بخشی از مقاله
چکیده
در این تحقیق، از نانوذرات مگنتیت که به وسیله دی اکتیل فتالات و تری اتیلن تترا آمین اصلاح شده است برای بررسی تعادل حذف فلز روی از محلول های آبی به وسیله فرایند جذب استفاده گشت. تاثیر پارامترهای موثر شامل غلظت اولیه فلز، pH، ، زمان تماس و وزن جاذب بر تعادل جذب و فرایند جداسازی و همچنین مزاحمت یونهای فلزی دیگر و استفاده از این جاذب به عنوان بستر ثابت ستون جداسازی بررسی شد. مدلهای لانگمویر، فروندلیچ و تمکین برای مدلسازی ریاضی تعادل به کار گرفته شدند. دادههای تجربی به خوبی نشان میدهند سینتیک جذب روی برای جاذب از مدل سینتیک درجه دوم پیروی میکنند. پارامترهای ترمودینامیکی برای فرایند جذب روی محاسبه گشت. نتایج نشان میدهد که جذب روی بر روی جاذب گرمازا است.مقادیر بهینه غلظت اولیه نمونه, pH محیط, زمان تماس و وزن جاذب به ترتیب 12 میلی گرم بر لیتر, 90 ,6 دقیقه , 0,015 گرم بدست آمد..تصاویر SEM نشانگر سنتز جاذب در ابعاد نانو بوده و جذب یون روی بر روی جاذب مشخص است.
واژههای کلیدی: نانو جاذب مغناطیسی, جاذب مگنتیت
- 1 مقدمه
مگنتیت با فرمول Fe3O4 یکی از اکسیدهای فلزی است که گاهی اوقات خود قابلیت جذب یونهای فلزات سنگین را داراست.اما با اصلاح به وسیله ترکیبات دیگر به یک جاذب عالی در جذب یون های فلزی و اکثر رنگها تبدیل می شود.یکی از خصوصیات بارز این جاذب جدا شدن به وسیله میدان مغناطیسی است که آن را به بکی از بهترین جاذب ها مبدل کرده است.
نانو ذرات Fe3O4 با توجه به خواص ویژه خود از قبیل جهتگیری مغناطیسی، خواص پارامغناطیسی وتوانایی پیوند با گروه های عاملی در سطح خود به طور فوق العاده ای مورد توجه قرار گرفته است .[1-3]
که به آنها کاربرد گسترده ای در حوزه مواد پارا مغناطیس می دهد.[4] به خصوص، نانوذرات Fe3O4 به عنوان نامزد مناسبی برای برنامه های کاربردی بیولوژیکی مانند داروسانی به نقاط سرطانی جهت درمان و فعالیت های دیگری برای تشخیص پزشکی در نظر گرفته شده است.[5-10] تا الان، با چندین روش موفق به آماده سازی نانوذرات Fe3O4، مانند ته نشینی، میکروامولسیونها، واکنش solvothermal و روش حرارتی آبی و غیره شده اند .[11-14]مهندسی مواد نانو در قالب اکسیدهای نانو فلزات در راستای هدف حذف فلزات سنگین از محلولهای آبی طراحی گردید.ویژگیهای این ذرات به سطح بالا , ظرفیت حذف و گزینش پذیری آنها بر می گردد.
زمان تعادل سریع و درجه بهبود آنها در مقایسه با موارد دیگر بسیار عالی است.[15,16]استفاده از نانو ذرات مغناطیسی اکسید آهن مثالی از استفاده وسیع اکسید های فلزی است. مگنتیت به عنوان جاذب برای حذف فلزات سنگین در راستای حل مشکلات کانون توجه مهندسان شیمی ومحیط زیست شده است.اهمیت این ذرات به دلیل جداسازی ساده آنها از فلزات متوسط با استفاده از یک میدان خارجی است.[17]نانو ذرات مغناطیسی محدود به حضور گروه های هیدروکسیل در سطح هستند.[18]به علاوه ظرفیت بالا و گزینیش پذیری این ذرات در تعامل و واکنش می تواند به شدت کاهش پیدا کرده و یا از دست برود.[19]
به منظور فایق آمدن بر این محدودیت, روش های دیگری برای تغییر سطح ازطریق بارگذاری - نشاندن - گونه های شیمیایی - آلی - و یا مواد بیولوژیکی در ماتریس های مختلف ارائه شده است.در ذیل چند نمونه از پژوهش هایی که روی حذف فلزات سنگین انجام شده آورده شده استو به صورت موردی نیز در جدول 1 گنجانده شده اند.آقای شان و همکاران در سال 2015 از نانو ذرات مغناطیسی Fe3O4 + SiO2 اصلاح شده با پلیمر -1 وینیل میدازول - - FSPV به عنوان یک جاذب جدید برای حذف جیوه از آب استفاده کردند. تبدیل فوریه طیف سنجی مادون قرمز پیوند موفق با پلیمر را تایید و تجزیه و تحلیل حرارتی نشان داد FSPVدارای پیوندی فوق العاده با 22,8 ٪ محتوای آلی است.تصویر میکروسکوپ انتقال الکترون نشان داد که ذرات FSPV باHgCl2 در HgClOHNa+,Ca2+,K+,Mg2+,Cl-, NO3 -,SO42-اندازه 10 - 20 نانومتر به صورت کروی پیوند داده اند.
