استفاده از ضایع های آهن و سرباره فولاد برای تهیه زیستی نانوذره های آهن صفر ظرفیتی با روکش مغناطیسی
محورهای موضوعی : شیمی کاربردی
صابر موسی زاده
1
,
شهاب شریعتی
2
,
محمد یوسفی
3
,
سحر بنی یعقوب
4
,
حسن کفایتی
5
1 - دانشجوی دکتری گروه شیمی، واحد علوم و تحقیقات، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران، ایران
2 - استاد گروه شیمی، واحد رشت، دانشگاه آزاد اسلامی، رشت، ایران
3 - دانشیار گروه شیمی، دانشکده شیمی دارویی، علوم پزشکی تهران، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران، ایران
4 - استادیار گروه شیمی، واحد علوم و تحقیقات، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران، ایران
5 - دانشیار گروه شیمی، واحد رشت، دانشگاه آزاد اسلامی، رشت، ایران.
کلید واژه: پلی‌فنل, نانوذره های آهن صفر ظرفیتی, کاملیا سیننسیس, سرباره فولاد,
چکیده مقاله :
در پژوهش حاضر، یون‌های آهن با روش هضم شیمیایی از ضایع های آهن و سرباره فولاد تهیه شدند. و نانوذره های آهن صفر ظرفیتی (nZVI) از کاهش یون‌های آهن به دست آمده با عصاره گیاه کاملیا سیننسیس (چای) تهیه و با روکش مغناطیسی (Fe3O4) پوشش داده شدند. برای این منظور، عصاره برگ گیاه کاملیا سیننسیس با به کارگیری امواج ریزموج، به عنوان روشی دوست‌دار محیطزیست، استخراج و به عنوان کاهنده برای تهیه nZVI استفاده شد. در ادامه پوشش مگنتیت برای ایجاد ویژگی مغناطیسی بر هسته آهن صفر ظرفیتی نشانده شد. ویژگی و ریخت شناسی نانوذره های مغناطیسی تهیه شده با روش‌های پراش پرتو X (XRD)، میکروسکوپی الکترونی روبشی (SEM)، میکروسکوپی الکترونی عبوری (TEM) و طیف سنجی فروسرخ تبدیل فوریه (FTIR) بررسی شد. مساحت سطح ویژه و قدرت مغناطیسی نانوذره ها به ترتیب با هم دمای جذب و واجذب (BET) و مغناطیس‌سنجی نمونه ارتعاشی (VSM) به ترتیب در حد m2g-1 3/6 و emu g-1 6/5 تعیین شد. نتیجه ها تشکیل Fe3O4 را بر هسته نانوذره های آهن صفر ظرفیتی تایید کرد. میانگین قطر ذره های تهیه شده حدود 20 نانومتر به دست آمد. استفاده از منابع ضایع ها و سرباره و کاربرد عصاره گیاه به عنوان کاهنده، روش پیشنهادی را به عنوان روشی سبز و اقتصادی برای تهیه نانوساختار هسته-پوسته نانوذره های آهن صفر ظرفیتی با پوشش Fe3O4 معرفیمی کند.
In the present study, iron ions were prepared by chemical digestion from waste rusted iron shavings and steel slag. The zero-valent iron nanoparticles (nZVI) were synthesized by reduction of iron ions from steel scrap and steel slag with Camellia sinensis extract (tea) and coated by magnetite (Fe3O4). For this purpose, the leaf extract of Camellia sinensis was extracted using microwave waves as an environmentally friendly method and used as a reducing agent for the synthesis of nZVI. Then, the magnetite coating was placed on the zero-valent iron core to create a magnetic property. The properties and morphology of synthetic magnetic nanoparticles were investigated by X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM), transmission electron microscopy (TEM) and Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR). The specific surface area and magnetic property of the nanoparticles were determined by adsorption and desorption isotherms (BET) and vibrating sample magnetometry (VSM) as 3.59 m2 g-1 and 6.5 emu g-1, respectively. The results confirmed the formation of magnetite on the core of zero-valent iron nanoparticles and the average diameter of synthetic particles was estimated to be about 20 nm. Using waste and slag sources and using plant extract as a reducing agent lead the proposed method to be considered as a green and economical method for synthesizing the core-shell nanostructure of zero-valent iron nanoparticles with magnetite coating.
[1] Huang, G.; Xiao, Z.; Zhen, W.; Fan, Y.; Zeng, C.; Li, C.; Water Res. 175, 115684, 2020.
