مطالعه سینتیکی و ترمودینامیکی جذب یون کروم ) (III از فاز آبی توسط نانولوله های کربنی عامل‌دار شده

نوع مقاله : علمی-پژوهشی

نویسندگان

1 گروه شیمی، واحد علوم و تحقیقات تهران، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران، ایران

2 گروه شیمی، دانشگاه آزاد اسلامی، واحد تهران مرکزی، تهران، ایران

چکیده

در این پژوهش در گام نخست، نانولوله‌های کربنی چند دیواره (MWCNTs) عامل‌دار شد و سپس مورد مشخصه ‌یابی قرار گرفت. در فرایند مشخصه یابی از اسپکتروسکوپی فروسرخ تبدیل فوریه (FT-IR)، پراش پودری پرتو X (XRD)، میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM)، آنالیز بت. امت، تلر. بارت.جوینر.هالندا (BET/BJH) و آنالیز اندازه ذره‌ها (PSA) استفاده شد. در گام بعدی از نانولوله‌های کربنی عامل‌دار شده (FMWCNTs) برای حذف یون‌های آلاینده از محیط‌های آبی استفاده شد. اثر عامل‌های مؤثر بر بازدهی فرایند جذب، مانند غلظت اولیه جذب‌شونده، C0، مقدار جاذب (W)، pH، زمان تماس جذب‌شونده با جاذب و دما مطالعه شد و مقدار بهینه هر یک از آن‌ها تعیین شد. نتیجه‌های به‌دست آمده از بستگی ظرفیت جذب تعادلی، qe، با غلظت اولیه جذب‌شونده در شرایطی که سایر عامل‌های مؤثر بر جذب در مقدار بهینه خود ثابت بودند. با چند هم‌دمای جذب مقایسه شد و معلوم شد که هم‌دمای لانگمویر، تمکین و فروندلیش سازگاری خوبی با نتیجه‌های این پژوهش دارند. ولی سازگاری هم‌دمای فروندلیش بهتر است. بررسی‌های سینتیکی فرایند جذب سطحی مورد مطالعه نشان داد که معادله سینتیکی شبه مرتبه اول با نتیجه‌های تجربی سازگاری خوبی را دارد و در همان حال مدل نفوذ درون مولکولی نیز می‌تواند با نتیجه‌های سینتیکی این پژوهش سازگار باشد. ترمودینامیک جذب نیز با در نظر گرفتن چگونگی بستگی، qe، با دما در شرایطی که سایر عامل‌ها بر روی مقدارهای بهینه خود ثابت نگهداشته شدند، مورد مطالعه قرار گر فت و توابع ترمودینامیکی جذب محاسبه شدند. نتیجه‌ها نشان داد، که فرایند جذب سطحی مورد مطالعه در گستره دمایی به کار رفته خودبه خودی ( G0ad<0) یعنی اگزرگونیک است و گرمازا می­باشد  ( H0ad< 0)و با کاهش در بی نظمی سامانه جذب‌شونده و جاذب همراه است ( S0ad<0). باتوجه به مقدار H0ad می‌توان پیشنهاد نمود که جذب سطحی مورد مطالعه تا حدودی می‌تواند در ردیف جذب فیزیکی قلمداد شود.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1] Jovanovic-Petersen l., Gutierrez M., Peterson CM., Chromium Supplementation for Gestational Diabetic Women Improves Glucose Tolerance and Decreases Hyperinsulinemia, Am. Coll. of Nutr., 14: 530 (1995).
[2] Zhou G., Wang Y., Wang J., Qiao W., Long D., Ling H., Effective Removal of Hexavalent Chromium from Aqueous Solutions by Adsorption on Mesoporous Carbon Microspheres, J colloid interface sci., 462: 200-207. (2016).
[3] Dehghani M H., Taher M.M., Bajpai A.K., Heibati B., Tyaqi I., Asif M., Removal of Noxious Cr (VI) Ions Using Sigle- Walled Carbon Nanotubes, Eng. J., 279: 344-352 (2015).
