تهیه ی نانو ساختار هسته ـ پوسته MgALـLDH@PS برای حذف مؤثر آلودگی کروم (VI)

نوع مقاله : علمی-پژوهشی

نویسنده

گروه شیمی پلیمر، دانشکده علوم پایه، دانشگاه کردستان، سنندج، ایران

چکیده

سمیت و سرطان زایی آلودگی محیطی ناشی از وجود گونه های کروم  به ویژه یون کروم (VI) به عنوان یک تهدید مهم برای سلامت جهان به حساب­ می­ آید. فناوری جذب به عنوان یک روش منعطف و ساده برای حذف آلودگی کروم با کارایی مؤثر در نظر گرفته می شود. در این میان رویکردهای سنتزی مبتنی بر فناوری نانو به خاطر ویژگی­ های ساختاری و کاربردی یگانه از اهمیت چشمگیری برخوردار می ­باشند. در این پژوهش از نانوذره­ های کروی پلی استایرن به عنوان بستر پلیمری و  نانوصفحه­ های سه بعدی  لایه ای هیبرید منیزیمـ آلومینیوم هیدروکسید به عنوان جاذب استفاده شد. نخست به وسیله روش پلیمرشدن امولسیونی، نانوذره ­های کروی پلی استایرن سنتز شدند. سپس در حضور محلول آبی نمک­ های منیزیم و آلومنیوم در شرایط سنتزی هیدروترمال، نانوساختارهای هسته ـ پوسته هیبریدی MgAlـLDH@PS  تهیه شدند. ویژگی های ساختاری و ظاهری نانوساختار به وسیله روش های میکروسکوپی (SEM)، گرماسنجی (TGA) و طیف سنجی (FTـIR) بررسی شدند. کارایی جذب، هم­دمای جذب و سینتیک جذب این نانوساختارها برای حذف آلودگی  یون کروم (VI) در مقیاس آزمایشگاهی ارزیابی شدند. نتیجه­ ها نشان دادند که براساس روش محاساتی لانگمویر، بیشینه ظرفیت جذب آلودگی کروم (VI) برابر با 765 میلی گرم بر گرم با ضریب همبستگی (R2) برابر با 9951/0 و همچنین بر اساس رابطه خطی سرعت شبه درجه دو، سرعت جذب (K)  آلودگی کروم (VI) برابر با 1372/0 میلی گرم بر ساعت با ضریب همبستگی برابر با 9975/0 به دست آمد. همچنین، پایداری جاذب و کارایی دوباره جذب آلودگی  به وسیله جاذب بازیابی شده ارزیابی شد که پس از چهار مرتبه استفاده دوباره، کاهش کارایی ناچیزی دیده شد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