با فوق مغناظیسی کردن در حدEMU 44,7 بر گرم،ذرات FSPVمی توانند به راحتی توسط یک فرآیند مغناطیسی ساده از آب طی 5 دقیقه جدا شوند. ظرفیت جذب جیوه یFSPV346 میلی گرم برگرم در pH 7 و 25درجه سانتی گراد در غلظت10 میلی مولار نمک سدیم کلرید بود. علاوه بر این،حذف جیوه توسط FSPV شد کاملا تحت تاثیر - 4-10 - pH یا اسید هومیک - تا 8 میلی گرم بر لیتر به عنوان - TOC قرارنداشت. جذب جیوه در حضور هفت یون رایج از جمله - تا 100 میلی مولارقدرت یونی - کمی توسط FSPV افزایش یافت. تجزیه و تحلیل طیف فوتوالکترون اشعه ایکس نشان داد که اتم N ازحلقه ایمیدازول مسئول اتصال با جیوه است، در حالی که پیوند جیوه با نیتروژن در نتیجه شکافت نیست.
بازسازی جیوه نشسته بر روی FSPV می تواند با M 0,5 هیدروکلریک اسید به سرعت در 10 دقیقه انجام شود،و 94٪ حذف جیوه - II - در پنج چرخه متوالی چرخه دفع - جذب است. بنابراین، FSPV می تواند به عنوان یک جاذب امیدوار کننده برای حذف جیوه - II - از آب مورد استفاده قرار گیرد.[20] آقای شن و همکاران در سال 2014 نانوذرات مغناطیسی مگنتیت عاملدار شده با سیستئین برای حذف جیوه از محلول های آبی آماده کردند. سنتز با استفاده از Fe 2+ به عنوان پیش ساز، هوا به عنوان اکسیدان و سیستئین به عنوان محافظ، در یک ظرف در دمای اتاق به روش اکسیداسیون و بارش با کمک فراصوت انجام شد. نانوذرات با استفاده از اشعه ایکس, TEM، VSM، XRD, ,TGA, FTIR تجزیه و تحلیل شدند. تحت شرایط آزمایشگاهی مناسب، راندمان حذف 95٪ و حداکثر ظرفیت جذب 380 میلی گرم بر مول جیوه بود.
بررسی سینتیک جذب نشان می دهد که جذب جیوه بر روی نانوذرات از مدل سنتیک درجه اول پیروی می کند و نرخ جذب ثابت 0,22 معکوس دقیقه بود. علاوه بر این، جیوه نشسته بر روی جاذب را توانستند به راحتی تا 95٪ با استفاده ازاسید استیک 1 مولار بازسازی کنند. این نتابج نشان داد که مگنتیت به همراه سیستئین یک جاذب کاربردی برای حذف جیوه از آب است.[21] در سال 2014 از نانو کامپوزیت مغناطیسی ذرات + Fe3O4 سیلیکا + صمغ زانتان به عنوان یک جاذب ترکیبی حذف و بازیابی Pb+2 محلول از فلزات سنگین استفاده کردند. پلیمر طبیعی صمغ زانتان - XG - بر روی سطح نانو ذرات Fe3O4 مغناطیسی از طریق یک فرایند سل - ژل تثبیت شد. تراکم مولکول XG سایت های فعالی برای جذب انتخابی یونهای Pb+2 از محلول آبی ارائه کرده، و به این دلیل که کامپوزیت دارای مغناطیسی متغییر است، روند جداسازی جامد و مایع مناسب بود. ازمیکروسکوپ الکترونی، میکروسکوپ