[4] Slavinskaya G.V., Selemenev V.F., Ozonation of Fulvic Acids of Natural Waters in Aqueous Solutions J. Appl. Chem.,76(9): 1472-147 (2003)
[6] Barkat M.,Chegrouche S., Mellah A., Bensmain B., Nibou D., Boufatit M., Application of Algerian Bentonite in the Removal of Cadmium (II) and Chromium (VI) from Aqueous Solutions, Surf. Eng. Mater. Adv. Technol., 4(4): 210 (2014).
[8] Raji C., Anirudhan T.S., Batch Cr (VI) Removal by Polyacrylamide-Grafted Sawdust: Kinetics and hermodynamicsWater Res., 32(12): 3772-3780 (1998).
[9] Malkoc E., Nuhoglu Y., Investigations of Nickel (II) Removal from Aqueous Solutions Using Tea Factory Waste Hazard. Mater, 127(1-3): 120-128 (2005).
[12] Madrakian T., Afkhami A., Ahmadi M., Bagheri, H., Removal of some Cationic Dyes from Aqueous Solutions using Magnetic-Modified Multi-Walled Carbon Nanotubes Hazard. Mater., 196: 109-114 (2011).
[13] Javier Benitez, F., Acero, J. L., Real, F. J., Rold. 418.z, and Rodriguez, E. Chem. Technol. Biotechnol., 86: 858 (2011).
[14] Morse A., Jackson A., Fate of Amoxicillin in Two Water Reclamation Systems, Water, Air, Soil Pollut., 157: 117-132 (2004).
[15] Zhou P., Su C., Li B., Qian, Y., Treatment of High-Strength Pharmaceutical Wastewater and Removal of Antibiotics in Anaerobic and Aerobic Biological Treatment Processes, Environ. Eng., 132: 129 (2006).
[16] Elmolla E.S., Chaudhuri M., Combined Photo-Fenton-SBR Process for Antibiotic Wastewater Treatment, Hazard. Mater., 192: 1418-1426 (2011).
[17] Andreozzi R., Canterino M., Marotta R., Paxeus N., Antibiotic Removal from Wastewaters: The Ozonation of Amoxicillin. Hazard. Mater., 122: 243-250 (2005).
[18] Zazouli M.A., Susanto H., Nasseri S., Ulbricht M., Influences of Solution Chemistry and Polymeric Natural Organic Matter on the Removal of Aquatic Pharmaceutical Residuals by Nanofiltration, Water Res., 43: 3270-3280 (2009).
[19] Goher M.E., Hassan A.M., Abdel – Moniem I.A., Fahmy A.H., Abdo M.H., EI- Sayeel S.M., Removal of Aluminum, Iron and Manganese Ions from Industrial Wastes using Granular Activated Carbon and Amberlite IR 120 H, The Egyptian j. Aqua Res., 41(2): 155-164 (2015).
[20] Liu H., Liang S., Gao J., Ngo H.H., Guo W., Guo Z., Enhancement of Cr(VI) Removal by Modifying Activated Carbon Developed from Zizania Caduciflora with Tartaric Acid during Phosphoric, Eng. J., 246: 168-174 (2014).
[22] Iijima S., Helical Microtubules of Graphitic Carbon, Nature, 354: 56-58 (1991).
[23] Iijima S., Ichihashi T., Single-Sell Carbon Nanotubes of 1-Nmdiameter, Nature, 363: 603-605 (1993).
[24] Yang K., Zhu l., Xing B., Adsorption of Polycyclic Aromatic Hydrocarbon by Carbon Nonomaterials, Environ. sci. technol., 40: 1855-1861 (2006).
[25] Yang K., Wang X., Zhu l., Xing B., Competitive Sorption of Pyrene, Phananthrene, and Naphthalene on Multiwalled Carbon Nanotubes, Environ. Sci. Technol., 40: 5804-5810 (2006).
[26] Moradi O., Sadegh H., Shahryari-Ghoshekandi R., Norouzi M., Application of Carbon Nanotubes in Nanomedicine: New Medical Approach for Tomorrow, iGi, Global, 39: (2015).
