کاربردMCM-41 اصلاح شده با گروه فورانی در حذف یون مس (II) از آب، بررسی تجربی و شبیه سازی مونت کارلو

نوع مقاله : علمی-پژوهشی

نویسندگان

گروه شیمی، دانشکده علوم پایه، دانشگاه آزاد اسلامی واحد یادگار امام خمینی (ره)، شهرری، تهران، ایران

چکیده

هدف از این مطالعه، توسعه دو نوع MCM-41 اصلاح شده جدید با حلقه فورانی برای حذف مس (II) از آب است. جاذب ­ها از روش آمین دارکردن سطوح MCM-41 با استفاده از 3-آمینو پروپیل تری‌متوکسی سیلان و ۳- (۲- آمینو اتیل آمینو) پروپیل تری­متوکسی سیلان، در مرحله اول تهیه شد و سپس با استفاده از ترکیب فورفورال و واکنش تراکمی، سطوح MCM-41 دارای گروه­ های فورانی شد که به طور مخفف  MCM-41@NOوMCM-41@N2O نام‌گذاری شدند. شناسایی و بررسی ساختار جاذب­ های تهیه شده با استفاده از فناوری‌های XRD، FT-IR وBET  انجام پذیرفت. غلظت یون­ های محلول به وسیله طیف‌سنجی جذب اتمی شعله ­ای ­(FAAS) تعیین شد. کارایی جاذب­ها در حذف یون­ های مس با بررسی متغیر­هایی مانند مقدار جاذب، pH، زمان تماس و دمای محلول مطالعه شد. تعادل جذب برای هر دو جاذب از مدل فروندلیش پیروی می­ کند. بررسی سینتیکی جذب سطحی نشان می‌دهد که سینتیک جذب برای هر دو جاذب از مرتبه دوم است. نوآوری کار حاضر در مطالعه جذب یون­ های Cu(II) محلول در آب بر سطح جاذب MCM-41@NO به روش محاسبه‌ای مکانیک ملکولی مونت کارلو و مقایسه نتیجه‌های محاسبه‌ها با نتیجه‌های پژوهش‌ تجربی است. نتیجه‌های محاسبه‌ها نشان داد که یون­ های مس در فاصله 63/1 آنگستروم از سطح جاذب MCM-41@NO و با انرژی kCal/mol 75/0 بیش­ترین احتمال توزیع را نشان می­دهند.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

