بخشی از مقاله
چکیده:
در این تحقیق به منظور سنتز جاذبی کارامد برای حذف فلزات سنگین ابتدا عاملدار کردن سطح نانولولههای کربنی با آمینو پروپیل تری متوکسی سیلان انجام شد. سپس با استفاده از نانوذرات اکسید روی، نانوکامپوزیت نانولوله کربن عاملدارشده/نانوذرات اکسید روی سنتز شد. در مرحله بعد کارایی این نانوکامپوزیت در حذف یون استرانسیم از محلولهای آبی مورد مطالعه قرار گرفت و اثر پارامترهای مختلف بر روی میزان جذب یون استرانسیم بررسی شد.
با توجه به نتایج بدست آمده مشخص شد که فرایند جذب استرانسیم از مدل سینتیک شبه درجه دو پیروی می کند. زمان بهینه برای این فرایند در حدود 40 دقیقه می باشد. میزان تغییرات جذب کاتیون ها بر روی جاذب با تغییرات دما مورد بررسی قرار گرفت و مشاهده شد که این فرایند خود به خودی و گرمازا است. همچنین جاذب پس از احیا نیز قدرت جذب کنندگی خوبی از خود نشان می دهد.
مقدمه :
پسمانهای رادیواکتیو ناشی از بهره برداری راکتورهای هستهای و تاسیسات باز فرآوری حاوی مقادیر قابل ملاحظهای از رادیو ایزوتوپهای گوناگون مانند 51Cr، 54Mn، 59Fe، 60Co ،90 Sr، 137Cs و 124 Sb با نیمه عمرهای متفاوت میباشند که برای کاهش خطرات ناشی از پرتوهای یونیزه کننده رادیوایزوتوپها، لازم است. روشهای اصولی برای جمع آوری، حفظ و نگهداری، انجام عملیات تصفیه ونهایتاً دفن و دورریزی پسمانها به کار گرفته شود. روشهای مختلفی مانند ترسیب، انعقاد، لختهسازی، روشهای الکتروشیمیای، جذب سطحی، اسمز معکوس و روشهای بیولوژیکی برای حذف فلزات سنگین وجود دارند. از مزایای روش جذب سطحی میتوان به حذف سریع، بادوام بودن جاذبها و مقرون به صرفه بودن آنها اشاره کرد.
بعلاوه مخلوطهای فلزی غلیظ که از آزادسازی ذرات فلزی از جاذبهای مربوطه حاصل میشوند، قابل استفاده بوده و جاذبها نیز قابل احیا شدن میباشند.[1-3] یکی از مهمترین جاذبهای پرکاربرد در حذف فلزات سنگین، نانو مواد کربنی هستند نانو مواد کربنی شامل تعدادی از آلوتروپهای کربن مانند نانو لولههای کربن است. نانو لولههای کربنی - CNTs - دارای خواص مکانیکی، اکترونیکی، گرمایی و نوری قابل توجهی هستند. با وجود خواص بینظیر ذکر شده برای نانو لولهای کربنی، سطح نسبتاً صاف آنها که دچار فقدان پیوند درون سطحی است، استفاده از آنها را برای برخی کاربردهای خاص، محدود کرده است. با عاملدار کردن نانو لولههای کربنی میتوان فرآیند پذیری و حلالیت این مواد را بهبود بخشید و امکان ارتقاء خواص آنها را فراهم نمود.
در این تحقیق به منظور سنتز جاذبی کارامد برای حذف فلزات سنگین ابتدا نانوذرات اکسید روی سنتز شد. سپس نانو لولههای کربنی با گروه عاملی کربوکسیل با آمینو پروپیل تری متوکسی سیلان - APTMS - عاملدار شد تا گروه - -NH2 - بر روی نانو لولهها بنشیند. در مرحلهی بعد نانوکامپوزیت نانولوله کربن عاملدار/نانوذرات اکسید روی - MCNT/ZnO - تهیه شد. کارایی این ماده به عنوان جاذبی برای حذف فلزات سنگین بررسی شد و برای یون فلزی با بیشترین کارایی جذبی، پارامترهای موثر بر فرایند جذب بهینه شد.