[27] Sadegh H., Goma A.M.A., Agarwal S., Gupta V.K., Surface Modification of MWCNTs with Carboxylic‑to‑Amine and Their Superb Adsorption Performance, Int. J. Environ. Res., 13: 523-531(2019).
[28] Goma A.M.A., Lih Teo E.Y., Aboelazm A.A., Sadegh  H.R., Memar  A.O.H., Shahryari-Ghoshekandi  R., Chong  KF., Capacitive Performance of Cysteamine Functionalized Carbon Nanotubes, Mater. Chem. Phys., 197: 100-104 (2017).
[29] Aviles F., Cauich-Rodriguez J. V., Moo-Tah L., May-Pat A., Vargas-Coronado R., Evaluation of Mild Acid Oxidation Treatments for MWCNT Functionalization, 47: 2970-2975 (2009).
[30] Gupta V.K., Tyagia I., Agarwala S., Moradid O., Sadegh H., Shahryari-ghoshekandid ,  Makhloufe A.S.H.,  Goodarzif  M., Garshasbig  A, Study on the Removal of Heavy Metal Ions from Industry Waste by Carbon Nanotubes, Effect of the Surface Modification-A Review, Crit. Rev. Env. Sci. Tec., 46: 93-118 (2015).
[31] Sadegh H.R., Zare K., Maazinejad B., Shahryari-ghoshekandi., Tyagi I., Agarwal S., Gupta V.K., Synthesis of MWCNT-COOH-Cysteamine Composite and its Application for Dye Removal. Mol. Liq., 215: 221–228 (2016).
[32] Sadegh R., Goma A.M.A., Hamdy Makhlouf A.S., Chong K.F., Alharbi N.S., Agarwal S., Gupta V.K., MWCNTs-Fe3O4 Nanocomposite for Hg (II) High Adsorption Efficiency. J. Mol. Liq., 258: 345-353 (2018).
[33] Taghi samadi M., Shokoohi R., Araghchian , Tarlani A, Amoxiciline Removal from Aquatic Solutions using Multi Walled Carbon Nanotubes, Journal of Mazandaran University of Medical Sciences , 24(117): 103-115 (2014). 
[34] Aghaie M., Aghaie H., “An Introduction to Chemical Thermodynamics of Solids”, Sections (7-8) (2009).
[35] Sharifi A., Montazer Ghaem., Naeimi A., Rajabi Abhari A., Vafaee., Goma A.M.A., Sadegh H.R., Investigation of Photocatalytic Behavior of Modified ZnS:Mn/MWCNTs Nanocomposite for Organic Pollutants Effective Photodegradation. Environ. Manag., 247: 624–632 (2019).
[36] GuptaK., Agarwal S., Bharti A.K., Sadegh H.R., Adsorption Mechanism of Functionalized Multi-Walled Carbon Nanotubes for Advanced Cu (II) Removal. J. Mol. Liq., 230: 667-673 (2017).
[37] Sadegh H.R., Shahryari-Ghoshekandi R., Agarwal S., Tyagi I., Asif , Gupta V.K., Microwave-Assisted Removal of Malachite Green by Carboxylatem Functionalized Multi-Walled Carbon Nanotubes: Kinetics and Equilibrium Study, J. Mol. Liq., 206: 151-158 (2015).
[38] Langmuir I., The Constitution and Fundamental Properties of Solids and Liquids. Part I. Solids.  Am. Chem. Soc., 38(11): 2221-2295 (1916).
[39] Barmaki Z., Aghaie , Kinetic and Thermodynamic Study of Chromium Picolinate Removing from Aqueous Solution onto the Functionalized Multi-Walled Carbon Nanotubes: Iran. J. Chem. Chem. Eng (IJCCE), 40(3): 765-779 (2021).
[40] Pashai Gatabi M., Milani Moghaddam H., Ghorbani M., Efficient Removal of Cadmium using Magnetic Multi Walled Carbon Nanotube Nano Adsorbents: Equilibrium, Kinetic and Thermodynamic Study, Nanopart Res.,18: 189 (2016).