مراجع

[1] Bandara P.C., Nadres E.T., Rodrigues D.F., Use of Response Surface Methodology To Develop and Optimize the Composition of a Chitosan–Polyethyleneimine–Graphene Oxide Nanocomposite Membrane Coating to More Effectively Remove Cr(VI) and Cu(II) from Water, ACS Appl. Mater. Interfaces, 11: 17784-17795 (2019).
[2] Atkinson A.J., Apul O.G., Schneider O., Garcia-Segura S., Westerhoff P, Nanobubble Technologies Offer Opportunities to Improve Water Treatment, Acc Chem. Res., 52: 1196-1205 (2019)
[3] Ding J., Pu L., Wang Y., Wu B., Yu A., Zhang X., Pan B., Zhang Q., Gao G., Adsorption and Reduction of Cr(VI) Together with Cr(III) Sequestration by Polyaniline Confined in Pores of Polystyrene Beads, Environ Sci Technol., 52: 12602-12611 (2018).
[4] Chen L., Song Z., Wang X., Prikhodko S.V., Hu J., Kodambaka S., Richards R., Three-Dimensional Morphology Control During Wet Chemical Synthesis of Porous Chromium Oxide Spheres, ACS Appl Mater Interfaces, 1: 1931-1937 (2009).
[5] Wang M. L., Jiang T. T., Lu Y., Liu H. J., Chen Y., Gold Nanoparticles Immobilized in Hyperbranched Polyethylenimine Modified Polyacrylonitrile Fiber as Highly Efficient and Recyclable Heterogeneous Catalysts for the Reduction of 4-Nitrophenol, J. Mater. Chem. A., 1: 5923-5933 (2013).
[6] Shirzad-Siboni M., Farrokhi M., Darvishi Cheshmeh Soltani R., Khataee A., Tajassosi S., Photocatalytic Reduction of Hexavalent Chromium over ZnO Nanorods Immobilized on Kaolin, Ind. Eng. Chem. Res., 53: 1079-1087 (2014).
[7] Musorrafiti M.J., Konek C.T., Hayes P.L., Geiger F.M. Interaction of Chromium(VI) with the α-Aluminum Oxide−Water Interface, J. Phys. Chem C., 112: 2032-2039(2008) .
[8] Nagaraj A., Munusamy M.A., Al-Arfaj A.A., Rajan M., Functional Ionic Liquid-Capped Graphene Quantum Dots for Chromium Removal from Chromium Contaminated Water, JCED., 64: 651-667 (2019)
[9] عبدااشاهی نژاد، سارا؛ برقعی، سید مهدی؛ سیدی، مجتبی؛ حذف کروم شش ظرفیتی توسط نانو ذره های فریت، نشریه شیمی و مهندسی شیمی ایران، (1)34: 29 تا 37 (1394).
[10] Taavoni-Gilan A., Taheri-Nassaj E., Shamsipur M., Synthesis of Nanostructured Titania/Zirconia Membrane and Investigation of Its Physical Separation and Photocatalytic Properties in Treatment of Textile Industries Wastewater, JICS, 15: 2759-2769 (2018).
[11] عبدی زاده، منا؛ آذری، احمد؛ بهینه‌سازی پارامترهای جذب همزمان کروم (III) و مس (II) از پساب به‌وسیله کیتوزان با استفاده از طراحی آزمایش تاگوچی، نشریه شیمی و مهندسی شیمی ایران، (3)36: 1154تا 134 (1396).
[12] Shami Z., Amininasab S.M., Shakeri P., Structure-Property Relationships of Nanosheeted 3D Hierarchical Roughness MgAl–Layered Double Hydroxide Branched to an Electrospun Porous Nanomembrane: A Superior Oil-Removing Nanofabric, ACS Appl. Mater. Interfaces, 8: 28964-28973 (2016).
[13] Abdolmohammad-Zadeh H., Ghorbani E., Talleb Z., Zinc–Aluminum Layered Double Hydroxide as a Nano-Sorbent For Removal of Reactive Yellow 84 Dye From Textile Wastewater Effluents, JICS, 10: 1103-1112 (2013).
[14] Zhao R., Li X., Sun B., Li Y., Li Y., Yang R., Wang C., Branched Polyethylenimine Grafted Electrospun Polyacrylonitrile Fiber Membrane: A Novel and Effective Adsorbent for Cr(vi) Remediation in Wastewater, J Mater Chem A., 5: 1133-1144 (2017).
[15] Shami Z., Delbina S., Amininasab S.M., Wool-Like Fibrous Nonwoven Mesh with Ethanol-Triggered Transition between Antiwater and Antioil Superwetting States for Immiscible and Emulsified Light Oil–Water Separation. Langmuir, 35: 10491-10505 (2019).
[16] Ju-Mei L., Wan-Fu M., Chuan W., Jia G, Jun H., Chang-Chun W., Poly(styrene-co-acrylic acid) Core and Silver Nanoparticle/silica Shell Composite Microspheres as High Performance Surface-Enhanced Raman Spectroscopy (SERS) Substrate and Molecular Barcode Label, J. Mat. Chem. A., 21: 5992-5998 (2011).
[17] Qing H., Zhihua Ch., Bing W., Huimin Zh., Liangti Q., Significant Enhancement of Visible-Light-Driven Hydrogen Evolution by Structure Regulation of Carbon Nitrides, ACS Nano., 12: 5221-5227 (2018).
[18] Shami Z., Gharloghi A., Amininasab S.M., Multifunctional pH-Switched Superwetting Copolymer Nanotextile: Surface Engineered toward on-Demand Light Oil–Water Separation on Superhydrophilic–Underwater Low-Adhesive Superoleophobic Nonwoven Mesh, ACS Sustain. Chem. Eng., 7: 8917-8930 (2019).
[19] Shami Z., Sharifi-Sanjani N., Khoee S., Faridi-Majidi R., Triple Axial Coelectrospun Multifunctional Double-Shell TiO2@ZnO Carbon Hollow Nanofibrous Mat Transformed to C-Attached TiO2 Brush-Like Nanotube Arrays: An Mo6+ Adsorbent Nonwoven Mat, Ind. Eng. Chem. Res., 53: 14963-14973 (2014).
[20] Purwajanti S., Zhang H., Huang X., Song H., Yang Y., Zhang J., Niu Y.,  Meka A.K., Noonan O., Yu C., Mesoporous Magnesium Oxide Hollow Spheres as Superior Arsenite Adsorbent: Synthesis and Adsorption Behavior, ACS Appl. Mater. Interfaces, 8: 25306-25312 (2016).
[21] .Kumar R., Ansari M.O., Barakat M.A., DBSA Doped Polyaniline/Multi-Walled Carbon Nanotubes Composite for High Efficiency Removal of Cr(VI) from Aqueous Solution, Chem. Eng. J., 228:  748-755 (2013).
[22] Chávez-Guajardo A.E., Medina-Llamas J.C., Maqueira L., Andrade C.A.S., Alves K.G.B., Melo C.P.D., Efficient Removal of Cr(VI) and Cu(II) Ions from Aqueous Media by Use of Polypyrrole/Maghemite and Polyaniline/Maghemite Magnetic Nanocomposites, Chem. Eng. J., 281: 826-836 (2015).
[23] Zhu K., Chen C., Xu H., Gao Y., Tan X., Alsaedi A., Hayat T., Cr(VI) Reduction and Immobilization by Core-Double-Shell Structured Magnetic Polydopamine@Zeolitic Idazolate Frameworks8 Microspheres, ACS Sust. Chem. Eng., 8: 6795-6802 (2017).
[24] Shan D., Deng S., Zhao T., Wang B., Wang Y., Huang J., Yu G., Winglee J., Wiesner M.R., Preparation of Ultrafine Magnetic Biochar and Activated Carbon for Pharmaceutical Adsorption and Subsequent Degradation by Ball Milling, J. Hazard. Mater., 305: 156−163 (2016).
[25] Suriyanon N., Punyapalakul P., Ngamcharussrivichai C., Mechanistic Study of Diclofenac and Carbamazepine Adsorption on Functionalized Silica-Based Porous Materials, Chem. Eng. J., 214: 208−218 (2013).
[26] Kera N.H., Bhaumik M., Pillay K., Ray S.S., Maity A., Selective Removal of Toxic Cr(VI) from Aqueous Solution by Adsorption Combined with Reduction at a Magnetic Nanocomposite Surface, J. Coll. Inter. Sci., 503: 140 214-228 (2017).
[27] Chia-Hsuan L., Hsueh-Liang Ch., Weng-Sing H., Moo-Chin W., Horng-Huey K., Synthesis and Optical Properties of Mg-Al Layered Double Hydroxides Precursor Powders, AIP Advances, 7: 125005-125011 (2017).

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار