سنتز و شناسایی نانوجاذب گرافن مغناطیسی تثبیت‌شده روی بسپار نایلون6 و به‌کارگیری آن برای حذف آلاینده یون سرب (II) از محلول آبی

محورهای موضوعی : شیمی تجزیه

سید یدالله میر نظامی ¹ , مهران دولو ² , محمودرضا سهرابی ³ , مرتضی خسروی ⁴ , فرشته مطیعی ⁵

1 - دانشجوی دکتری شیمی کاربردی، دانشکده شیمی، دانشگاه آزاد اسلامی واحد تهران شمال، تهران، ایران
2 - دانشیار شیمی پلیمر، دانشکده شیمی، دانشگاه آزاد اسلامی واحد تهران شمال، تهران، ایران
3 - استاد شیمی تجزیه، دانشکده شیمی، دانشگاه آزاد اسلامی واحد تهران شمال، تهران، ایران
4 - استاد شیمی کاربردی، دانشکده شیمی، دانشگاه آزاد اسلامی واحد تهران شمال، تهران، ایران
5 - استادیار شیمی کاربردی، دانشکده شیمی، دانشگاه آزاد اسلامی واحد تهران شمال، تهران، ایران

تاریخ دریافت : 1396/05/22 تاریخ پذیرش : 1396/09/22 تاریخ انتشار : 1397/09/01

کلید واژه: حذف, جاذب, یون سرب, گرافن, نانوذره‌های مغناطیسی, نایلون6,

چکیده مقاله :

در این پژوهش، نانو جاذب گرافن مغناطیسی (GM)تهیه و تثبیت آن بر سطح بسپار نایلون6 (N6) برای حذف آلاینده یون سرب (II) از محلول آبی، انجام شد. شناسایی جاذب تهیه‌شده با به‌کارگیری پراش پرتو ایکس (XRD)، طیف‌سنجی فروسرخ تبدیل فوریه (FT-IR)، تجزیه عنصری (با روشEDS)، میکروسکوپی الکترونی روبشی (SEM) و تعیین مساحت سطح (BET) انجام گرفت. با توجه به تصاویر SEM، اندازه نانوذره‌های مغناطیسی (Fe3O4) بین 33 تا 74 نانومتر بود که بیانگر توزیع به نسبت یکنواخت آن‌ها بر بستر نایلون6 بود. همچنین، تجزیه عنصری نانوجاذب سه‌جزیی گرافن مغناطیسی نایلون6 وجود سه عنصر کربن، اکسیژن و آهن را در ساختار آن تأیید می‌کند. در ادامه، نتایج طیف‌سنجی فروسرخ تبدیل فوریه (FT-IR) و پراش پرتو ایکس (XRD) نشان‌دهنده تشکیل نانوچندسازه موردنظر است. مساحت سطح ویژه (BET) این نانوجاذب چندسازه سه‌جزیی گرافن مغناطیسی نایلون6 با گاز نیتروژن اندازه‌گیری و برابر با m2/g 189 گزارش شد. یکی از ویژگی‌های نانوجاذب تهیه‌شده، تبدیل گرافن از حالت دوبعدی به حالت سه‌بعدی با به‌کارگیری سطح بسپار بود که باعث افزایش سطح جاذب و درنتیجه بالا بردن بازده جذب برای حذف آلاینده‌ها است. ویژگی دیگر این جاذب، مغناطیسی بودن آن است که جداسازی (خارج کردن) آن را پس از جذب آلاینده‌ها با یک آهنربای خارجی آسان می‌سازد. عوامل مؤثر بر بازده حذف، شامل pH محلول، زمان تماس، مقدار جاذب، غلظت آلاینده یون سرب (II) و دمای محلول، موردبررسی قرارگرفت. همچنین، شرایط بهینه برای حذف آلاینده یون سرب (II)، 95 % به‌دست آمد.

چکیده انگلیسی:

In this research, the magnetic graphene nanoparticle )GM( was synthesized and stabilized on nylon-6. The purpose of its synthesis is to remove lead ions )II( contaminant from the aqueous solution. The prepared nanocomposite was characterized using X-ray diffraction analysis )XRD(, scanning electron microscope )SEM(, Fourier transform infrared spectrometry )FT-IR(, and surface area determination )BET(. In order to optimize the removal of Pb)II( ions from the aqueous solution the graphene was converted from two-dimensional to three-dimensional structure by using nylon-6 as substract to increase the surface area of the graphene and consequently increase the adsorbent efficiency. Another advantage of the absorbent is its magnetic effect that allows adsorption of the contaminant and its easy separation by an external magnet. The influence of experimental parameters such as initial solution pH, contact time, adsorbent dosage, concentration of lead ions (II) solution, and solution temperature on the removal efficiency were investigated. At optimal conditions the removal efficiency of lead ions (II) achieved by adsorbent was 95%.

منابع و مأخذ:

[1] Davis, M.L.; Cornell, D.A.; "Introduction to environmental engineering", 2nd Ed., Mc-Graw Hill, New York, 1991.  

[2] Esalah, O.J.; Weber, M.E.; Vera, J.H.; Can. J. Chemical Engineering 78, 948–954, 2000.

[3] Ho, Y.S.; Ng, J.C.Y.; McKay, G.; Separation Science and Technology 36, 241–261, 2001.

