer Nanomaterialien für die Abwasserbehandlung und -reinigung arbeiten.
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Über dieses Buch
This book covers the latest advancements of nanomaterials used in the removal of various toxic contaminants from wastewater such as metal ions, dyes, and pesticides. Recent advances in nanotechnology offer leapfrogging opportunities to develop next-generation water supply systems. Our current water treatment, distribution, and discharge practices, which heavily rely on conveyance and centralized systems, are no longer sustainable. The highly efficient, modular, and multifunctional processes enabled by nanotechnology are envisaged to provide high-performance, affordable water, and wastewater treatment solutions that less rely on large infrastructures. Nanotechnology-enabled water and wastewater treatment promises to not only overcome major challenges faced by existing treatment technologies, but also to provide new treatment capabilities that could allow economic utilization of unconventional water sources to expand the water supply.
This book presents a variety of efficient, eco-friendly, and cost-effective nanomaterials such as carbon nanotubes, graphene, manganese oxide, zinc oxide, titanium oxide, magnesium oxide, and ferric oxides, which have unique functionalities for decontamination of industrial effluents, surface water, ground water, and drinking water. It also demonstrates the use of nanoparticles in the manufacturing of membranes for advanced water/wastewater treatment processes, where the nanoparticles allow permeability control and fouling resistance in various structures and relevant functionalities. Both polymeric and inorganic membranes are manufactured by either assembling nanoparticles into porous membranes or blending process. The contents of this book will be interesting to researchers and professionals working to develop new nanomaterials for wastewater treatment and purification.
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Inhaltsverzeichnis
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Frontmatter
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Processing and Properties of Nanomaterials
Nur Aqilah Makshut, Zainab NgainiDieses Kapitel geht der Synthese und den Eigenschaften von Nanomaterialien nach und konzentriert sich auf Top-down- und Bottom-up-Ansätze. Top-down-Methoden wie Kugelfräsen, Lithographie, Sputtern, Laserablation und Lichtbogenentladung werden ebenso untersucht wie ihre Vorteile und Grenzen. Bottom-up-Methoden wie chemische Dampfabscheidung, hydrothermale und solvothermale Prozesse, Sol-Gel-Synthese und Co-Fällung werden ebenfalls detailliert diskutiert. Das Kapitel beleuchtet die einzigartigen optischen, mechanischen, chemischen, magnetischen und elektrischen Eigenschaften von Nanomaterialien, die sie für verschiedene Anwendungen äußerst vielseitig einsetzbar machen. Darüber hinaus untersucht der Text das Potenzial grüner Synthesemethoden als nachhaltige Alternativen zu herkömmlichen Ansätzen. Das Kapitel schließt mit der Diskussion der Herausforderungen und zukünftigen Richtungen in der Nanomaterialsynthese und -anwendung und bietet einen umfassenden Überblick über dieses sich rasch entwickelnde Feld.KI-Generiert
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AbstractNanomaterials have garnered extensive interest due to their unique properties, which significantly differ from those of their bulk counterparts. This chapter explores the diverse methods employed in the production of nanomaterials, emphasising both top-down and bottom-up approaches. Top-down techniques, such as ball milling, lithography, sputtering, laser ablation and arc discharge, physically reduce the size of bulky materials to nano-sized particles. Conversely, bottom-up techniques, including chemical vapour deposition, hydrothermal, solvothermal, sol–gel synthesis and co-precipitation, facilitate the creation of nanomaterials with controlled sizes and shapes from the smallest atoms. In recent years, green synthesis has emerged as a sustainable and environmentally friendly technique, utilising biological entities like plants, microorganisms, algae and actinomycetes as precursors of reducing agents to produce metal nanomaterials, such as silver, copper and cerium. The chapter highlights the importance of nanomaterial processing techniques in determining the structural, optical, mechanical, electrical and magnetic properties of the resulting materials. Despite significant advancements, challenges persist in achieving precise control over nanomaterial properties and scaling up production for industrial applications. This chapter addresses the research gap by examining the latest advancements, methodologies and their impact on various fields. It highlights the pivotal role of nanomaterial processing in enabling innovative applications and overcoming existing limitations. The choice of synthesis technique is discussed in the context of desired properties, applications and environmental considerations. -
