بخشی از مقاله
چکیده
در این مطالعه استفاده شبکههای آلی فلزی به عنوان جاذب در حذف رنگ نارنجی متیل مورد بررسی قرار گرفت. بدین منظور شبکه آلی فلزی MIL-100 - Fe - با استفاده از روش حلال گرمایی سنتز و قابلیت آن در حذف رنگ نارنجی متیل مورد بررسی قرار گرفت. ساختار جاذب سنتز شده با روشهای تجزیه گرمایی - TGA - طیفسنجی پراش اشعه ایکس - XRD - ، طیفسنجی مادون قرمز تبدیل فوریه - FTIR - و تصاویر STM مورد بررسی قرار گرفتند. عوامل موثر در رنگ نارنجی متیل توسط جاذب سنتز شده مانند زمان تماس، مقدار جاذب و pH بررسی و بهینه گردید. علاوه بر این ایزوترم و سینتیک فرایند جذب بررسی شد. نتایج حاصل از حذف رنگ نارنجی متیل توسط MIL-100 - Fe - نشان داد که سینتیک جذب از دو الگوی شبه مرتبه دوم و الویچ و ایزوترم جذب آن از الگوی لانگمویر تبعیت مینماید. ماکزیمم جذب تک لایه رنگ نارنجی متیل بر MIL-100 - Fe - بر اساس ایزوترم لانگمویر 314/3 mg/g بدست آمد.
کلمات کلیدی: شبکههای آلی فلزی، نارنجی متیل، لانگمویر، حذف، جذب سطحی
.1 مقدمه و هدف
رنگهای سنتزی در محیط آبی بهعنوان ترکیباتی ناخوشایند و سمی شناختهشدهاند. بر اساس گزارش جامعه رنگرزها و انجمن شیمیستهای نساجی آمریکا در حال حاضر بیش از 100 هزار نوع رنگ سنتز شده و به شکل تجاری در دسترس میباشد. هر چند مقدار دقیق رنگهای تولید شده در سال هنوز مشخص نیست اما متخصصان تخمین زدهاند که سالانه 700 هزار تن انواع رنگها تولید میشود. تحقیقات نشان میدهد که تقرباًی %12 از رنگها در فرایند رنگرزی تلف شده و بیش از 20 تن آن وارد پسابهای صنعتی میشود وجود مقادیر بسیار کم رنگها در آب ناخوشایند بوده و به کیفیت و ظاهر آب لطمه میزند. بنابراین حذف رنگها از اهمیت بسیار زیادی برخوردار است. رنگ متیل نارنجی از رنگهای پرکاربرد در صنایع مختلف میباشد.در این مطالعه ابتدا جاذب MIL-100 - Fe - سنتز و پس از مطالعه ویژگیهای ساختاری توانایی آن در حذف متیل نارنجی بررسی شد.
.2 تئوری و پیشینه تحقیق
متیل نارنجی رنگی سنتزی و آروماتیک از نوع مونو آزو است. نام علمی این ترکیب، سدیم - -4دیمتیلآمینو - آزو-بنزنسولفونیک اسید بوده و وزن مولکولی آن 327 g/mol است. فرمول مولکولی این رنگC14H14N3NaO3S میباشد و ساختار آن در شکل 1 گزارش شده است. این رنگ با نامهای اسید نارنجی 152، نارنجی 2III، 2III، نارنجی طلائی3 و ترپائولین دی4 نیز شناخته شده است. متیل نارنجی یکی از پرکاربردترین ترکیبات رنگی است .[1]
این ترکیبعمدتاً بهعنوان شناساگر استفاده میشود و در محیط اسیدی نارنجی رنگ و در محیط بازی زرد رنگ است. رنگ متیل نارنجی بهطور گستردهای در صنایع گوناگون مانند صنایع کاغذسازی، نساجی، صنایع چاپ، صنایع داروئی و صنایع غذایی کاربرد دارد .[2] علاوه بر این از این رنگ بهعنوان نیمهرسانا نیز استفاده شده است .[3] رنگ متیل نارنجی از طریق صنایع گوناگون به منابع آبی وارد میشود و مشکلات سلامتی زیادی از قبیل مشکلات پوستی و حساسیتی ایجاد میکند. تماس این رنگ با پوست باعث خارش میشود. این رنگ عمدتاً به شکل زیستی تفکیک نمیشود و در نتیجه مشکلات جدی در محیط آبی ایجاد میکند .[4]
.3 مواد و روشها
.1 .3 مواد و محلولهای مورد استفاده
مواد شیمیایی مورد استفاده دارای خلوص تجزیهای و به جز در موارد ذکر شده ساخت شرکت مرک5 آلمان بود و از آب دوبار تقطیر برای تهیه تمامی محلولها استفاده شد. نمک آهن - III - کلرید شش آبه بهعنوان منبع فلزی، 1،3و-5تریاتیلبنزن تریکربوکسیلات بهعنوان اتصالدهنده آلی برای سنتز شبکههای آلی فلزی مورد استفاده قرار گرفت. از رنگ متیل نارنجی6 با فرمول مولکولی C14H14N3NaO3S و خلوص %98 ساخت شرکت مرک آلمان استفاده شد.محلولهای 1000 mg/L از رنگ متیل نارنجی از انحلال مقدار مناسب از این ترکیب در آب مقطر و رقیق کردن محلول تا حجم 100/0 mL تهیه شد. محلولهای مورد استفاده، روزانه از رقیق کردن متوالی محلول غلیظ مادر تهیه شد.