[4] Mudipalli, A.; Indian Journal of Medical Research 126, 518–527, 2007.

[5] Bulut, Y.; Baysal, Z.; Journal of Environmental Economics and Management 78, 107-113, 2006.

[6] Gundogdu, A.; Ozdes, D.; Duran, C.; Bulut, V.N.; Soylak, M.; Basri Senturk, H.; Journal of Chemical & Engineering Data 153, 62-69, 2009.

[7] Chakravarty, S.; Mohanty, A.; Nag sudha, T.; Upadhyay, A.K.; Konar, J.; Sircar, J.K.; Madhukar, A.; Gupta, K.K.; Journal of Hazardous Materials 173, 502-509, 2010.

[8] Sreeja lekshmi, K.G.; Anoop Krishnan, K.; Anirudhan, T.S.; Journal of Hazardous Materials 161, 1506-1513, 2009.

[9] Tiemann, K.J.; Gamez, G.; Dokken, K.; Parsons, J.G.; Gardea-Torresdey, J.L.; Microchemical Journal 71, 287-293, 2002.

[10] Asadi, F.; Shariatmadari, H.; Mirghaffari, N.; Journal of Hazardous Materials 154, 451-458, 2008.

[11] Fu, F.; Wang, Q.; Journal of Environmental Management 92, 407–418, 2011.

[12] Wang, L.K.; Vaccari, D. A.; Li, Y.; Hung, Y. T.; Shammas, N.K.; Humana 3, 141-197, 2005.

[13] Bodalo-Santoyo,F.C.; Gomez-Carrasco, A.; Gomez-Gomez, J.L.; Maximo-Martin, E.; HidalgoMontesinos, F.; Desalination 155, 101-108, 2003.

[14] Walsh, G.W.; Studies in environmental science 59, 3-44, 1994.

[15] Zamboulis, D.; Peleka, E.N.; Lazaridis, N.K.; Matis, K.A.; Journal of Chemical Technology & Biotechnology 86, 335-344, 2011.

[16] Liu, H.; Yang, F.; Zheng, Y.; Kang, J.; Qu, J.; Chen, J.P.; Water Research 45, 145-154, 2011.

[17] Geim, A.K.; Graphene: status and prospects, Science 324, 1530–1534, 2009.

[18] Naiya, T.K.; Bhattacharya, A.K.; Das, S.K.; Colloid and Interface Science 333, 14-26, 2009.

[19] Balandin, A.A.; Ghosh, S.; Bao, W.Z.; Calizo, I.; Teweldebrhan, D.; Miao, F.; Lau, C.N.; Nano Letters 8, 902–907, 2008.

[20] Gao, W.; Alemany, L.B.; Ci, L.; Ajayan, P.M.; Nature Chemistry 1, 403–408, 2009.

[21] Schniepp, H.C.; Li, J.L.; McAllister, M.J.; Sai, H.; Herrera-Alonso, M.; Adamson, D.H.; Journal of Physical Chemistry B110, 8535–8539, 2006.

[22] Emilia, M.; Gallardo, R.; Lucena, R.; Cardenas, S.; Valcarcel, M.; Journal of Chromatography A 1345, 43-49, 2014.

[23] O’Neill, A.; Bakirtzis, D.; Dixon, D.; European Polymer Journal 59, 353–362, 2014.

[24] Jin, J.; Rafiq, R.; Gill, Y.Q.; Song, M.; European Polymer Journal 49, 2617–2626, 2013.

[25] Song, N.; Yang, J.; Ding, P.; Shengfu, T.; Liyi, Sh.; Composites Part A: Applied Science and Manufacturing 73, 232–241, 2015.

[26] Hummers, W.S.; Offeman, R.E.; Journal of the American Chemical Society 80, 1339, 1958.

[27] Farinella, N.V.; Matos, G.D.; Arruda, M.A.Z.; Bioresource Technology 98, 1940–1946, 2007.

[28] Ahmad, A.; Rafatullah, M.; Sulaiman, O.; Ibrahim, M.H.; Hashim, R.; Journal of Hazardous Materials 170, 357–365, 2009.

[29] Safiur Rahman, M.; Rafiqul Islam, M.; Chemical Engineering 149, 273–280, 2009.

[30] Singh, S.; Barick, K.C.; Bahadur, D.; Journal of Hazardous Materials 192, 1539–1547, 2011.             

[31] Xu, C.; Wang, X.; Small 5, 2212-2217, 2009. 

[32] Chen, S.; Zhu, J.W.; Wu, X.D.; Han, Q.F.; Wang, X.; ACS Nano 4, 2822-2830, 2010.

[33] Zhou, F.K.; Zhu, H.Y.; Yang, L.X.; Li, Z.C.; New Journal of Chemistry 34, 2950-2957, 2010. 

[34] Lu, Y.X.; Niu, M.; Qiao, R.R.; Gao, Y.M; Journal of Physical Chemistry B 112, 14390-14394, 2008. 

[35] Sun, H.; Gao, L.; Lu, L.; Nano Research 4, 550-562, 2011.

[36] Zhang, W.; Shi, X.; Zhang, Y.; Gu, W.; Li, B.; Xian, Y.; Journal of Materials Chemistry A 1, 1745-1753, 2013.