[2] Moslehyani, A.; Ismail, A.F.; Matsuura, T.; Rahman, M.A.; Goh, P.S.; "Membrane Separation Principles and Applications", Elsevier, USA, 85-110, 2019.
[3] Miklos, D.B.; Remy, C.; Jekel, M.; Linden, K.G.; Drewes, J.E.; Hübner, U.; Water Res. 139, 118-31, 2018.
[4] Santhosh, C.; Velmurugan, V.; Jacob, G.; Jeong, S.; Grace, A.N.; Bhatnagar, A.; Chem. Eng. J. 306, 1116-37, 2016.
[5] Dąbrowski, A.; Adv. Colloid Interface Sci. 93, 135-224, 2001.
[6] Mohammed, A.; Isra’a S.; Environ. Technol. Innov. 10, 162-74, 2018.
[7] Chu, X.; Hou, Y.; " Magnetic Nanomaterials - Fundamentals, Synthesis and Applications", John Wiley & Sons, USA, 2017.
[8] Hasany, F.; Ahmed, I.; Jose, R.; Rehman, A.; J. Nanosci. Nanotechnol. 1(1), 1-11, 2011.
[9] Majidi, S.; Zeinali, F.; Farkhani, S.; Soleymani, M.; Akbarzadeh, A.; Artife Cell Nanomed. B 44, 722-34, 2016.
[10] Ken, DS.; Sinha, A.; Environ. Nanotechnol. Monit. Manag. 14, 100344, 2020.
[11] Stefaniuk, M.; Oleszczuk, P.; Ok, Y.; Chem. Eng. J. 287, 618-32, 2016.
[12] Thomas, C.; Rosales, J.; Polanco, J.; Agrela, F.; "New Trends in Eco-efficient and Recycled Concrete", Woodhead Publishing, UK, 169-90, 2019.
[13] Asi, I.; Qasrawi, H.; Shalabi, F.; J. Civ. Eng. 34, 902-11, 2007.
[14] Machado, S.; Pinto, S,; Grosso, JP.; Nouws, H.; Albergaria, J.; Delerue-Matos, C.; Sci. Total Environ. 445-446, 1-8, 2013.
[15] Plaza, M.; Domínguez-Rodríguez, G.; Castro-Puyana, M.; Marina, M.; "Polyphenols: Properties, Recovery, and Applications", Woodhead Publishing, UK, 177-232, 2018.
[16] Raftani Amiri Z.; Maddah, P.; J. Food Res., 25(3), 419-426, 2015.
[17] Astill, C.; Birch, M.; Dacombe, C.; Humphrey, P.; Martin, P.; Journal of Agricultural and Food Chemistry 49, 5340-7, 2001.
[18] Bucić-Kojić, A.; Planinić, M.; Tomas, S.; Bilić, M.; Velić, D.; Journal of Food Engineering 81, 236-42, 2007.
[19] Babu, B.; Rastogi, N.K.; Raghavarao, K.; Chemical Engineering and Processing 47, 83-9, 2008.
[20] Khan, M.; Abert-Vian, M.; Fabiano-Tixier, A.; Dangles, O.; Chemat, F.; Food Chem.119, 851-8, 2010.
[21] Spigno, G.; Faveri, D.; Journal of Food Engineering 93, 210-7, 2009.
[22] Alonso-Salces, R.; Korta, E.; Barranco, A.; Berrueta, L.; Gallo, B.; Vicente, F.; J Chromatogr A. 933, 37-43, 2001.
[23] Fiori, L.; de Faveri, D.; Casazza, A.; Perego, P.; CyTA-J. Food 7, 163-71, 2009.
[24] Zderic, A.; Zondervan, E.; Chem. Eng. Res. Des. 109, 586-92, 2016.
[25] Rofigari Haghighat, S.; Sabori Helestani, S.; Cheraghi, K.; Shokrgozar, S.A.T.; Journal of water and soil science; 13(47), 437-442, 2009.
[26] Li, D.; Jiang, J.; Int. J. Food Sci. Nutr. 61,837-45, 2010.
[27] Veerabhadraswamy, M.; Devaraj, T.; Jayanna, B.; Anal. Chem. Lett. 8, 757-68, 2018.
[28] Gottimukkala, K.; Harika, R.; Zamare, D.; J. Nanomed Biother. Discov. 7, 151, 2017.