مراجع

[1] اسلامی ب.، احسانی نمین پ.، قاسمی ا.، عزیزی ح.، کرابی م.، بررسی جذب یون کادمیم از محلول آبی با استفاده از نانوکامپوزیت بر پایه کیتوسان/ نانو صفحه‌های گرافن اصلاح شده با تری‌اتیل آمین، نشریه شیمی و مهندسی شیمی ایران، (2)36: 115 تا 125 (1396). 
[2] Hait-Darshan R., Babushkin T., Malik Z., Regulation of Heme Synthesis and Proteasomal Activity by Copper: Possible Implications for Wilson's Disease, J. Environ. Pathol. Toxicol. Oncol., 28(3): 209-221 (2009).
[3] Veli S., Alyuz B., Adsorption of Copper and Zinc from Aqueous Solutions by Using Natural Clay, Journal of Hazardous Materials, 149(1): 226-233 (2007).
[4] Al-Saydeha S.A., El-Naasa M.H., Zaidi S.J., Copper Removal from Industrial Wastewater: A Comprehensive Review, Journal of Industrial and Engineering Chemistry, 56: 35–44 (2017).
[5] Pérez-Quintanilla D., Snchez A., del Hierro I., Fajardo M., Sierra I., Preparation, Characterization, and Zn2+ Adsorption Behavior of Chemically Modified MCM-41 with 5-Mercapto-1-Methyltetrazole, Journal of Colloid and Interface Science, 313(2): 551-562 (2007).
[6] Amini M., Younesi H., Bahramifar N., Statistical Modeling and Optimization of the Cadmium Biosorption Process in an Aqueous Solution using Aspergillus Niger, Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects, 337(1): 67-73 (2009).
[7] Heidari A., Younesi H., Mehraban Z., Removal of Ni(II), Cd(II), and Pb(II) from a Ternary Aqueous Solution by Amino Functionalized Mesoporous and Nano Mesoporous Silica, Chemical Engineering Journal, 153(1): 70-79 (2009).
[8] Walcarius A., Mercier L., Mesoporous Organosilica Adsorbents: Nanoengineered Materials for Removal of Organic and Inorganic Pollutants, Journal of Materials Chemistry, 20: 4478-4511 (2010).
[9] Lim M.H., Stein A., Comparative Studies of Grafting and Direct Syntheses of Inorganic-Organic Hybrid Mesoporous Materials, Chemistry of Materials, 11(11): 3285-3295 (1999).
[10] Reddy D.H.K., Lee S.M., Application of Magnetic Chitosan Composites for the Removal of Toxic Metal and Dyes from Aqueous Solutions, Adv. Colloid Inter. Sci, 202: 68-93 (2013).
[11] حقیقی اصل ع.، احمدپور ا.، فلاح ن.، سنتز نانو دی اکسید تیتانیم دوپ شده با نیتروژن به منظور مدل‌سازی تصفیه کاتالیستی نوری پساب اسپنت کاستیک صنایع پتروشیمی در نور مرئی با استفاده از روش طراحی آزمایش، مجله شیمی کاربردی، (12)42: 253 تا 286 (1396).
[12] زوار موسوی ح.، لطفی ز.، جذب یون‌های فلزی سنگین بر روی خاکستر برگ زیتون: مطالعه هم‌دما و سینتیک، مجله شیمی کاربردی، (7)23: 49 تا 56 (1391).
[13] نبوی س.ر.، شمسی م.، تهیه و مشخصه‎یابی نانوکامپوزیت پلی‌آنیلین/گرافن اکسید و بررسی کارایی آن در حذف کروم (VI) از محیط‌های آبی، مجله شیمی کاربردی، ویژه نامه دومین سمینار شیمی کاربردی، 29 تا 41 (1397).
[14] اولاد ع.، باستانیان م.، بخت خوش حق ه.، بررسی حذف کروم شش ظرفیتی از محلول‌های آبی توسط نانوکامپوزیت نشاسته-مونت موریلونیت/پلی آنیلین، مجله شیمی کاربردی، ویژه نامه دومین سمینار شیمی کاربردی، 57 تا 71 (1397).
[15] Anbia M., Lashgari M., Synthesis of Amino-Modified Ordered Mesoporous Silica as a New Nano Sorbent for the Removal of Chlorophenols from Aqueous Media, Chemical Engineering Journal, 150(3): 555-560 (2009).
[16] حسنی نژاد درزی س.ک.، رضوانی ر.، پورعلی س.م.، الکترواکسایش فرمالدهید با استفاده از الکترود خمیر کربن اصلاح شده با نانوزئولیت MCM-41 دارای نقره، نشریه شیمی و مهندسی شیمی ایران، (1)37: 51 تا 61 (1397).
[17] Mathew A., Parambadath S., Kim S.Y., Min Ha H., Ha C.S., Diffusion Mediated Selective Adsorption of Zn2+ from Artificial Seawater by MCM-41, Microporous and Mesoporous Materials, 229: 124-133 (2016).
[18] Fellenz N., Perez-Alonso F.J., Martin P.P., García-Fierro J.L., Bengoa J.F., Marchetti S.G., Rojas S., Chromium (VI) Removal from Water by Means of Adsorption-Reduction at the Surface of Amino-Functionalized MCM-41 Sorbents, Microporous and Mesoporous Materials, 239: 138-146 (2017).
[19] Thakur A.K., Nisola G.M., Limjuco L.A., Parohinog K.J., Torrejos R.E.C., Shahi V.K., Chung W.J., Polyethylenimine-Modified Mesoporous Silica Adsorbent for Simultaneous Removal of Cd(II) and Ni(II) from Aqueous Solution, J. Ind. Eng. Chem, 49: 133-144 (2017).
[20] Zhang H., Sun H., Zhang D., Zhang W., Chen S., Li M., Liang P., Nanoconfinement of Ag Nanoparticles Inside Mesoporous Channels of MCM-41 Molecule Sieve as a Regenerable and H2O Resistance Sorbent for Hg0 Removal in Natural Gas, Chemical Engineering Journal,  361: 139-147 (2019).