Graphene Nanomaterials for Separation of Hazardous Materials from Wastewater
Ravi KumarDieses Kapitel befasst sich mit dem Einsatz von Graphen-Nanomaterialien zur Abscheidung gefährlicher Stoffe aus Abwasser und konzentriert sich dabei auf ihre Rolle bei der Adsorption, Membranfiltration und katalytischen Prozessen. Es hebt die einzigartigen Eigenschaften von Graphen hervor, wie hohe Oberfläche, abstimmbare Porengröße und chemische Stabilität, die es zu einem effektiven Adsorptionsmittel für organische und anorganische Schadstoffe machen. Der Text diskutiert auch die verschiedenen Formen von Nanomaterialien auf Graphenbasis, einschließlich Graphenoxid und reduziertem Graphenoxid, und ihre Anwendungen in der Abwasserbehandlung. Darüber hinaus werden die Faktoren untersucht, die die Aktivität dieser Nanomaterialien beeinflussen, wie pH-Wert, Temperatur und das Vorhandensein natürlicher organischer Materie. Das Kapitel schließt mit der Erörterung der Herausforderungen und Zukunftsperspektiven des Einsatzes von Graphen-basierten Materialien in der Abwasserbehandlung und betont ihr Potenzial, das Feld zu revolutionieren.KI-Generiert
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AbstractWater pollution has raised the alarms toward the maintenance of life on earth. Industrial revolution has given a big blow to the aquatic health of the planet. Treatment of wastewater is one of the foremost issues being considered by the scientific community. Carbon-based nanomaterials have grabbed the interest of the research community owing to their noteworthy characteristics. These nanomaterials include carbon nanotubes, graphene, graphene oxide, reduced graphene oxide. Graphene-based nanomaterials are found to have different roles in wastewater treatment via processes like adsorption, catalysis, and membrane filtration owing to their remarkable properties and the different mechanisms associated with their activity. This chapter provides a useful insight into the various roles and the factors associated with the appliance of graphene-based nanomaterials for wastewater treatment along with their pros and cons—a future-looking perspective. -
Composite Nanoclay Materials for Removal of Ions from Water
A. H. Bhat, Amal S. Al Rahbi, Veena Doss, Bhupinder Kaur, Showkat Ahmad Bhawani, Geetha DeviDieses Kapitel untersucht die entscheidende Rolle von Nanoclay-Verbundwerkstoffen bei der Entfernung giftiger Schwermetallionen aus Wasser, einer drängenden ökologischen Herausforderung. Es untersucht die strukturellen Eigenschaften und die Klassifizierung von Tonmineralien und hebt ihre einzigartigen physikalisch-chemischen Eigenschaften hervor, die sie zu hochwirksamen Adsorptionsmitteln machen. Der Text behandelt verschiedene Arten von Tonmineralien, darunter Kaolinit, Smektit, Montmorillonit und Bentonit, und ihre Anwendung in der Wasseraufbereitung. Es untersucht auch die Methoden zur Herstellung von Nanokompositen aus Ton und die Mechanismen der Adsorption von Nanoclay und betont dabei die Faktoren, die den Adsorptionsprozess beeinflussen. Das Kapitel schließt mit einem Überblick über aktuelle Studien zu Nanotonerden, die ihr Potenzial für die Entwicklung innovativer und kosteneffektiver Lösungen zur Wasserreinigung aufzeigen. Die Leser erhalten Einblicke in die neuesten Fortschritte in der Nanotonne-Technologie und ihre vielversprechende Rolle bei der Bewältigung globaler Herausforderungen im Bereich der Wasseraufbereitung.KI-Generiert