[42] Mahmoodi Z., Aghaie , Fazaeli R., Adsorption Study of Violet 8 and Congo Red Dyes onto Aloe Vera, Phys. chem. Res.,7(3): 547-560 (2019).
[44] Kondabey J., Ghorbani H., Aghaie H., Fazaeli R., Study of the Adsorption and Photo Catalyst Properties of Copper Oxide with Different Morphologies in Removal of Cr(III) from Aqueous Media. J.water sci. technol. 80(5): 827–835 (2019).
[46] Moghaddam M,, Rahdar S., Taghavi ,  Cadmium Removal from Aqueous Solutions  Using  Saxaul Tree Ash. Iran. J. Chem. Chem. Eng, (IJCCE) 35 (3): 45-52(2016).
[48] Olgun A., Atar N., Removal of Copper and Cobalt from Aqueous Solution onto Waste Containing Boron Impurity. Eng.  J., 167(1): 140-147 (2011).
[49] Lu C., Chiu H., Liu C., Removal of Zinc (II) from Aqueous Solution by Purified Nano Tubes, Kinetics and Equilibrium Studies, Eng. chem. Res., 45: 2850-2855 (2006).
[50] Kanthapazham R., Ayyavu C., Mahenirad A.S., Removal of Pb (II), Ni (II), Cd (II) Ion in Aqueous Media using Functionalized MWCNT Wrapped Polypyrrole Nano Composite, Desalination and water treatment, 57(36): 16871-16885 (2016).
[52] Moradi O., Zare K., Adsorption of pb (II), cu (II), cd (II) Ions in Aqueous Solution on SWCNTS and SWCNT-COOH Surfaces Kinetics Studies. Fuller. Nanotub. Carbon Nanostructures, 19: 628-652 (2011).
[53] Kalavathy H., Karthik B., Miranda L. R., Removal and Recovery of Ni and Zn from Aqueous Solution using Activated Carbon from Hevea Brasiliensis: Batch and Column Studies. Colloids Surf., B Biointerfaces.,78(2): 291-302 (2010).
[54] Faghihian H., Rasekh M., Removal of Chromate from Aqueous Solution by a Novel Clinoptilolite Polyanillin Composite, J. Chem. Chem. Eng.(IJCCE), 33(1): 1-130 (2014).
[55] Esmaeili A., Ghasemi S., Zamani F., Investigation of Cr (VI) Adsorption by Dried Brown Algae Sargassum sp and Its Activated Carbon, Iran. Chem. Chem. Eng.(IJCCE), 31(4): 1-136 (2012).
[56] Ho Y.S., McKay G., Pseudo-Second Order Model for Sorption ProcessesProcess Biochem., 34(5): 451-465 (1999).
[57] Malkoc E., Removal Ni (II) from Aqueous Solutions using Cone Biomass of Thuja Orientalis, Hazard. Mater., 137(2): 899-908 (2006).
[58] Ho Y S., “Adsorption of Heavy Metals from Waste Streams by Peat”,  D. Thesis, The University of Birmingham. (1995).
[59] Ho Y.S., McKay G., Kinetic Models for the Sorption of Dye from Aqueous Solution by Wood, Process Saf. Environ., 76(2): 183-191 (1998).
[60] Khezami L., Capart, R., Removal of Chromium (VI) from Aqueous Solution by Activated Carbons: Kinetic and Equilibrium Studies Hazard. Mater,123(1-3): 223-231 (2005).
[61] Rajaei G., Aghaie H., Zare K., Aghaie M., Adsorption of Cu (II) and Zn (II) Ions from Aqueous Solutions onto Fine Powder of Typha latifolia Root: Kinetics and Isotherm Studies, Res. Chem. Intermed., 39: 3579-3594 (2013).
[62] Ho Y.S., McKay G., Batch Lead (II) Removal from Aqueous Solution by Peat: Equilibrium and KineticsTrans I Chem. E, 77(part B): 165-173 (1999).
[63] Teker M., Imamoğlu M., Saltabaş Ö., Adsorption of Copper and Cadmium Ions by Activated Carbon from Rice HullsJ. Chem, 23(2): 185-192 (1999).