[21] Song H., You J.A., Chen C., Zhang H., Zhen Ji X., Li C., Yang Y., Xu N. I., Huang J., Manganese Functionalized Mesoporous Molecular Sieves Ti-HMS as a Fenton-Like Catalyst for Dyes Wastewater Purification by Advanced Oxidation Processes,  Journal of Environmental Chemical Engineering, 4(4): 4653-4660 (2016).
[22] Martin P.P., Agosto M.F., Bengoa J.F., Fellenz N.A., Zinc and Chromium Elimination from Complex Aqueous Matrices using a Unique Aminopropyl-Modified MCM-41 Sorbent: Temperature, Kinetics and Selectivity Studies, Journal of Environmental Chemical Engineering, 5(1): 1210-1218 (2017).
[23] Cui H.Z., Li Y.L., Liu S., Zhang J.F., Zhou Q., Zhong R., Yang M.L., Hou X.F., Novel Pb(II) Ion-Imprinted Materials based on Bis-Pyrazolyl Functionalized Mesoporous Silica for the Selective Removal of Pb(II) in Water Samples, Microporous and Mesoporous Materials, 241: 165- 177 (2017).
[24] Zhang S., Perez-Page M., Guan K., Yu E., Tringe J., Castro R. Faller R.H.R., Stroeve P., Response to Extreme Temperatures of Mesoporous Silica MCM-41: Porous Structure Transformation Simulation and Modification of Gas Adsorption Properties, Langmuir, 32(44): 11422-11431 (2016).
[25] Nikmaram F.R., A Comparative Study of the Radial Distribution of Hydrogen on C20, C19Si, and C19B Cage Fullerenes: A Monte Carlo Simulation, Journal of Structural Chemistry, 57(3): 614-617 (2016).
[26] Jing Yu., Wei Li., Wang Yundong., Yangxin.Yu., Molecular Simulation of MCM-41: Structural Properties and Adsorption of CO2, N2 and Flue Gas, Chemical Engineering Journal, 220(15): 264-275 (2013).
[27] مجیدی ر.، منصوری خ.، شبیه‌سازی دینامیک مولکولی جذب مخلوط اکسیژن و نیتروژن روی نانومخروط و نانولوله کربنی، نشریه شیمی و مهندسی شیمی ایران، (3)36: 133 تا 141 (1396).
[28] LIANG S., XU J., CHEN J., Study on Adsorption of Water in MCM41 Containing Metal Ions by Molecular Dynamic Simulations, J. of Thermal Science, 13(2): 187-192 (2004).
[29] Li P., Merz K.M., Metal Ion Modeling using Classical Mechanics, Chem. Rev, 117(3): 1564-1686 (2017).
[30] عبدالی ن.، مرجانی ا.، حذف یون‌های روی و مس با زئولیت ها: مطالعه شبیه‌سازی دینامیکی مولکولی، نشریه شیمی و مهندسی شیمی ایران، (2)39: 1 تا 7 (1397).
[31] Zarei G., Zonouzi F., Immobilization of Cobaloxime on MCM- 41, J. Appl.Chem. Res, 8(2): 37-45 (2014).
[32] Abrantes M., Sakthivela A., Ramao C.C., Kuhn F.E., A Chiral Menthyl Cyclopentadienyl Molybdenum Tricarbonyl Chloro Complex: Synthesis, Heterogenization on MCM-41/MCM-48 and Application in Olefin Epoxidation Catalysis, Journal of Organometallic Chemistry, 691(14): 3137-3145 (2006).
[33] Kureshy R., Ahmad I., Khan N.H., Abdi S., Singh S., Pandia P., Jasra R., New Immobilized Chiral Mn(III) Salen Complexes on Pyridine N-Oxide-Modified MCM-41 as Effective Catalysts for Epoxidation of Nonfunctionalized Alkenes, Journal of Catalysis, 235(1): 28-34 (2005).
[34] Oliveira P., Machado A., Ramos A.M., Fonseca I., Braz Fernandes F.M., Botelho do Rego A.M., Vital J., MCM-41 Anchored Manganese Salen Complexes as Catalysts for Limonene Oxidation, Micropor. Mesopor. Mater, 120(3): 432-440 (2009).
[35] Zhang S.,  Perez-Page M.,  Guan K., Yu E., Tringe J.W., Castro R.H.R., Faller R., Stroeve P., Response to Extreme Temperatures of Mesoporous Silica MCM-41: Porous Structure Transformation Simulation and Modification of Gas Adsorption Properties, Langmuir, 32(44): 11422-11431 (2016).
[36] Sheshmani S., Falahat B., Nikmaram F.R., Preparation of Magnetic Graphene Oxide-Ferrite Nanocomposites Foroxidative Decomposition of Remazol Black B, International Journal of Biological Macromolecules, 97: 671–678 (2017).
[37] Materials Studio v6.0.0, Copyright 2011, Accelrys Software Inc.
[38] جلیلی  س.ا.،"شبیه‌سازی رایانه‌ای (دینامیک ملکولی و مونت کارلو)"  انتشارات دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی، ص 46 (1390).
[39] Cieslaab U., Schüth F., Ordered Mesoporous Materials, Microporous and Mesoporous Materials, 72(2): 131-149 (1999).
[40] جلیلی س.ا.،"شبیه‌سازی رایانه‌ای (دینامیک ملکولی و مونت کارلو)"، انتشارات دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی، ص 91 (1390).
نشریه شیمی و مهندسی شیمی ایران
دوره 41، شماره 1 - شماره پیاپی 103
اردیبهشت 1401
صفحه 193-206

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار