نشریه شیمی و مهندسی شیمی ایران

نشریه شیمی و مهندسی شیمی ایران

سنتز و مشخصه یابی نانوپلیمر قالب یون سرب (II) با استفاده از لیگاند پیریدین 6،2- دی‌کربوکسیلیک‌ اسید و بررسی عملکرد آن در استخراج یون‌های سرب

نوع مقاله : علمی-پژوهشی

نویسندگان
عارفه علی‌جان
سید رضا حسینی زوارمحله
شهرام قاسمی میر
گروه شیمی کاربردی، دانشکده شیمی، دانشگاه مازندران، بابلسر، ایران
چکیده
پلیمرهای قالب یونی (IIP ها)، مواد سنتزی هستند که دارای مکان‌های شناسایی اختصاصی برای یون‌های هدف می‌باشند. این مکان‌ها از لحاظ شکل، اندازه و گروه‌های عاملی با یون­ های هدف سازگاری دارند و می‌توانند به‌عنوان مواد فاز جامد مؤثری برای استخراج و پیش‌تغلیظ یون‌ها از ماتریس‌های پیچیده به‌کار روند. در این پژوهش، نانوپلیمر قالب یون سرب (Pb-IIP) با استفاده از روش پلیمریزاسیون رادیکالی و بهره‌گیری از 4-وینیل‌پیریدین به‌عنوان مونومر عاملی، پیریدین-2،6-دی‌کربوکسیلیک اسید به‌عنوان لیگاند، استونیتریل به‌عنوان حلال، اتیلن‌گلیکول‌دی‌متاکریلات به‌عنوان اتصال‌دهنده عرضی، آزوبیس‌ایزوبوتیرونیتریل به‌عنوان آغازگر و یون‌های سرب (Pb2+) به‌عنوان الگو سنتز شد. حذف یون‌های سرب از ساختار پلیمر با استفاده از محلول 2 مولار کلریدریک اسید به عنوان شوینده، انجام گرفت و حفراتی متناسب با شکل و اندازه این یون‌ها در ماتریس باقی ماند که امکان جذب گزینشی Pb2+ را فراهم می‌سازد. مشخصه‌یابی ساختار تهیه‌شده با استفاده از تکنیک‌های FE-SEM، EDS، XRD، FT-IR، BET  و TGA انجام شد. نتایج نشان دادند که پلیمر حاصل از نانوذرات کروی با قطر متوسط حدود 20 نانومتر و حفراتی با قطر کمتر از 2 نانومتر تشکیل شده است. مساحت سطح ویژه نمونه برابر با m²/g   112  گزارش شد. غلظت یون‌های سرب با استفاده از طیف‌سنجی جذب اتمی کوره گرافیتی (GFAAS) اندازه‌گیری گردید. شرایط بهینه برای بازیابی بیشینه (در حدود 90٪) در pH = 6  و زمان‌های جذب و واجذب به ترتیب 15 و 25 دقیقه حاصل شد.
 
کلیدواژه‌ها
پلیمر قالب یون نانوساختار، طیف سنجی جذب اتمی کوره گرافیتی، یون الگو، ریزحفره، مشخصه یابی ساختاری

