بررسی کارایی برگ کاسنی به عنوان جاذب طبیعی در جذب یون کبالت از محلول های آبی و مقایسه عملکرد آن با جاذب مبتنی بر نانولوله های کربنی اصلاح شده

نوع مقاله : علمی-پژوهشی

نویسندگان

1 گروه شیمی، دانشکده علوم، واحد علوم و تحقیقات، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران، ایران

2 گروه شیمی، دانشکده علوم، واحد تهران مرکزی ، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران، ایران

چکیده

در این مطالعه از پودر برگ کاسنی فرآوری شده به عنوان جاذب طبیعی برای حذف یون­ کبالت از محیط­ های آبی استفاده شد. جاذب بومی فرآوری شده توسط چندین روش از جمله پراش پرتو ایکس (XRD)، میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM)، میکروسکوپ الکترونی عبوری (TEM)، طیف سنجی تبدیل فوریه (FTIR)، تخلخل­سنجی Brunauer-Emmet-Teller) BET) و آنالیزور اندازه ذرات (PSA) مشخصه یابی شد. مجموعه ­ای از آزمایش­ ها برای تشخیص شرایط بهینه و بررسی اثرات پارامترهای گوناگون مانند غلظت اولیه ، زمان تماس، مقدار دوز جاذب، pH محلول و دما بر روی درصد جذب انجام شد. شرایط بهینه به دست آمده برای حذف کبالت عبارتند از: 8-6=pH ، زمان تماس 20 دقیقه، دوز جاذب 20 میلی گرم و غلظت اولیه 15 (میلی گرم بر لیتر). داده­های جذب نشان داد که روند جذب با ایزوترم لانگمویر سازگارتر است. داده­های سینتیکی با مدل شبه مرتبه دوم با ضریب همبستگی معتبر مطابقت داشتند. محاسبه مقادیر ترمودینامیکی نشان داد که روند جذب به صورت خودبخودی، با کاهش آنتروپی و گرمازا است. سرانجام جاذب معرفی شده با جاذب قوی مانند نانولوله کربنی که با نانوذرات نقره دوپه شده بود (Ag2O-MWCNT) مقایسه شد. شرایط بهینه برای حذف یون کبالت توسط جاذب سنتزی فرآوری شده عبارت بودند از: غلظت اولیه 10 میلی گرم بر لیتر ، زمان تماس 40 دقیقه ، مقدار جاذب 30 میلی گرم و 7=pH. داده­های جذب نشان داد که فرایند جذب برای یون کبالت با ایزوترم فروندلیچ سازگار است. داده ­های سینتیکی با مدل شبه مرتبه دوم با ضریب همبستگی معتبر مطابقت داشتند. محاسبه مقادیر ترمودینامیکی نشان داد که روند جذب به صورت خودبخودی و گرما زا بوده است. نتایج این مقایسه نشان می­ دهد جاذب طبیعی معرفی شده حتی بهتر از جاذب سنتزی و گران قیمت عمل می ­کند و در صورتی که فراوری­ ها و اصلاحات بیشتری بر روی این جاذب انجام گیرد، چشم­ انداز امیدوارکننده­ای را فراهم می­ کند.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