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AbstractNanoclay, a material derived from natural clays, exhibits strong potential for wastewater treatment due to its exceptionally high surface area, making it highly efficient at removing toxic metal ions, microbes, and dissolved pollutants. This chapter reviews recent progress in nanoclay-based adsorbents, exploring their applications and the mechanisms behind ion removal. The adsorption process, governed by charge chemistry, involves multiple pathways, including physical adsorption, micro-precipitation, and chemisorption. Additionally, the chapter evaluates key factors that influence adsorption performance, such as nano-adsorbent surface properties and external chemical conditions. By providing these insights, the discussion aims to advance the understanding of nanoclay composites and their role in water purification. -
Silica-Based Nanomaterials for Wastewater Separation
Isaac John Umaru, Hauwa A. Umaru, Rimamskep Danbeki, Kerenhappuch Isaac UmaruNanomaterialien auf Siliziumbasis sind führend in der Abwasserreinigungstechnologie und bieten einzigartige Lösungen zur Entfernung gefährlicher Materialien. Dieses Kapitel vertieft sich in die Synthesemethoden dieser Nanomaterialien, einschließlich Sol-Gel, Mikroemulsion und schablonengestützter Techniken, und hebt ihre Fähigkeit hervor, Materialien mit kontrollierter Größe, Form und Porosität herzustellen. Die Eigenschaften von Kieselsäure-Nanomaterialien wie hohe Oberflächen, abstimmbare Porosität und Funktionalisierungsmöglichkeiten werden detailliert untersucht und zeigen ihr Potenzial für eine effiziente Adsorption und Entfernung von Verunreinigungen. Das Kapitel untersucht auch die Anwendung von Kieselsäure-Nanomaterialien bei der Entfernung von Schwermetallen, organischen Schadstoffen und Mikroplastik, wobei Fallstudien ihre Wirksamkeit belegen. Darüber hinaus wird der Einsatz silicabeschichteter magnetischer Nanomaterialien zur Entfernung von Mikroplastik und elektromagnetischer Trenntechniken für pharmazeutische Schadstoffe diskutiert. Das Kapitel schließt mit einem Blick auf die Zukunft siliziumbasierter Nanomaterialien in der Abwasserbehandlung und betont ihr Potenzial für nachhaltige und effiziente Lösungen.KI-Generiert
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AbstractSilica nanomaterials have gained significant attention in recent years due to their unique properties and potential applications in various fields such as electronics, catalysis, energy, and biomedicine. The silica nanomaterials exhibit a wide range of sizes and morphologies, including nanoparticles, nanospheres, nanorods, nanowires, and mesoporous structures. The size and morphology of silica nanostructures can be tailored by adjusting the synthesis parameters such as reaction time, temperature, and concentration of precursors. Thus, porosity of silica nanomaterials can be controlled by adjusting the synthesis parameters, such as the surfactant concentration in the sol–gel method (Li et al. in Adv Mater Interfaces 6:190042, 2019). Highly porous silica nanomaterials offer increased surface area and enhanced mass transport properties, enabling efficient adsorption or catalytic reactions. These silica-based nanomaterials, such as silica nanoparticles and mesoporous silica, have shown exceptional performance: heavy metal separation, organic pollutant removal, radioactive substance remediation, efficiency of silica nanomaterials in removing hazardous materials, organic pollutant removal, removal of organic dyes, kinetics of hazardous materials separation, etc. Therefore, the silica-based nanomaterials offer significant potential for addressing the challenges associated with wastewater separation and treatment. Their customizable properties, including size, morphology, and surface chemistry, allow for tailoring their performance to specific contaminants. By utilizing advanced fabrication methods and understanding their unique properties, silica-based nanomaterials can pave the way for efficient, cost-effective, and sustainable approaches to wastewater treatment. -
Functional Oxide Materials for the Removal of Heavy Metals
