سنتز و کاربرد نانو رشته‌های منگنز دی اکسید برای حذف رنگزای کاتیونی از آب

نوع مقاله: علمی-پژوهشی

نویسندگان

1 گروه شیمی، دانشکده علوم پایه، دانشگاه گیلان، رشت، ایران

2 گروه مهندسی محیط زیست، پژوهشکده محیط زیست جهاد دانشگاهی، صندوق پستی 41635-3114 رشت، ایران

چکیده

در این پژوهش، نانورشته‌های منگنز دی اکسید (MnO2) با فرایند ساده اکسایش-کاهش شیمیایی تهیه شد. سپس کارایی نانو رشته‌های تهیه شده برای حذف رنگینه­ کاتیونی مالاشیت سبز (MG) از محلول­های آبی در سامانه ناپیوسته و تعادلی مورد بررسی قرار گرفت. از فناوری­ های میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) و الگوی پراش پرتو ایکس(XRD)  برای مطالعه ریخت‌شناسی سطح جاذب، استفاده شد. برای تعیین شرایط بهینه جذب رنگینه، اثر پارامترهای گوناگون مانند pH، غلظت اولیه، زمان تماس، دما و مقدار جرم جاذب بر روی راندمان جذب  بررسی شد. از معادله­ های فروندلیچ و لانگمویر برای رسم هم‌ دماهای جذب و ارزیابی داده­ های تعادلی جذب  و از معادله­ های سینتیکی شبه درجه اول و دوم برای مطالعه ­های سینتیکی استفاده شد. مطالعه ترمودینامیکی جذب رنگینه  به وسیله نانو‌ رشته‌های نشان می­ دهد که این فرایند گرماگیر، خودبه­ خودی و با افزایش بی­ نظمی همراه است. همچنین فرایند جذب از هم‌دمای لانگمویر و سینتیک شبه مرتبه دوم پیروی می­ کند. بیشینه ظرفیت جذب (qm) جاذب منگنز دی اکسید با استفاده از هم‌دمای لانگمویر mg/g 280- 275 به ­دست آمد که بیانگر ظرفیت جذب بسیار خوب جاذب است. افزون بر مطالعه­ های جذب، مطالعه واجذب نیز انجام گرفت و نتیجه­ های به دست آمده نشان­ دهنده امکان بازیابی آسان جاذب با راندمان بالا و استفاده چندباره جاذب تهیه شده است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1] Ledakowicz S., Gonera M., Optimization of Oxidants Dose for Combined Chemical and Biochemical Treatment of Textile Wastewater, Water Research, 31: 41-57 (1999).

[2] Hastie J., Bejan D., Teutli-Leon M., J. Bunce N., Electrochemical Methods for Degradation
of Orange II (Sodium 4-(2-Hydroxy-1-naphthylazo) Benzenesulfonate)
, Industrial & Engineering Chemistry Research, 45:84-98 (2006).

[3] Zhu C., Wang L., Kong L., Yang X., Wang L., Zheng Sh., Chen F., MaiZhi F., Zong H., Photocatalytic Degradation of AZO Dyes by Supported TiO2+UV in Aqueous Solution, Chemosphere, 41: 303-309 (2000).

[4] Raducan A., Olteanu A., Puiu M., Oancea D., Influence of Surfactants on the Fading of Malachite Green, Central European Journal of Chemistry, 6: 1895–1066 (2008).

[5] Hamdaoui O., Chiha M., Naffrechoux E., Ultrasound-Assisted Removal of Malachite Green from Aqueous Solution by Dead Pine Needles, Ultrason Sonochemistry, 15: 799-807 (2008).

[6] Panizza M., Cerisola G., Removal of Organic Pollutants from Industrial Wastewater by Electrogenerated Fenton’s Reagent, Water Research, 35: 3987-3992 (2001).

[7] Lin S.H., Peng C.F., Treatment of Textile Wastewater by Electrochemical Method, Water Research, 28: 277-282 (1994).

[8] Anbiaa M., Asl-Hariria S., Ashrafizadehb S.N., Adsorptive Removal of Anionic Dyes by Modified Nanoporous Silica SBA-3, Applied Surface Science, 256: 3228-3233 (2010).

[9] Pang S.C., Chin S.F., Ling Ch.Y., Controlled Synthesis of Manganese Dioxide Nanostructures via a Facile Hydrothermal Route, Journal of Nanomaterial, 2012: 1-7 (2012).

[10] Xiao T.D., Strutt P.R., Benaissa M., Chen H., Kear B.H., Synthesis of High Activate-Site Density Nanofibrous MnO2-Base Materials with Enhanced Permeabilities, Nanostructured Materials, 10: 1051-1061 (1998).

[11] عبدالشاهی نژاد، س،؛ برقعی، س.م،؛ سیدی، م،؛ حذف کروم شش ظرفیتی توسط نانو ذره های فریت، نشریه شیمی و مهندسی شیمی ایران، 34، 29 تا 37 (۱۳۹۴).

[12] Suna D., Zhanga X., Wu Y., Liu X., Adsorption of Anionic Dyes from Aqueous Solution on Fly Ash, Journal of Hazardous. Materials, 181: 335-342 (2010).

[13] Foletto E.L., Collazzo G.C., Mazutti M.A., Jahn S.L., Adsorption of Textile Dye on Zinc Stannate Oxide: Equilibrium, Kinetic and Thermodynamics Studies, Separation Science and Technology, 46: 2510 (2011).

[14] Sartape A.S., Mandhare A.M., Jadhav V.V., Raut P.D., Anuse M.A., Kolekar S.S., Removal of Malachite Green Dye from Aqueous Solution with Adsorption Technique Using Limonia Acidissima (wood apple) Shell as Low Cost Adsorbent, Arabian Journal Chemistry, [in press] (2013). doi:10.1016/j.arabjc.2013.12.019

[15] Ahmad A., Rafatullah M., Sulaiman O., Ibrahim M.H., Hashim R., Scavenging Behaviour of Meranti Sawdust in the Removal of Methylene Blue from Aqueous Solution, Journal of Hazardous. Materials, 170: 357-365 (2009).

[16] Santhi T., Manonmani S., Smitha T., Kinetics and Isotherm Studies on Cationic Dyes Adsorption onto Annona Squamosa Seed Activated Carbon, Industrial & Engineering Chemistry Research, 2: 287-295 (2010).

[17] Lagergren S., “About the Theory of So-Called Adsorption of Soluble Substances”, Kung. Sven. Vetenskapsak. Handl, (1898).

[18] McKay G., Ho Y.S., Pseudo-Second order Model for Sorption Processes, Process Biochem, 34: 451-465 (1999).

[19] Santhi T., Manonmani S., Smitha T., Removal of Malachite Green from Aqueous Solution
by Activated Carbon Prepared from the Epicarp of Ricinus Communis by Adsorption
, Journal of Hazardous Materials, 179: 178-186 (2010).

[20] Mohan D., Singh K. ., Singh G., Kumar K., Removal of Dyes from Wastewater Using Fly Ash, a Low-Cost Adsorbent, Industrial & Engineering Chemistry Research, 41: 3688-3695 (2002).

[21] Shokrolahzade Tehrani A., Shadravan A., Kashefi Asl M., Investigation of Kinetics and Isotherms of Boron Adsorption of Water Samples by Natural Clinoptilolite and Clinoptilolite Modified with Sulfuric Acid, Iranian Journal of Chemistry and Chemical Engineering, 35(4): 21-32 (2016).

[22] فروتن، ع؛ خدادادی دربان، ا؛ صراف مأموری، ر؛ کیانی نیا، ی؛ رهنمای مقدم، ب؛ بررسی ویژگی‌های جذب سطحی فلز نیکل با استفاده از سه جاذب nZVI، D-nZVI و کانی دیاتومه، نشریه شیمی و مهندسی شیمی ایران، (۳)۳۴: ۱ تا ۱۱ (۱۳۹۴).

[23] Dahri M. Kh., Rahimi Kooh M.R., Lim L., Application of Casuarina Equisetifolia Needle for the Removal of Methylene Blue and Malachite Green Dyes from Aqueous Solution, Alexandria Engineering. J., 54: 1253-1263 (2015).

[24] Gautam R.K., Rawat V., Banerjee S., Sanromanb M.A., Soni Sh., Singh S.K., Chattopadhyaya M.Ch., Synthesis of Bimetallic Fe–Zn Nanoparticles and its Application Towards Adsorptive Removal of Carcinogenic Dye Malachite Green and Congo Red in Water, Journal of Molecular Liquids, 212: 227–236 (2015).

[25] Hemmati F., Norouzbeigi R., Sarbisheh F., Shayesteh H., Malachite Green Removal Using Modified Sphagnum Peat Moss as a Low-Cost Biosorbent: Kinetic, Equilibrium and Thermodynamic Studies, Journal of Taiwan Institute Chemical Engineering, 58:482-489 (2016).

[26] Nekouei F., Noorizadeh H., Nekouei Sh., Asif M., Tyagi I., Agarwal Sh., Gupta V.K., Removal of Malachite Green from Aqueous Solutions by Cuprous Iodide–Cupric Oxide Nano-Composite Loaded on Activated Carbon as a New Sorbent for Solid Phase Extraction: Isotherm, Kinetics and Thermodynamic Studies, Journal of Molecular Liquids, 213: 360-368 (2015).

[27] Zheng H., Qi J., Jiang R., Gao Y., Li X., Adsorption of Malachite Green by Magnetic Litchi Pericarps: A Response Surface Methodology Investigation, Journal of Environmenatal Management, 162: 232-239 (2015).

[28] Ngah W., Ariff N. ,Hashim A., Hanafiah M., Malachite Green Adsorption onto Chitosan Coated Bentonite Beads: Isotherms, Kinetics and Mechanism, Clean – Soil, Air, Water, 38: 394–400 (2010).

[29] Mane V.S., Mall I.D., Srivastava V.C., Use of Bagasse Fly Ash as an Adsorbent for the Removal of Brilliant Green Dye from Aqueous Solution, Dyes & Pigments, 73: 269-278 (2007).

[30] حمیدی، ع؛ خزاعلی، ا؛ خضعلی، ف؛ مطالعه ترمودینامیک و هم دماهای جذب سطحی کادمیم (ІІ) بر روی نانو ذره‌های روی اکسید، نشریه شیمی و مهندسی شیمی ایران، (۴)۳۴: ۲۳ تا ۳۰ (۱۳۹۴).