مراجع

[1] Leyssens L., Vinck B., Van Der Straeten C., Wuyts F., Maes L., Cobalt toxicity in humans—A review of the potential sources and systemic health effects, Toxicology, 387: 43-56 (2017)
[2] Sheshmani S., ARAB F.M., Amini R., Iron (III) Hydroxide / Graphene Oxide Nano Composite and Investigation of Lead Adsorption, Journal of Applied Researches in Chemistry (Jarc),  6: 17-23 (2013)
[3] Belfort G., Membrane modules: comparison of different configurations using fluid mechanics, Journal of Membrane Science, 35: 245-270 (1988)
[4] Pyrzynska K., Carbon Nanotubes as a New Solid‐Phase Extraction Material for Removal and Enrichment of Organic Pollutants in Water, Separation & Purification Reviews, 37: 372-389 (2008)
[5] Shkolnikov V., Bahga S.S., Santiago J.G., Desalination and Hydrogen, Chlorine, and Sodium Hydroxide Production Via Electrophoretic Ion Exchange and Precipitation, Physical Chemistry Chemical Physics, 14: 11534-11545 (2012)
[6] Demirbas A., Heavy Metal Adsorption onto Agro-Based Waste Materials: A Review, Journal of hazardous materials, 157: 220-229 (2008)
[7] Abdel Ghafar H.H., Ali G.A., Fouad O.A., Makhlouf S.A., Enhancement of Adsorption Efficiency of Methylene Blue on Co 3 O 4 /SiO 2 Nanocomposite, Desalination and Water Treatment, 53: 2980-2989 (2015)
[8] Dhara S., Formation, Dynamics, and Characterization of Nanostructures by Ion Beam Irradiation, Critical Reviews in Solid State and Materials Sciences, 32: 1-50 (2007)
[9] Adler A. D., Longo F. R., Finarelli J. D., Goldmacher J., Assour J., Korsakoff L., A Simplified Synthesis for Meso-Tetraphenylporphine, Journal Organic Chememistry, 32: 476-476 (1967)
[10] Gupta V., Application of Low-Cost Adsorbents for Dye Removal--A Review, Journal of environmental management, 90: 2313-2342 (2009)
[11] Kadirvelu K., Kavipriya M., Karthika C., Radhika M., Vennilamani N., Pattabhi S., Utilization of Various Agricultural Wastes for Activated Carbon Preparation and Application for the Removal of Dyes and Metal Ions from Aqueous Solutions, Bioresource technology, 87: 129-132 (2003)
[12] Sivakumar S., Senthilkumar P., Subburam V., Carbon from Cassava Peel, an Agricultural Waste, as an Adsorbent in the Removal of Dyes and Metal Ions from Aqueous Solution, Bioresource technology, 80: 233-235 (2001)
[13] Crini G., Non-Conventional Low-Cost Adsorbents for Dye Removal: A Review, Bioresource technology, 97: 1061-1085 (2006)
[14] Khaniabadi Y.O., Mohammadi M.J., Shegerd M., Sadeghi S., Saeedi S., Basiri H., Removal of Congo Red Dye from Aqueous Solutions by a Low-Cost Adsorbent: Activated Carbon Prepared from Aloe Vera Leaves Shell, Environmental health engineering and management journal, 4: 29-35 (2017)
[15] Robati D., Mirza B., Rajabi M., Moradi O., Tyagi I., Agarwal S., Gupta VK., Removal of Hazardous Dyes-BR 12 and Methyl Orange using Graphene Oxide as an Adsorbent from Aqueous Phase, Chemistry Engineering Journal, 284: 687-697 (2016)
[16] Awual R., Amino-Rich Polymer-Coated Fe–Fe2O3 Nanoparticles with High Adsorption Capacity and Rapid Magnetic Separation for Anionic Dye Removal, Journal of Molecule Liquid, 284: 502-510 (2019)
[17] Chen W., He H., Zhu H., Cheng M., Li Y.,  Wang Sh., Thermo-Responsive Cellulose-Based Material with Switchable Wettability for Controllable Oil/Water Separation, Polymers, 10: 592 (2018)
[18] Workneh M. Shume H.C., Murthy A, and Zereffa E.A, A Review on Synthesis and Characterization of Ag2O Nanoparticles for Photocatalytic Applications, Journal of Chemistry, 15 (2020)
[19]   Lui C.H., Huang C.Y., Lee P.C., Chen G.C., Yang Z.R., Lin C.B., AgCl-Based Selective Laser Melting Photocatalytic Module for Degradation of Azo Dye and E. Coli, The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 115: 1127–1138 (2021)
[20] Singha B., Das S.K., Adsorptive Removal of Cu(II) from Aqueous Solution and Industrial Effluent Using Natural/Agricultural Wastes, Colloids and Surfaces B: Biointerfaces, 107: 97-106 (2013)
[21] Saadi R., Saadi Z., Fazaeli R., Elmi Fard N., Monolayer and Multilayer Adsorption Isotherm Models for Sorption from Aqueous Media, Korean Journal Chemistry Engineering, 32(5): 787 (2015)
[22] Dehghani M.H., Mostofi M., Alimohammadi M., McKay G., Yetilmezsoy K., Ahmad Albadarin B., Heibati B., AlGhouti M., Mubarak N.M., Sahu J.N., High-Performance Removal of Toxic Phenol by Single-Walled and Multi-Walled Carbon Nanotubes: Kinetics, Adsorption, Mechanism and Optimization Studies, Journal of Industrial and Engineering Chemistry, 35: 63–74 (2016)
[23] Dashti Khavidaki H., Fekri M.H., Removing Thallium (I) Ion from Aqueous Solutions Using Modified ZnO Nanopowder, Journal of Advance Chemistry, 11: 3777 (2015)
[24] Ebrahimzadeh Rajaei G., Aghaie H., Zare K., Aghaie M., Adsorption of Cu (II) and Zn (II) Ions from Aqueous Solutions onto Fine Powder of Typha Latifolia L. Root: Kinetics and Isotherm Studies, Journal of  Physical and Theoritical Chemistry, 9: 137 (2013)
[25] Haghdoost G., Aghaie H., Application of Corn Cob as a Natural Adsorbent for the Removal of Mn(II) Ion arom Aqueous Solutions and Thermodynamic, Fundamental and Applied Life Science, 5: 615 (2015)
[26] López-Mu˜noz M.J., Arencibia A., Cerro L., Pascual, Melgar A., Assessment of the Effectiveness of Combined Adsorption and Photocatalysis for Removal of the Herbicide Isoproturon , Applied Surface Science, 367: 91 (2016)
[27] Huang Z-n., Wang X-n., Yang D-s., Adsorption of Cr(VI) in Wastewater Using Magnetic Multi-Wall Carbon Nanotubes, Water Science and Engineering, 8(3): 226 (2015)
[28] Maa J., Li F., Qian T., Liu H., Liu W., Zhao D., Natural Organic Matter Resistant Powder Activated Charcoal Supported Titanate Nanotubes for Adsorption of Pb(II), Chemical Engineering Journal, 315: 191–200 (2017)
[29] Gharbani P., Mehrizad A., Jafarpour I., Adsorption of Penicillin by Decaffeinated Tea Waste, Polish Journal Chemistry Technology, 17(3): 95 (2015)
[30] Kaewsarn P., Biosorption of Copper(II) from Aqueous Solutions by Pre-Treated Biomass of Marine Algae PADINA Sp. Chemosphere, 47: 1081-1085 (2002)
[31] Do D.D., Adsorption Analysis: Equilibria and Kinetics, Imperial college press London, (2008)
[32] شکراله­زاده طهرانی، علی.، شادروان، آروین.، کاشفی­الاصل، مرتضی.، بررسی سینتیک و هم‌دمای جدب بوراز نمونه آب توسط جاذب کلینوپتیلیت طبیعی و کلینوپتیلیت اصلاح شده با سولفوریک اسید، نشریه شیمی و مهندسی شیمی ایران، 35(4): 21 تا 35 (1395)

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار