بخشی از مقاله
چکیده:
حذف رنگ های آلی صنعتی یکی از مشکلات جهت اطمینان یافتن از سالم بودن منابع آب برای همه و همچنین برای حفاظت از محیط زیست است. بنابراین حذف این رنگ ها از محیط پساب شهری اجتناب ناپذیراست. هدف از انجام این مطالعه، حذف رنگ متیلن بلو بوسیله ی جاذب نانولوله های کربنی چند دیواره اصلاح شده با بتا سیکلودکسترین می باشد. در این کار یک کامپوزیت نانولوله چند دیواره اصلاح شده با بتاسیکلودکسترین که توسط نانولوله های کربنی چند دیواره و بتاسیکلو دکسترین به عنوان مواد خام تهیه شد. ساختار و مورفولوژی کامپوزیت توسط طیف سنجی مادون قرمز، پراش پرتو ایکس، میکروسکوپ الکترونی روبشی مشخص شد. اثرات اصلاح و بهبود سطح برروی جذب سطحی رنگ های آلی در سیستم های ناپیوسته به کمک پارامتر های گوناگون همچون زمان تماس، پی اچ، مقدارجاذب، غلظت اولیه ی رنگ و دما بررسی شد. که در مقایسه با جاذب های دیگر راندمان جذب برای کامپوزیت نانولوله کربنی چند دیواره اصلاح شده افزایش یافته بود. نتایج ما تایید کرد که نانولوله ی اصلاح شده با بتا سیکلو دکسترین با توجه به ظرفیت بالا و همچنین زمان رسیدن به تعادل کوتاه برای رسیدن به تعادل استفاده شود.
واژه های کلیدی: نانولوله های کربنی چند دیواره، اصلاح سطح، جذب سطحی، بتاسیکلودکسترین، متیلن بلو
مقدمه
آلاینده های محیط به عنوان یک تهدید جدی برای موجودات زنده و محیط زیست محسوب می شوند. یکی از مهمترین عوامل آلوده کننده آب ها تخلیه پساب های رنگی از صنایع نساجی، چرم سازی، کاغذ و چاپ، دارویی و صنایع دیگرمی باشد - . - 1 روش های زیادی از جمله انعقاد ولخته سازی، تعویض یونی، اولترافیلتراسیون، اسمز معکوس، ازن زنی، فوتوفنتون، اکسیداسیون پیشرفته و جذب بر روی کربن فعال جهت حذف رنگزاها مورد استفاده قرار گرفته است 2 - و. - 3 در سالهای اخیر،از بین روش های متداول، فرآیندهای جذب با توجه به توانایی تصفیه غلظت های بالای رنگزا و عدم تولید محصولات جانبی و نیز به دلیل امکان احیا و استفاده مجدد، مورد توجه زیادی قرار گرفته اند - . - 4
نانولوله های کربنی جهت رفع مشکل آلاینده های محیطی درسالهای اخیر مورد توجه زیادی قرار گرفته اند. نانولوله های کربنی به دلیل دارا بودن خواص منحصر به فردی چون داشتن ساختاری توخالی و پر منفذ، سطح ویژه بالا، چگالی پایین، رسانایی الکتریکی وگرمایی بالا، استحکام بالا و توانایی برهم کنش قوی با مولکول های آلاینده ازپتانسیل بالاییجهتکاربردهایزیست محیطی برخوردارند - . - 5 سیکلودکسترین ها الیگوساکاریدهای حلقوی اند که شامل واحدهای گلوکز متصل به پیوند های 1-aو-4گلیکوزیدی هستند - . - 6 در ساختار حفره ای ویژه سیکلو دکسترین نوعی میکرو محیط غیر قطبی را تشکیل داده برای اینکه به تعدادی از مولکول های آلی کوچک و یون های غیر آلی اجازه ورود دهد. بتاسیکلو دکسترین دارای یک حفره به اندازه ی 0,6 نانومتر و هزینه ی پایین تولید است و در حال حاضر تنها تولید انبوه در صنایع بوده و کاربردهای وسیعی دارد به علاه بتاسیکلودکسترین می تواند انتخاب پذیری مولکولی بالایی داشته باشد - - 7 و قابلیت حل شدگی و پایداری مواد کاربردی را بهبود ببخشد - . - 8
بخش تجربی
رنگ متیلن بلو مورد استفاده در این تحقیق، نانولوله های کربنی چند دیواره و بتا سیکلو دکسترین از شرکت سیگما آلدریج و مرک خریداری شد.جاذب سنتزی به کمک روشی تازه و هچنین بدون استفاده از مواد زیان آور تهیه شد. در این روش نانولوله و گلایسین به نسبت معین در حجم مناسب از حلال آب به مدت 24 ساعت در دمای اتاق همزده می شود. پس از آن محلول را صاف کرده و به مدت 10 ساعت در دمای 60 درجه در آون خشک شد. در مرحله دوم ماده سنتزی مرحله قبل را در مقداری آب حل کرده، نسبت معینی از بتا سیکلودکسترین نیز بصورت کامل در آب حل شد. محلول حاوی بتاسیکلودکسترین را به آرامی به محلول نانو لوله اضافه کرده و به مدت 24 ساعت همزده می شود.