[29] Mystrioti, C.; Sparis, D.; Papasiopi, N.; Xenidis, A.; Dermatas, D.; Chrysochoou, M.; Bulletin of environmental Contamination and Toxicology. 94, 302-7, 2015.
[30] Liu, A.; Liu, J.; Han, J.; Zhang, W-x.; J. Hazard Mater. 322, 129-35, 2017.
[31] Loh, K.S.; Yook Heng, L.; Musa, A.; Salmah, A.; Ishak, Z.; Sensors. 8, 2008.
[32] Shahwan, T.; Abu Sirriah, S.; Nairat, M.; Boyacı, E.; Eroğlu, A.E.; Scott, T.B.; Chem. Eng. J. 172, 258-66, 2011.
[33] Chang, P.; Yu, J.; Ma, X.; Anderson, D.; Carbohydr. Polym. 83, 640-4, 2011.
[34] Huang, L.; Luo, F.; Chen, Z.; Megharaj, M.; Naidu, R.; Spectrochimica Acta Part A: Molecular and Biomolecular Spectroscopy 137, 154-9, 2015.
[35] Lowell, S.; Shields, J.E.; Thomas, M.A.; Thommes, M.; "Characterization of Porous Solids and Powders: Surface area, Pore size and Density", Springer Science & Business Media, Dordrecht, 2012.
[36] Sing, K.S.; Williams, R.T.; Adsorption Science & Technology 22, 773-82, 2004.
[37] Singh, R.; Misra, V.; Singh, R.P.; J. Nanopart. Res. 13.4063-73, 2011.
[38] Ma, M.; Zhang, Y.; Yu, W.; Shen, H.; Zhang, H.; Gu, N.; Cclloid Surface. A 212, 219-26, 2003.
[39] Aharoni, A.; Jakubovics J.; Philos. Mag. B 24, 1892-4, 1988.
[40] Nnadozie, E.C.; Ajibade, P.A.; Mater Lett. 263, 127145, 2020.
[41] Izadi, M.; Shahrabi, T.; Ramezanzadeh, B.; J. Ind. Eng. Chem. 57, 263-74, 2018.
_||_[1] Huang, G.; Xiao, Z.; Zhen, W.; Fan, Y.; Zeng, C.; Li, C.; Water Res. 175, 115684, 2020.
[2] Moslehyani, A.; Ismail, A.F.; Matsuura, T.; Rahman, M.A.; Goh, P.S.; "Membrane Separation Principles and Applications", Elsevier, USA, 85-110, 2019.
[3] Miklos, D.B.; Remy, C.; Jekel, M.; Linden, K.G.; Drewes, J.E.; Hübner, U.; Water Res. 139, 118-31, 2018.
[4] Santhosh, C.; Velmurugan, V.; Jacob, G.; Jeong, S.; Grace, A.N.; Bhatnagar, A.; Chem. Eng. J. 306, 1116-37, 2016.
[5] Dąbrowski, A.; Adv. Colloid Interface Sci. 93, 135-224, 2001.
[6] Mohammed, A.; Isra’a S.; Environ. Technol. Innov. 10, 162-74, 2018.
[7] Chu, X.; Hou, Y.; " Magnetic Nanomaterials - Fundamentals, Synthesis and Applications", John Wiley & Sons, USA, 2017.
[8] Hasany, F.; Ahmed, I.; Jose, R.; Rehman, A.; J. Nanosci. Nanotechnol. 1(1), 1-11, 2011.
[9] Majidi, S.; Zeinali, F.; Farkhani, S.; Soleymani, M.; Akbarzadeh, A.; Artife Cell Nanomed. B 44, 722-34, 2016.
[10] Ken, DS.; Sinha, A.; Environ. Nanotechnol. Monit. Manag. 14, 100344, 2020.
[11] Stefaniuk, M.; Oleszczuk, P.; Ok, Y.; Chem. Eng. J. 287, 618-32, 2016.
[12] Thomas, C.; Rosales, J.; Polanco, J.; Agrela, F.; "New Trends in Eco-efficient and Recycled Concrete", Woodhead Publishing, UK, 169-90, 2019.
[13] Asi, I.; Qasrawi, H.; Shalabi, F.; J. Civ. Eng. 34, 902-11, 2007.
[14] Machado, S.; Pinto, S,; Grosso, JP.; Nouws, H.; Albergaria, J.; Delerue-Matos, C.; Sci. Total Environ. 445-446, 1-8, 2013.
[15] Plaza, M.; Domínguez-Rodríguez, G.; Castro-Puyana, M.; Marina, M.; "Polyphenols: Properties, Recovery, and Applications", Woodhead Publishing, UK, 177-232, 2018.
[16] Raftani Amiri Z.; Maddah, P.; J. Food Res., 25(3), 419-426, 2015.
[17] Astill, C.; Birch, M.; Dacombe, C.; Humphrey, P.; Martin, P.; Journal of Agricultural and Food Chemistry 49, 5340-7, 2001.
[18] Bucić-Kojić, A.; Planinić, M.; Tomas, S.; Bilić, M.; Velić, D.; Journal of Food Engineering 81, 236-42, 2007.
[19] Babu, B.; Rastogi, N.K.; Raghavarao, K.; Chemical Engineering and Processing 47, 83-9, 2008.
[20] Khan, M.; Abert-Vian, M.; Fabiano-Tixier, A.; Dangles, O.; Chemat, F.; Food Chem.119, 851-8, 2010.
[21] Spigno, G.; Faveri, D.; Journal of Food Engineering 93, 210-7, 2009.
[22] Alonso-Salces, R.; Korta, E.; Barranco, A.; Berrueta, L.; Gallo, B.; Vicente, F.; J Chromatogr A. 933, 37-43, 2001.
[23] Fiori, L.; de Faveri, D.; Casazza, A.; Perego, P.; CyTA-J. Food 7, 163-71, 2009.
[24] Zderic, A.; Zondervan, E.; Chem. Eng. Res. Des. 109, 586-92, 2016.
[25] Rofigari Haghighat, S.; Sabori Helestani, S.; Cheraghi, K.; Shokrgozar, S.A.T.; Journal of water and soil science; 13(47), 437-442, 2009.
[26] Li, D.; Jiang, J.; Int. J. Food Sci. Nutr. 61,837-45, 2010.
[27] Veerabhadraswamy, M.; Devaraj, T.; Jayanna, B.; Anal. Chem. Lett. 8, 757-68, 2018.
[28] Gottimukkala, K.; Harika, R.; Zamare, D.; J. Nanomed Biother. Discov. 7, 151, 2017.
[29] Mystrioti, C.; Sparis, D.; Papasiopi, N.; Xenidis, A.; Dermatas, D.; Chrysochoou, M.; Bulletin of environmental Contamination and Toxicology. 94, 302-7, 2015.
[30] Liu, A.; Liu, J.; Han, J.; Zhang, W-x.; J. Hazard Mater. 322, 129-35, 2017.
[31] Loh, K.S.; Yook Heng, L.; Musa, A.; Salmah, A.; Ishak, Z.; Sensors. 8, 2008.
[32] Shahwan, T.; Abu Sirriah, S.; Nairat, M.; Boyacı, E.; Eroğlu, A.E.; Scott, T.B.; Chem. Eng. J. 172, 258-66, 2011.
[33] Chang, P.; Yu, J.; Ma, X.; Anderson, D.; Carbohydr. Polym. 83, 640-4, 2011.
[34] Huang, L.; Luo, F.; Chen, Z.; Megharaj, M.; Naidu, R.; Spectrochimica Acta Part A: Molecular and Biomolecular Spectroscopy 137, 154-9, 2015.
[35] Lowell, S.; Shields, J.E.; Thomas, M.A.; Thommes, M.; "Characterization of Porous Solids and Powders: Surface area, Pore size and Density", Springer Science & Business Media, Dordrecht, 2012.
[36] Sing, K.S.; Williams, R.T.; Adsorption Science & Technology 22, 773-82, 2004.
[37] Singh, R.; Misra, V.; Singh, R.P.; J. Nanopart. Res. 13.4063-73, 2011.
[38] Ma, M.; Zhang, Y.; Yu, W.; Shen, H.; Zhang, H.; Gu, N.; Cclloid Surface. A 212, 219-26, 2003.
[39] Aharoni, A.; Jakubovics J.; Philos. Mag. B 24, 1892-4, 1988.
[40] Nnadozie, E.C.; Ajibade, P.A.; Mater Lett. 263, 127145, 2020.
[41] Izadi, M.; Shahrabi, T.; Ramezanzadeh, B.; J. Ind. Eng. Chem. 57, 263-74, 2018.