بخشی از مقاله
چکیده
هدف از انجام این مطالعه، ارزیابی کارایی حذف رنگ اسیدی نارنجی- 7 از محلولهای آبی توسط مزوپروس نانوذرات مغناطیسی Fe3O4 اصلاح شده با ستیل تری متیل آمونیم برمید - CTAB - می باشد. برای این منظور نانوذرات مغناطیسی Fe3O4 به روش همرسوبی سنتز شده، سپس با یک لایه نازک سیلیکا پوشیده شده و مزوپروس تشکیل شد. ویژگیهای ساختاری نانوذرات و مزوپروس سنتز شده توسط میکروسکوپ الکترونی - SEM - ، پراش اشعه ایکس - XRD - ، آنالیز ترموگراویمتری - TGA - و طیف سنجی زیر قرمز بررسی شد . پارامترهای مختلفی از جمله pH ، زمان تماس، مقدار جاذب، مقدار سورفکتنت و تاثیر قدرت یونی بر روی بازده حذف رنگ تاثیر دارند که بهینه سازی شدند. نتایج تجربی بیش از %98 حذف رنگ در محلولهای آبی در شرایط بهینه را نشان می دهد. حد تشخیص روش - LOD - برابر با 0/027 ppm و انحراف استاندارد نسبی - RSD - برای 5 بار آزمایش مقدار 0/44 بدست آمد.
واژههای کلیدی: نانوذرات مغناطیسی اکسیدآهن، مزوپروس، سورفکتنت، نارنجی اسیدی-7،جذب سطحی
-1 مقدمه:
رنگها بطور قابل توجهی در حوزه های مختلفی مانند نساجی، صنعت کاغذ، پلاستیک سازی و فرش استفاده می شوند. پساب این صنایع حاوی رنگ به همراه فلزات، نمک ها و سایر مواد شیمیایی بوده که بسیار سمی می باشند و تخلیه چنین ضایعاتی به منابع آبی آسیب های جدی به محیط زیست وارد می کند.از این رو حضور رنگ ها در پساب یک مشکل زیست محیطی جدی به شمار می رود. بیش از 70 درصد رنگ های مورد استفاده در نساجی به طبقه رنگ های آزو تعلق دارند که پایدار، به شدت رنگی، سمی و سرطان زا هستند.[1] رنگزاهایی که در صنعت نساجی به کار برده می شوند، ساختارهای مختلفی از جمله اسیدی، بازیک، راکتیو، آزو، دی آزو، دیسپرس، آنتراکینون و کمپلکس فلزی می باشند.[2] در این پروژه حذف رنگ اسیدی نارنجی- 7 مورد بررسی قرار گرفته که ویژگی های آن در جدول - - 1 آمده است.
روش های شیمیایی و فیزیکی زیادی نظیر انعقاد شیمیایی، اکسیداسیون، جداسازی غشایی و روش های متداول بیولوژیکی برای حذف مواد رنگزا از پساب ها مورد بررسی قرار گرفته است.هر چند روشهای بیولوژیکی و شیمیایی، روشهای موثری در حذف مواد رنگزا می باشند اما نیازمند تجهیزات و انرژی زیاد بوده و یا فاقد توجیه اقتصادی می باشند و اغلب موجب تولید محصولات جانبی نامطلوبی می گردند .[3] اما اخیرا توجه بسیاری روی کاربرد نانوذرات مختلف برای تصفیه آلاینده ها در محیط زیست معطوف شده است .[4]
نانوذرات مغناطیسی به دلیل سطح ویژه بالا و عدم مقاومت نفوذ درونی و نسبت سطح به حجم بالا، در فرایند جداسازی مولکولهای هدف در محلول های ناهمگن بسیار کارا هستند. علاوه بر این، سمیت کم، بی اثر بودن، سازگاری با محیط زیست، کاربرد آنها را در بیوتکنولوژی مناسب کرده است.روشهای مختلفی برای سنتز نانوذرات Fe3O4 به کار گرفته شده اند. روش همرسوبی یک روش ساده است که نانوذرات اکسید آهن را از محلول آبی نمک های Fe 2+ وFe3+ در حضور یک باز با بازده بالا و اندازه ذرات نسبتا کم سنتز می کند. نانوذرات مغناطیسی در برابر اکسید شدن و متراکم شدن بسیار حساس می باشند. در شرایط خاص، سطح نانوذرات اکسید شده و یک لایه نازک اکسید، روی آن می نشیندکه باعث تغییر خصوصیات ذرات مغناطیسی می شود. تجمع نانوذرات برای کاهش انرژی سطحشان به صورت خوشه های بزرگ مشکل دیگری است که مراحل سنتز را به تاخیر می اندازد. اصلاح سطح نانوذرات راه حلی برای جلوگیری از این پدیده است که با توجه به کاربردشان با جذب سطحی فیزیکی یا شیمیایی پوشاندن سطح انجام می شود. مزوپروس سیلیکای مغناطیسی شده با نانو ذرات مغناطیسی اکسید آهن به دلیل مساحت سطح بسیار زیاد و
انتخابگری مناسبی که دارند به ما اجازه استخراج مقادیر کم آنالیت با دقت و حساسیت بالاتر را نسبت به حالتی که در آن از نانوذرات مغناطیسی اکسید آهن استفاده می شوند را می دهد[5] این نانوذرات و مزوپروس ها با توجه به دارا بودن خاصیت مغناطیسی به راحتی و در مدت زمان کوتاهی با استفاده از یک آهنربای قوی از حجم زیاد محلول جدا می شوند. سورفکتنت ها دسته ای از ترکیبات فعال سطحی بوده که معمولا از یک زنجیر خطی یا شاخه دار هیدروکربن یا فلوئورو کربن با -8 18 اتم کربن که به یک بخش قطبی یا یونی آبدوست متصل شده است تشکیل شده، بخش آبدوست می تواند غیر یونی و یا آمفوتر باشد. سر آبگریز یا زنجیر هیدروکربنی برهم کنش ضعیفی با مولکول های آب دارد در حالی که سر قطبی از طریق پیوندهای دوقطبی یا یون- دوقطبی برهم کنشهای شدیدی با مولکول های آب دارد. سورفکتنت ها در سطح مشترک مابین فازهای دوتایی مایع- جامد، مایع- مایع و یا مایع- گاز می تواند فعال باشد. در این پژوهش از سورفکتنت ستیل تری متیل آمونیم برمید - CTAB - به عنوان اصلاح کننده سطح استفاده شده است.[6] - شکل - 1
-2 تجربی:
-1-2 مواد و واکنشگرها:
رنگ با خلوص بالا از پژوهشگاه رنگ تهیه شدکه برخی از ویژگی های آن در جدول - 1 - ارائه شده است. همه مواد مورد نیاز در این مطالعه شامل FeCl3،FeSO4.7H2O ،اتانول، هیدروکلریک اسید، سدیم هیدروکسید، آمونیاک و TEOS از کمپانی مرک با خلوص بالا تهیه شدند. محلول های رنگ با غلظت های مورد نظر از رقیق سازی محلول استوک با غلظت 1000ppm با آب دیونیزه تهیه شدند. تنظیم pH با استفاده از محلول های NaOH و HCl با غلظت های 0/05-0/5 - مولار - انجام شد.