.2 .3 تعیین بافت و ساختار شبکههای آلی فلزی
میزان تخلخل و ساختار جاذبهای تهیه شده با روشهای طیفبینی پراش پرتو ایکس، میکروسکوپ تونلی روبشی7، تجزیه گرمایی تفاضلی8 و طیفسنجی زیر قرمز تبدیل فوریه مطالعه شد.طیف پراش پرتو ایکس شبکههای آلی فلزی با دستگاه XRD فیلیپس9 مدل 1830 و با استفاده از تابش . &X تهیه شد. تصاویر میکروسکوپ تونلی روبشی شبکه آلی فلزی سنتزی در هوا و با دستگاه نانوسیستم پارس مدل SS-1 بهدست آمد.مطالعات تجزیه حرارتی با دستگاه تجزیه گرمایی تفاضلی کمپانی باهر1 مدل STA503 ساخت کشور آلمان انجام شد. طیفهای زیر قرمز تبدیل فوریه جاذب در گستره عدد موجی 400 تا 4000 cm-1 با روش تهیه قرص KBr و به کمک دستگاه DIGILAB FTS 7000 واریان2 ساخت آمریکا تهیه شد. اندازهگیریهای جذب با استفاده از دستگاه طیفسنج نوری CECIL، مدل CE 2500 ساخت انگلستان همراه با سلهای شیشهای یک سانتیمتری انجام شد. اندازهگیری pH، با دستگاه pH متر دیجیتال متروهم3 مدل 780 همراه با الکترودهای شیشه و کالومل انجام شد. برای توزین نمونهها از ترازوی دیجیتال AND مدل GR200 ساخت کشور ژاپن با دقت 0/0001 g استفاده گردید.
.3 .3 سنتز شبکههای آلی فلزی MIL-100 - Fe -
جاذب MIL-100 - Fe - بر اساس روش گزارششده توسط کانیونی4 و همکاران [5] سنتز شد. بدین ترتیب که 1/662 g از نمک آهن - III - کلرید شش آبه و 1/387 g از 1،3 و-5بنزنتریکربوکسیلات به 50 mL آب مقطر اضافه و مخلوط برای مدت سه روز در دمای 130 °C در اتوکلاو تفلونی حرارت داده شد. سپس جامد نارنجی رنگ حاصل با صاف کردن بازیابی و با استون شسته و در نهایت در دمای اتاق خشک گردید. جاذب تهیه شده برای استفادههای بعدی در یک ظرف در بسته شیشهای نگهداری شد.
.4 نتایج و بحث
.1 .4 بررسی ویژگیهای جاذب
ساختار و میزان تخلخل شبکه آلی فلزی MIL-100 - Fe - سنتز شده با روشهای آنالیز گرمایی، طیفسنجی پراش اشعه ایکس - XRD - ، طیفسنجی مادون قرمز تبدیل فوریه - FTIR - و تصاویر STM انجام گرفت.طیف XRD ترکیب MIL-100 - Fe - در گستره 2 از 0/1 تا 12/0، دو پیک در 2های 6/7° و 10/8° نشان میدهد که با مقادیر گزارش شده توسط کانیونی و همکاران 6/8° - و - 10/9° تطابق بسیار خوبی دارد [5] و بیانگر سنتز صحیح شبکه آلی فلزی MIL-100 - Fe - میباشد.ساختار سطح، شکل و اندازه شبکه آلی فلزی سنتز شده با تصاویر STM مطالعه شد. تصاویر میکروسکوپ روبش الکترونی ترکیب شبکه آلی فلزی نشان داد که اندازه تقریبی ذرات جاذب و حفره آن به ترتیب 200 و 2 nm میباشد.
منحنی رفتار حرارتی و حرارتی تفاضلی ترکیب MIL-100 - Fe - سنتز شده با افزایش دما تا 700 °C این ترکیب در دو گستره دمایی 50 تا 110 °C و 330 تا 460 °C کاهش وزن نشان میدهد. اولین کاهش وزن مربوط به از دست دادن آب موجود در ساختار شبکه آلی فلزی میباشد و دومین کاهش وزن به دلیل برطرف شدن حلال موجود در ساختار و یا تخریب ساختمان شبکه آلی فلزی بوده که بیانگر پایداری شبکه آلی فلزی MIL-100 - Fe - تا دمای 330 °C میباشد.طیف FTIR شبکه آلی فلزی MIL-100 - Fe - نشاندهنده سنتز صحیح و جذب متیل نارنجی بر روی شبکه آلی فلزی MIL-100 - Fe - با واکنش شیمیائی و جذب شیمیایی با احتمال ایجاد کمپلکس بین جاذب و متیل نارنجی بود.
.2 .4 بررسی جذب الف. اثر زمان تماس و غلظت اولیه متیل نارنجی