روش کار :
سنتز نانوذرات اکسید روی و اصلاح سطح آن
برای سنتز نانوذرات اکسید روی، 25 میلی لیتر از محلول 0/1 مولار استات روی چهار آبه و 100 میلی لیتر از محلول 0/1 مولار تترامتیلآمونیوم هیدروکساید - TMAH - تهیه شده و محلول TMAH در آلتراسونیک قطره قطره به محلول استات روی در دمای محیط اضافه شد. سپس محلول 30 دقیقه در دمای 40 درجه سانتیگراد در همین وضعیت باقی میماند. بعد از این کار، محلول جدید تهیه شده در سانتریفیوژ قرار داده شده تا جداسازی صورت گیرد.
سپس رسوب بدست آمده دو بار با اتانول شستشو داده شد و در دمای 70 درجه سانتیگراد به مدت دو ساعت خشک شد و به مدت 4 ساعت در کورهای با دمای 400 درجه سانتیگراد قرار گرفت. در مرحله بعد سطح نانوذرات اکسید روی اصلاح شد تا نانوذرات سنتز شده توانایی پراکنده شدن در حلالهای قطبی را داشته باشد. برای اصلاح سطح نانوذره از اسیدسیتریک استفاده شد. بدین ترتیب که نیم گرم اسیدسیتریک به 50 میلی لیتر متانول اضافه شده و سپس یک گرم از پودر نانوذره به آن اضافه شد. محلول به مدت یک ساعت در سیستم بسته، تحت رفلاکس در دمای 50 درجه سانتیگراد قرار گرفت. بعد از یک ساعت، محلول سانتریفیوژ شد و رسوب حاصل سه بار با آب شستشو داده شد. سپس رسوب حاصل به مدت یک ساعت درون آون با دمای 70 درجه سانتیگراد قرار گرفت.
اصلاح سطح نانولولههای کربن
ترکیبی از 95 درصد وزنی متانول و 5 درصد وزنی آب مقطر تهیه کرده و به ازای 20 درصد وزنی از محلول حاصل، آمینو پروپیل تری متوکسی سیلان - APTMS - اضافه میشود. بعد از افزودن 1 گرم نانو لولههای کربنی چند دیواره به این محلول، به مدت 2 ساعت در دمای محیط با استفاده از همزن مغناطیسی همزده میشود. سپس نانو لولهها را فیلتر کرده و چندین بار با متانول شستشو داده تا سیلانهای واکنش نداده از آن خارج شوند. نانو لولههای کربنی عاملدار شده را در آون در دمای 100 درجه سانتیگراد به مدت 24 ساعت قرار داده تا تمامی بخارات آب جذب شده و یا دیگر بخارات آلی از آن خارج شود. شکل 1 واکنشهای شماتیک بین APTMS و CNT را نشان میدهد.
شکل .1 واکنشهای شماتیک بین APTMS و - a CNT واکنش هیدرولیز - b APTMS واکنش تراکمی بین نانو لولههای کربنی کربوکسیله و گروه سیلان برای تولید نانو لولههای کربنی عاملدار تهیه نانوکامپوزیت نانولوله کربن عاملدارشده/نانوذرات اکسید روی - MCNT/ZnO - برای سنتز نانوکامپوزیت نانولوله کربن عاملدارشده/نانوذرات اکسید روی ابتدا نانولوله کربن عاملدار شده در آب به کمک امواج فراصوت کاملا به طور یکنواخت پراکنده شد و سپس نانوذرات اکسید روی به آن اضافه شد بطوریکه نسبت وزنی نانولوله کربن عاملدار شده و نانوذرات اکسید روی چهار به یک باشد. سپس مخلوط حاصل به مدت یک ساعت در حمام اولتراسونیک قرار گرفت. در نهایت نانوکامپوزیت بدست آمده با سانترفیوژ کردن جدا شده و با آب شستشو داده شد.
بررسی کارایی نانوکامپوزیت MCNT/ZnO در جداسازی استرانسیم
مقدار جذب به ازای واحد جرم جاذب - qe - برای عناصر نیترات Co - II - ، Pb - II - ، Sr - II - ، Cu - II - ، Ni - II - ، Ba - II - ، La - II - ، Cd - II - ، و کلرید Y - III - و Mo - V - در محیط آبی و به روش ناپیوسته تعیین شد.