Ebenezer Morayo Ale, Isaac John Umaru, Olanrewaju Roland Akinseye, Kerenhappuch Isaac UmaruDieses Kapitel taucht in die Welt der funktionellen Oxidmaterialien ein und hebt ihre außergewöhnlichen Eigenschaften und vielfältigen Anwendungen bei der Schwermetallentfernung hervor. Zunächst werden die Arten funktioneller Oxidmaterialien untersucht, darunter Metalloxide, gemischte Metalloxide und Verbundmaterialien, von denen jedes einzigartige Vorteile für die Schwermetalladsorption bietet. Das Kapitel untersucht dann die Mechanismen der Schwermetalladsorption wie Oberflächenkomplexation, Ionenaustausch, elektrostatische Anziehung und Mitfällung und liefert ein umfassendes Verständnis der Wechselwirkung dieser Materialien mit Schwermetallionen. Verschiedene Synthesemethoden, darunter Sol-Gel, hydrothermale, Co-Fällungs- und Imprägniertechniken, werden diskutiert, wobei ihr Einfluss auf die Struktur und Adsorptionsleistung des Materials hervorgehoben wird. Das Kapitel behandelt auch die Anwendungen funktioneller Oxidmaterialien in der Wasseraufbereitung, Bodensanierung, Sedimentstabilisierung und industriellen Abwasserbehandlung und zeigt ihre Vielseitigkeit und Wirksamkeit. Darüber hinaus befasst er sich mit Strategien zur Leistungssteigerung, Herausforderungen und Nachhaltigkeitsüberlegungen und bietet einen umfassenden Überblick über das Feld. Das Kapitel schließt mit Zukunftsperspektiven und hebt das Potenzial multifunktionaler Materialien, Nanotechnologie und intelligenter Materialien bei der Weiterentwicklung von Schwermetallentfernungstechnologien hervor. Dieses Kapitel ist eine wertvolle Ressource für Fachleute, die funktionale Oxidmaterialien in der Umweltsanierung verstehen und umsetzen wollen.KI-Generiert
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AbstractFunctional oxide materials have emerged as promising candidates for the removal of heavy metals from various environmental matrices. This review provides an in-depth analysis of recent advancements in the field of functional oxide materials for heavy metal removal. The review covers the synthesis methods, mechanisms of adsorption, and applications of these materials in addressing heavy metal pollution. Through a comprehensive examination of literature, this review aims to highlight the potential of functional oxide materials as efficient and sustainable solutions for heavy metal remediation. -
Inorganic Supported Nanocomposites and Their Applications in the Removal of Toxic Contaminants for Wastewater
Priyanka Singh, Kafeel Ahmad SiddiquiAnorganisch unterstützte Nanoverbundwerkstoffe entwickeln sich zu einem leistungsstarken Werkzeug im Kampf gegen die Wasserverschmutzung und bieten eine Reihe von Vorteilen gegenüber herkömmlichen Behandlungsmethoden. Dieses Kapitel vertieft die Synthese und die Eigenschaften dieser Nanokomposite und hebt ihre einzigartigen Eigenschaften hervor, die sie hochwirksam bei der Entfernung giftiger Schadstoffe aus dem Abwasser machen. Der Text untersucht verschiedene Arten anorganischer Nanokomposite, darunter katalysatorgestützte, photokatalysatorgestützte, sensorgestützte, membrangestützte, Energiespeicher unterstützte und nanofluidgestützte Nanokomposite, von denen jeder seine eigenen Anwendungsmöglichkeiten und Vorteile hat. In diesem Kapitel wird auch der Prozess der Abwasserbehandlung behandelt und erläutert, wie diese Nanokomposite für Adsorption, Filtration, Katalyse, Desinfektion und Ionenaustausch genutzt werden können. Darüber hinaus präsentiert der Text Fallstudien zu bestimmten Nanokompositen wie Zink-, Kupferoxid-, Magnesium-, Zirkonium-, Mangandioxid-, Eisen-, Kobalt- und Nickel-Nanokompositen, die ihre Wirksamkeit in realen Szenarien demonstrieren. Die Schlussfolgerung unterstreicht das immense Potenzial anorganisch unterstützter Nanokomposite als nachhaltige und effiziente Lösung zur Bewältigung der Herausforderungen durch toxische Schadstoffe im Abwasser und ebnet den Weg für sauberere und gesündere Umgebungen.KI-Generiert
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AbstractThis comprehensive exploration delves into the realm of inorganic supported nanocomposites and their remarkable applications in effectively removing toxic contaminants from wastewater. Through a detailed analysis of synthesis methods and characterization techniques, the unique properties and functionalities of these nanocomposites are unveiled. The study focuses on diverse toxic contaminants, highlighting the versatile and highly efficient nature of nanocomposites in wastewater treatment. Furthermore, a deep dive into the underlying mechanisms provides valuable insights into the intricate interactions between the nanocomposites and contaminants. In-depth review of past literature was also made to understand the potential of these nanocomposites, which opens up new avenues for revolutionizing wastewater treatment, leading to cleaner, safer, and more sustainable water resources. -