سپس محلول حاوی جاذب سنتز شده را صاف کرده و سه مرتبه به کمک آب و اتانول شستشو داده شد. در نهایت رسوب در دمای 60 درجه به مدت8 ساعت در آون خشک شد.به منظور آزمایش توانایی جذب سطحی جاذب سنتز شده رنگ متیلن بلو به عنوان رنگ مدل انتخاب شد. مقدار مناسب از جاذب را در 10 میلی لیتر محلول20 میلی گرم در لیتر محلول رنگ ها حل شد. جذب سطحی بعد از یک دوره ی زمانی خاص انجام شد و محلول سانتریفیوژ شد. سپس محلول رویی به وسیله ی روش طیف سنجی فرابنفش- مرئی در طول موج ماکزیمم 664 نانو مترمورد بررسی قرار گرفت. کارایی جذب سطحی - R% - از مقدار رنگ های جذب شده روی جاذب - mg/g - به وسیله معادله ی زیر به دست می آید:
در معادله - 1 - ، R بازده جذب رنگ ها می باشدکه به وسیله ی جاذب کامپوزیت جذب شده و بر حسب درصد % بیان می شود. C0 غلظت اولیه ی محلول رنگی است - mg/L - ، Ct غلظت محلول رنگی در زمان .t ظرفیت جذب سطحی qt یا مقدار رنگ جذب شده روی جاذب کامپوزیت - - mg/gبه وسیله معادله ی زیر محاسبه می شود:qt ظرفیت رنگ جذب شده به وسیله ی جاذب کامپوزیت است میلی گرم به گرم - mg/g - ؛M جرم جاذب برحسب گرم g ؛ V حجم محلول رنگی برحسب لیترL می باشد.
نتایج و بحث
طیف مادون قرمز مربوط جاذب کامپوزیت در شکل1 نشان داده شده است.همان طور که در شکل - 1 - -1 دیده می شود پیک های ناحیه ی1635 ،3450-3420 مربوط به گروه های هیدروکسیل روی سطح نانو لوله است. همانطور که در شکل - 2 - -1 می بینید که مربوط به جاذب کامپوزیتی است طیف پهن در ناحیه ی cm-1 3650-3150 به دلیل وجود هیدروکسیل های فراوان در لبه ی ساختار لوله مانند بتاسیکلودکسترین مشاهده می شود. حداکثر مقدار ارتعاش کششی پیوندکربن-هیدروژن - -CH2- - در بتاسیکلو دکسترین در 2940cm-1 ظاهر می شود وثابت می کندکه ساختار بتا سیکلو دکسترین خراب نشده است. پیک ناحیه ی به کمک آنالیزهای مذکور می توان نتیجه گرفت که بتا580cm-1 پیک مشخصه ی مربوط به بتاسیکلودکسترین می باشد.
سیکلودکسترین از طریق پیوند کوالانسی روی سطح نانو لوله های و همچنین حداکثرمقدار ارتعاش پیوندهای 1-aو-4گلوکز در کربنی چند دیواره ترسیب داده شده اند.943cm-1 ظاهر می شود. با توجه به شواهد طیف مادون قرمز میجذب سطحی رنگ :توان به حضور بتاسیکلودکسترین روی نانولوله های کربنی چند اثر پارامتر های مختلفی چون pH ، دز جاذب، زمان تماس و دمابردیواره اذعان داشت. ظرفیت جذب سطحی محلول رنگی متیلن بلومورد بررسی قرارالگوی پراش اشعه ی ایکس مربوط به جاذب کامپوزیتی درگرفتند. ماکزیمم طول موج برای برای متیلن بلو 664 نانو متر بود.
شکل2 نشان داده شده است. همان طور که در شکل - 1 - -2 دیده می شود اوج پراش های ناحیه ی 2 = 26œ & 44œ مربوط به ساختار نانولوله های کربنی می باشد.
طبق شکل - 2 - -2می توان اوج پراش شدیدتر در 2 = 26.7œ را که مربوط به بتا سیکلودکسترین است را مشاهده کرد واین باعث می شود که در ناحیه ی2 = 26œ اوج پراش پهن تری را مشاهده کرد.در تصاویر میکروسکوپ الکترونی روبشی مشاهده می شود که ساختار های حفره مانندی رو سطح نانو لوله های کربنی قرار گرفته است و همچنین می توان مشاهده کرد که قطر نانولوله های کربنی افزایش پیدا کرده است.اثر pH بر روی کارایی جذب سطحی در شکل 4 نشان داده شده است. همان طور که در شکل می بینید بازده جذب سطحی با افزایش دامنه ی pH از 2 تا8 برای متیلن بلو افزایش می یابد که این امر می تواند ناشی از پروتونه شدن هیدروکسیل در سطح جاذب کامپوزیتی باشد. سپس بازده جذب سطحی با افزایش pH از 8 به 12 برای متیلن بلو به وضوح کاهش می یابد. علت آن هم این است که پیوند هیدروژنی به راحتی تشکیل نمی شوند. بنابراین در pH=8 متیلن بلو به ترتیب بازده جذب سطحی در بیشترین میزان خودقراردارد.