موضوعات

[1] Giller K.E., Witter E., Mcgrath, S.P., Toxicity of Heavy Metals to Microorganisms and Microbial Processes in Agricultural Soils: A Review. Soil Biology and Biochemistry, 30(10-11): 1389-1414 (1998).
[2] Renberg I., Brännvall M.L., Bindler R., Emtery O., Stable Lead Isotopes and Lake Sediments—a Useful Combination for the Study of Atmospheric Lead Pollution History. Science of the Total Environment, 292(1-2): 45-54 (2002).
[3] Boulyga S.F., Becker J.S., ICP–MS with Hexapole Collision Cell for Isotope Ratio Measurements of Ca, Fe, and Se. Analytical and Bioanalytical Chemistry, 370(5): 618-623 (2001).
[4] Zhang N., Peng H., Wang S., Hu B., Fast and Selective Magnetic Solid Phase Extraction of Trace Cd, Mn and Pb in Environmental and Biological Samples and Their Determination by ICP-MS. Microchimica Acta, 175(1): 121-128 (2011).
[5] Behbahani M., Abandansari H.S., Salarian M., Babapour M., Bagheri A., Nabid M.R. Synthesis and Application of a Thermosensitive Tri-Block Copolymer as an Efficient Sample Treatment Technique for Preconcentration and Ultra-Trace Detection of Lead Ions. Microchimica Acta, 181(1): 129-137 (2014).
[6] Huang H.J., Ramaswamy S., Tschirner U.W., Ramarao B.V., A Review of Separation Technologies in Current and Future Biorefineries. Separation and purification technology, 62(1): 1-21 (2008).
[7] Fang G.Z., Tan J., Yan X.P., An Ion-Imprinted Functionalized Silica Gel Sorbent Prepared by a Surface Imprinting Technique Combined with a Sol-Gel Process for Selective Solid-Phase Extraction of Cadmium (II). Analytical Chemistry, 77(6): 1734-1739 (2005).
[8] Khajeh M., Heidari Z.S., Sanchooli E., Synthesis, Characterization and Removal of Lead from Water Samples Using Lead-Ion Imprinted Polymer. Chemical engineering journal, 166(3): 1158-1163 (2011).
[9] Du M., Xu Z., Xue Y., Li F., Bi J., Liu J., Yuan J., Application Prospect of Ion-Imprinted Polymers in Harmless Treatment of Heavy Metal Wastewater. Molecules, 29(13): 3160 (2024).
[10] Zhu N., Liu X., Peng K., Cao H., Yuan M., Ye T., Xu F., A Novel Aptamer-Imprinted Polymer-Based Electrochemical Biosensor for the Detection of Lead in Aquatic Products. Molecules, 28(1): 196 (2022).
[11] Attia G., Mazouz Z., Tlili A., Zerrouki C., Othmane A., Kalfat R., Fourati N., Theoretical and Experimental Studies to Design an Ion-Imprinted Polypyrrole Polymer for Selective Detection of Pb (II) Heavy Ions. Chemistry Africa, 7(5): 2845-2855 (2024).
[12] Omidvar-Motlagh M., Es’ haghi Z., Magnetic Porous Ion Imprinted Polymer Based on Surface Polymerization and Nano-ZnO as Sacrificial Support for Selective Extraction and Determination of Pb (II) in Water Samples and Cosmetics. Water, Air, & Soil Pollution, 235(3): 211 (2024).
[13] Kala R., Biju V.M., Rao T.P., Synthesis, Characterization, and Analytical Applications of Erbium (III) Ion Imprinted Polymer Particles Prepared Via γ-Irradiation with Different Functional and Crosslinking Monomers. Analytica chimica acta, 549(1-2): 51-58 (2005).
[14] Shamsipur M., Fasihi J., Ashtari K., Grafting of Ion-Imprinted Polymers on the Surface of Silica Gel Particles Through Covalently Surface-Bound Initiators: A Selective Sorbent for Uranyl Ion. Analytical Chemistry, 79(18): 7116-7123 (2007).
[15] Metilda P., Gladis J.M., Rao T.P., Influence of Binary/Ternary Complex of Imprint ion on the Preconcentration of Uranium (VI) Using Ion Imprinted Polymer Materials. Analytica chimica acta, 512(1): 63-73 (2004).
[16] Shamsipur M., Fasihi J., Khanchi A., Hassani R., Alizadeh K., Shamsipur H., A Stoichiometric Imprinted Chelating Resin for Selective Recognition of Copper (II) Ions in Aqueous Media. Analytica chimica acta, 599(2): 294-301 (2007).
[17] Daniel S., Rao P.P., Rao T.P., Investigation of Different Polymerization Methods on the Analytical Performance of Palladium (II) Ion Imprinted Polymer Materials. Analytica chimica acta, 536(1-2): 197-206 (2005).
[18] Araki K., Maruyama T., Kamiya N., Goto M., Metal Ion-Selective Membrane Prepared by Surface Molecular Imprinting. Journal of Chromatography B, 818(2): 141-145 (2005).
[19] Rao T.P., Daniel S., Gladis J.M., Tailored Materials for Preconcentration or Separation of Metals by Ion-Imprinted Polymers for Solid-Phase Extraction (IIP-SPE). TrAC Trends in Analytical Chemistry, 23(1): 28-35 (2004).
[20] Biju V.M., Gladis J.M., Rao T.P., Ion Imprinted Polymer Particles: Synthesis, Characterization and Dysprosium Ion Uptake Properties Suitable for Analytical Applications. Analytica Chimica Acta, 478(1): 43-51 (2003).
[21] Behbahani M., Bagheri A., Taghizadeh M., Salarian M., Sadeghi O., Adlnasab L., Jalali K., Synthesis and Characterisation of Nano Structure Lead (II) Ion-Imprinted Polymer as a New Sorbent for Selective Extraction and Preconcentration of Ultra Trace Amounts of Lead Ions from Vegetables, Rice, and Fish Samples. Food chemistry, 138(2-3): 2050-2056 (2013).
[22] Guo B., Deng F., Zhao Y., Luo X., Luo S., Au C., Magnetic Ion-Imprinted and–SH Functionalized Polymer for Selective Removal of Pb (II) from Aqueous Samples. Applied surface science, 292: 438-446 (2014).
[23] Zhang M., Zhang Z., Liu Y., Yang X., Luo L., Chen J., Yao S., Preparation of Core–Shell Magnetic Ion-Imprinted Polymer for Selective Extraction of Pb (II) from Environmental Samples. Chemical Engineering Journal, 178: 443-450 (2011).
[24] Sayar O., Torbati N.A., Saravani H., Mehrani K., Behbahani A., Zadeh H.R.M., A Novel Magnetic Ion Imprinted Polymer for Selective Adsorption of Trace Amounts of Lead (II) Ions in Environment Samples. Journal of Industrial and Engineering chemistry, 20(5): 2657-2662 (2014).
[25] Aboufazeli F., Zhad H.R.L.Z., Sadeghi O., Karimi M., Najafi E., Novel Ion Imprinted Polymer Magnetic Mesoporous Silica Nano-Particles for Selective Separation and Determination of Lead Ions in Food Samples. Food Chemistry, 141(4): 3459-3465 (2013).
[26] Crundwell F.K., Moats M.S., Ramachandra R.A., Davenport W.G., Extractive Metallurgy of Copper, (5th ed.). Elsevier. (2011).
[27] Raghavan R., Mohanan P.K., Swarnkar S.R., Hydrometallurgical Processing of Lead-Bearing Materials for the Recovery of Lead and Silver as Lead Concentrate and Lead Metal. Hydrometallurgy, 58(2): 103-116 (2000).
[28] Gupta C.K., Mukherjee T.K., Hydrometallurgy in Extraction Processes, Volume II. CRC press. (2017). 
[29] Gedde U.W., Hedenqvist M.S., Hakkarainen M., Nilsson F., Das O., Thermal Analysis of Polymers. In Applied Polymer Science, Cham: Springer International Publishing. 1-60 (2021).
[30] Lazar M.M., Ghiorghita C.A., Dragan E.S., Humelnicu, D., Dinu M.V., Ion-Imprinted Polymeric Materials for Selective Adsorption of Heavy Metal Ions from Aqueous Solution. Molecules, 28(6): 2798 (2023).