Magnetic Nanocomposites and Their Applications in the Removal of Toxic Contaminants from Wastewater
Naseem Ahmad, Saimah Khan, Sanjana Yadav, Umme Salma, Nafish Fatima, Kashif Raees, Mohammad Shahadat, Nafees AhmadDieses Kapitel befasst sich mit den Synthesemethoden magnetischer Nanoverbundwerkstoffe, darunter Co-Präzipitation, Sol-Gel, hydrothermale / solvothermale und grüne Syntheseansätze. Es untersucht die Mechanismen der Entfernung toxischer Schadstoffe wie Adsorption, fortgeschrittene Oxidationsprozesse, Ionenaustausch und Chelation. Der Text beleuchtet die Anwendungen magnetischer Nanopartikel bei der Entfernung von Schwermetallen, organischen Schadstoffen, radioaktiven Kontaminanten und Krankheitserregern aus dem Abwasser. Außerdem werden die Vor- und Nachteile verschiedener Methoden zur Schadstoffbeseitigung diskutiert. Das Kapitel schließt mit der Betonung des Potenzials magnetischer Nanoverbundwerkstoffe zur Revolutionierung der Abwasserbehandlung und der Notwendigkeit weiterer Forschung und Entwicklung in diesem Bereich.KI-Generiert
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AbstractThe growing presence of water contaminants, such as organic pollutants and heavy metals, poses substantial environmental, and public health risks due to their toxicity and carcinogenic nature. Magnetic nanocomposites have emerged as effective materials for wastewater treatment, offering advantages like high surface area, magnetic responsiveness, and versatile functionalization capabilities. This chapter explores the synthesis techniques, such as co-precipitation, sol–gel, and green synthesis approaches, emphasizing their role in tailoring nanocomposites for enhanced performance and applications of magnetic nanocomposites in removing toxic contaminants from wastewater. Adsorption, photocatalytic degradation, and ion-exchange mechanisms are also highlighted in this chapter mentioning their effectiveness in removing toxic contaminants. Furthermore, it addresses the challenges associated with their practical application, including material stability, reusability, and potential environmental risks. -
Nanomaterials for the Removal of Metal Ions from Wastewater
Basree, Arif Ali, Musheer AhmadDieses Kapitel widmet sich dem kritischen Thema der Schwermetallkontamination im Abwasser und der innovativen Verwendung von Nanomaterialien zu ihrer Beseitigung. Es behandelt die Synthesetechniken von Nanomaterialien, einschließlich Top-down- und Bottom-up-Strategien, und ihre einzigartigen Eigenschaften, die sie zu effektiven Adsorbenzien machen. Der Text untersucht verschiedene Nanomaterialien wie Metall-Nanopartikel, null-valentes Eisen, Titanat-Nanomaterialien, Eisenoxid-basierte Materialien, Zink-basierte Materialien, magnetische Nanopartikel, Kohlenstoff-basierte Nanomaterialien und landwirtschaftliche Abfallmaterialien. Jede Art von Nanomaterial wird hinsichtlich seiner Struktur, Eigenschaften und Wirksamkeit bei der Entfernung bestimmter Schwermetalle diskutiert. Das Kapitel untersucht auch die Faktoren, die den Adsorptionsprozess beeinflussen, einschließlich pH-Wert, Kontaktzeit, Adsorptionsmitteldosis, Temperatur und Ionenstärke. Die Schlussfolgerung unterstreicht das Potenzial von Nanomaterialien bei der Bekämpfung der Schwermetallverschmutzung und die Notwendigkeit weiterer Forschung zur Optimierung ihrer Verwendung. Dieser umfassende Überblick bietet wertvolle Einblicke in den aktuellen Zustand und die Zukunftsaussichten nanomaterialbasierter Lösungen zur Schwermetallentfernung aus Abwasser.KI-Generiert
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AbstractWhile the fact that heavy metals are frequently occur in minute quantity in natural streams, the abundance of heavy metal ions are much dangerous for human survival and aquatic life at their very low concentrations. Nanotechnology and nanomaterials have put out the interest of experts as a long-term solution to water pollution. Researchers are working to create innovative, commercial nanomaterials for application in water/wastewater remediation. Nanomaterial adsorbents are very advantageous for removing the heavy metal ions because of their huge specific surface areas and improved active sites for pollutant adsorption. The chapter addresses nanomaterial adsorbents, including synthesis techniques, nanomaterial kinds, factors affecting nanomaterials adsorption, as well as future problems. Chemical Vapor Deposition was discovered to be the most effective in providing required properties among various synthesis processes. The optimal removal capacity of some nanomaterials such as graphene composites and cellulose-based nanomaterials has been reported1989 mg/g for Hg(II) and 1641 mg/g for Cd(II), respectively. Other factors are also played an important role (such as contact time, effect of pH, adsorbent dose, temperature, and ionic behavior of metal ions) to remove toxic metal ions in large amount from aqueous waste. Moreover, nanomaterials have been proven as a promising adsorbent for adsorption of heavy metals ions. -
Nanomaterials for the Removal of Pharmaceutical Drugs from Wastewater
Shama Firdaus, Shaikh Arfa Akmal, Aiman AhmadDieses Kapitel vertieft sich in das kritische Thema der pharmazeutischen Verunreinigung von Abwasser und beleuchtet die Grenzen konventioneller Behandlungsmethoden. Es untersucht die Synthese und die Eigenschaften verschiedener Nanomaterialien, einschließlich 0D, 1D, 2D, 3D und Hybridmaterialien, und ihre Wirksamkeit bei der Entfernung pharmazeutischer Schadstoffe durch Adsorption, Photokatalyse und biologischen Abbau. Der Text diskutiert innovative grüne Synthesetechniken wie Hydrothermie, Mikrowellenunterstützung, Ultraschall und Elektrospinning und betont ihre Nachhaltigkeit und Effizienz. Jüngste Fortschritte bei dimensionalitätsorientierten Nanomaterialien und der gezielten Entfernung von Medikamenten werden ebenfalls hervorgehoben. Das Kapitel schließt mit der Betonung der Notwendigkeit weiterer Forschung und Entwicklung zur Kommerzialisierung und Skalierung dieser Technologien, um eine gesündere Umwelt für zukünftige Generationen zu gewährleisten.KI-Generiert
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AbstractNanoparticles’ distinct properties have aided in the resolution of a wide range of environmental issues. The direct release of pharmaceutical drugs into water streams raises concerns about the potential hazardous impact on human health and aquatic ecosystems. Nanomaterials have proven to show an effective treatment of wastewater by eliminating and degrading the unused drugs released from households, industries, hospitals, and other locations. This chapter focuses on the features and benefits of nanomaterials in eliminating drug impurities through conventional and green innovative procedures. Furthermore, the drug removal mechanisms such as adsorption, photocatalytic degradation, and biodegradation, as well as the function of various nanomaterials based on the dimensionality (0D, 1D, 2D, 3D, and hybrid), are also discussed in detail. Thus, this chapter gives insightful information about the potential of nanomaterials for the elimination of pharmaceutical pollutants from wastewater, discussing the cutting-edge research articles for environmental remediation. -
Nanomaterials for the Removal of Dyes from Wastewater
Arshad Iqbal, Naseem Ahmad, Iqbal Azad, Mohsin Vahid Khan, Mohammad Shahadat, Mohd Arshad, Nafees AhmadDieses Kapitel widmet sich dem kritischen Problem der Verschmutzung von Abwasser durch Farbstoffe und der vielversprechenden Rolle von Nanomaterialien bei der Bewältigung dieser Herausforderung. Zunächst wird die Schwere der Wasserverschmutzung durch Industriefarbstoffe hervorgehoben, die toxisch und nicht biologisch abbaubar sind und erhebliche Risiken für das Leben im Wasser und die menschliche Gesundheit darstellen. Anschließend untersucht der Text verschiedene traditionelle Methoden zur Farbstoffentfernung, wie Membrantrennung, Oxidation und Gerinnung, wobei er auf ihre Grenzen in Bezug auf Effizienz und Nachhaltigkeit hinweist. Das Hauptaugenmerk des Kapitels liegt auf der Verwendung von Nanomaterialien, die einzigartige Eigenschaften wie hohe Oberflächen, abstimmbare Porosität sowie hervorragende Adsorptions- und Katalysatorfähigkeiten aufweisen. Verschiedene Arten von Nanomaterialien, darunter kohlenstoffbasierte Nanomaterialien, Metalloxide und polymere Nanomaterialien, werden im Detail diskutiert, ebenso wie ihre Vor- und Nachteile bei der Farbstoffentfernung. Das Kapitel erklärt auch die Mechanismen der Farbstoffentfernung mittels Nanomaterialien wie Adsorption und Photokatalyse und liefert Beispiele erfolgreicher Anwendungen. Darüber hinaus widmet sie sich den Herausforderungen und Zukunftsperspektiven in diesem Bereich und betont die Notwendigkeit nachhaltiger und umweltfreundlicher Nanomaterialien. Das Kapitel schließt mit der Hervorhebung des Potenzials von Nanomaterialien, die Umweltsanierung zu verändern und zu einer saubereren Wasserversorgung und einer gesünderen Umwelt beizutragen.KI-Generiert
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AbstractDyes are frequently used to color objects in industries such as textiles, tanning, leather, cosmetics, and many more. These industries release huge amounts of wastewater that pose a risk to the environment and human well-being. Therefore, dye removal from contaminated water has received significant attention. For this purpose, adsorption and photocatalysis have been proven to be efficient and cost effective for removing dyes than the conventional biological, chemical, and physical processes. The utilization of nanomaterials through a combination of photocatalytic and adsorption has emerged to be an efficient method. The present chapter provides a comprehensive out-looks of dye removal treatment including their classification, toxicity, and dye elimination methods with especial focus on nanomaterials. Based on the reported date, it is established that nanomaterials have demonstrated significant dye removal potential to treat industrial wastewater. -
CMC-Fe3O4: Environment-Friendly Polymer Nanocomposite for the Wastewater Treatment
Jyotsna Thakur, Maheshwari ZirpeDieses Kapitel untersucht die Synthese und Charakterisierung von CMC-Fe3O4 Nanocomposite und konzentriert sich dabei auf sein Potenzial für die Abwasserbehandlung. Die Studie untersucht die Adsorptionsleistung dieses Nanoverbundes bei der Entfernung von Arsen (III) -Ionen, einem hochgiftigen Schadstoff. Anhand verschiedener Modelle, darunter Langmuir- und Freundlich-Isothermen sowie Pseudo-Kinetik erster und Pseudo-zweiter Ordnung, bietet das Kapitel eine umfassende Analyse des Adsorptionsprozesses. Die Ergebnisse zeigen die hohe Adsorptionskapazität des Nanocomposite und seine Effektivität bei der Entfernung von Arsen (III) aus wässrigen Lösungen. Zusätzlich werden in diesem Kapitel die thermodynamischen Aspekte des Adsorptionsprozesses diskutiert und die Machbarkeit und Spontaneität der Reaktion hervorgehoben. Die Studie endet mit einer Regenerationsstudie, die das Potenzial des Nanokomposits für eine wiederholte Verwendung aufzeigt und es zu einem vielversprechenden Kandidaten für die Sanierung der Umwelt macht.KI-Generiert
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AbstractWorldwide, industrialization led to the severe pollution causing long-term damage to the natural resources. Recent focus of water remediation technology is to develop materials which have high capacity to remove contaminants, low cost, easy retrieval and environmental compatibility. In this regard, this study aimed to prepare a nanocomposite of non-toxic and biodegradable polymer such as carboxymethyl cellulose (CMC) and magnetic Fe3O4 nanoparticles. The study also investigates the efficiency CMC-Fe3O4 synergies for the removal of toxic heavy metal like arsenic in water. CMC-Fe3O4 nanocomposite was prepared by dispersing as-prepared Fe3O4 nanoparticles in the polymer matrix in 2:1 ratio via ultrasonication. As prepared material was characterized by using X-ray diffractometer, field emission-scanning electron microscopy, energy dispersive spectroscopy, high-resolution transmission electron microscopy and Fourier transform infrared spectroscopy that confirms the formation of nanocomposite. The nanocomposite demonstrated high adsorption capacity of 287.19 mg.g−1 towards 300 mg L−1 As (III) at optimum experimental conditions such as 30 min of equilibration using 0.025 g of nanoadsorbent at neutral pH. The adsorption process was well described by Langmuir isotherm model, best fitted with pseudo-second-order kinetics. Biocompatibility and easy magnetic separation of nanoadsorbent ensures the environmental safety.
- Titel
- Nanomaterials for Separation of Hazardous Contaminants from Wastewater
- Herausgegeben von
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Showkat Ahmad Bhawani
Mohammad Jawaid
- Copyright-Jahr
- 2026
- Verlag
- Springer Nature Singapore
- Electronic ISBN
- 978-981-9560-79-0
- Print ISBN
- 978-981-9560-78-3
- DOI
- https://doi.org/10.1007/978-981-95-6079-0
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