بررسی جذب یون کادمیم ازمحلول آبی با استفاده از نانوکامپوزیت بر پایه کیتوسان/ نانو صفحه های گرافن اصلاح شده با تری اتیل آمین

نوع مقاله: علمی-پژوهشی

نویسندگان

1 گروه پلاستیک، پژوهشکده فرایند، پژوهشگاه پلیمر و پتروشیمی ایران، صندوق پستی 112ـ 14975، تهران، ایران

2 گروه شیمی، واحد تهران شمال، دانشگاه آزاد اسلامی، صندوق پستی 936 ـ 19585، تهران، ایران

چکیده

انتشار فلزهای سنگین در محیط زیست به سبب صنعتی شدن جامعه و گسترش شهرنشینی مشکل­ های بسیار زیادی را در جهان به همراه داشته است که موجب بیماری­ های گوناگونی در جوامع بشری شده است. حذف این آلاینده­ ها از محیط زیست به ویژه آب یک ضرورت به حساب می آید. در این مطالعه با استفاده از نانوکامپوزیت بر پایه کیتوسان / نانو صفحه­ های گرافن عامل دار شده با گروه‌های عاملی آمینی، جذب یون‌های فلزی کادمیم از محلول‌های آبی بررسی شد. بدین منظور دانه ­های نانوکامپوزیت کیتوسان/ نانو صفحه ­های گرافن عامل دار شده  با درصدهای وزنی 5/0 %، 1 %، 2 % و 5 % با استفاده از روش محلولی تهیه شدند. برای عامل دار کردن نانو ذره­های گرافن، در  ابتدا با استفاده از مخلوط سولفوریک اسید و نیتریک اسید سطح ذره­ ها اکسید شدند و سپس گروه‌های عاملی تری اتیلن تترامین بر روی آنها پیوند زده شد. گرافن ­های اصلاح شده با استفاده از روش­های آنالیز فروسرخ تبدیل فوریه،گرماوزن‌سنجی و آنالیز EDX میکروسکوپ الکترونی روبشی مشخصه­ یابی شدند و نتیجه­ ها بیانگر آن بود که واکنش اصلاح با موفقیت صورت گرفته است. در ادامه جذب یون‌های فلزی کادمیم با دستگاه جذب اتمی انجام شد و نتیجه ­ها نشان داد که میزان جذب یون کادمیم توسط نانو کامپوزیت‌های کیتوسان/گرافن نسبت به دانه­ های کیتوسان به میزان 20% افزایش می­یابد. اثر عامل­ های pH، مدت زمان تماس، مقدار جاذب و مقدار یون کادمیم بر روی رفتار جذب این نانو کامپوزیت بررسی شد و نتیجه­ ها نشان داد که  بهینه میزان جذب یون کادمیم در محلول ppm 50 با pH برابر با 7 و مدت زمان تماس 2 ساعت و میزان جاذب mg25 اتفاق می افتد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1] Tollefson J., Gilbert N., Earth Summit: Rio Report Card.,  Nature, 7401,486, 20–3 (2012).

[2] Weber, R., Watson, A., Persistent Organic Pollutants and Landfills-a Review of Past Experiences and Future Challenges, Waste Manag Res, 29: 107-121 (2011).

[3] Coen N., Mothersill C., Kadhim M., Wright E., Heavy Metals of Relevance to Human Health Induce Genomic Instability, The Journal of Pathology ,195: 293-299 (2001).

[4] Lee K.P., Arnot T.C., Mattia D., A Review of Reverse Osmosis Membrane Materials for Desalination-Development to Date and Future Potential,  Journal of Membrane Science, 370: 1-22 (2011).

[5] Barakat M.A., Schmidt E., Polymer-Enhanced Ultrafiltration Process for Heavy Metals Removal from Industrial Waste WaterDesalination, 256: 90-93 (2010).

[6] Blanchard G., Maunaye M., Martin G., Removal of Heavy Metals from Waters by Means of Natural Zeolites.,Water Research, 18: 1501-1507 (1984).

[7] Ehsaninamin P., Adsorption of Cupper, Cobalt and Mangenez Ions from Aqueous Solutions Using Oxidized Multiwalled Carbon Nano Tubes, Environment Protection Enginerring, 42: 75-85 (2016).

[8] Geim A.K., Novoselov K.S., The Rise of Graphene, Nat. Mater., 6: 183–91 (2007).

[9] Singh V., Joung D., Zhai L., Das S., Khondaker S.I., Seal S., Graphene Based Materials: Past, Present and FutureProg. Mater. Sci., 56(8): 1178–1271 (2011).

[10] Chen Y, Chen L, Bai H., Li L., Graphene Oxide–Chitosan Composite Hydrogels as Broad-Spectrum Adsorbents for Water Purification, J. Mater. Chem. A, 1: 1992 (2013).

[11] Chandra V., Park J., Chun Y., Lee J.W., Hwang I, Kim K.S., Water-Dispersible Magnetite-Reduced Graphene Oxide Composites for Arsenic Removal, ACS Nano, 4(7): 3979-86 (2010).

[12] Chandra V., Kim K.S., Highly Selective Adsorption of Hg2+ by a Polypyrrole-Reduced Graphene Oxide Composite, Chem. Commun. (Camb), 47(13): 3942–4 (2011).

[13] Zhang N., Qiu H., Wang Y.Si., Gao J., Fabrication of Highly Porous Biodegradable Monoliths Strengthened by Graphene Oxide and Their Adsorption of Metal Ions, Carbon 49(3): 827–837 (2011).

[14] Li L., Fan L., Sun M., Qiu H., Li X., Duan H., Luo C., Adsorbent for Chromium Removal Based on Graphene Oxide Functionalized with Magnetic Cyclodextrin-Chitosan, Colloids Surf. B. Biointerfaces, 107: 76–83 (2013).

[15] Chen Y., Chen L., Bai H., Li L., Graphene Oxide–Chitosan Composite Hydrogels as Broad-Spectrum Adsorbents for Water Purification, J. Mater. Chem. A, 1(6): 1992-1999 (2013).

[16] Crini G., Recent Developments in Polysaccharide-Based Materials Used as Adsorbents in Wastewater Treatment, Prog. Polym. Sci., 30(1): 38–70 (2005).

[17] Benguella B., Cadmium Removal from Aqueous Solutions by Chitin: Kinetic and Equilibrium Studies, Water Res., 36 (10), 2463–2474 (2002).

[18] Benguella B., Benaissa H., Effects of Competing Cations on Cadmium Biosorption by Chitin, Water Res., 201: 143-150 (2002).

[19] Sillanpä M.E., Rämö J.H., Decomposition of Beta-Alaninediacetic Acid and Diethylenetriamine-Pentaacetic Acid by Hydrogen Peroxide in Alkaline Conditions, Environ. Sci. Technol., 35(7), 1379–84 (2001).

[20] Li X., Zhow H., Wu Z., Studies of Heavy Metal Ion Adsorption on Chitosan/Sulfydryl-Functionalized Graphene Oxide Composites, Journal of Collide & Interface Science, 448: 379-388 (2015).

[21] Verma R., Gupta V.D., Detection of Heavy Metal Ions in Contaminated Water by Surface Plasmon Resonance Based Optical Fibre Sensor Using Conducting Polymer and Chitosan, Journal of Collide & Interface Science,166: 576-575 (2015).

[22] Pandey S., Tiwari S., Facile Approach to Synthesize Chitosan Based Composite-Characterization and Cadmium(II) Ion Adsorption Studies, Carbohydrate Polymers, 134: 646-646 (2015).