سنتز هیدروژل پلی (مالئیک اسید کو اکریلیک اسید) برای حذف یون کادمیوم از ازپساب های فاضلاب و ارزیابی خواص ترمودینامیکی و سینتیکی جذب آن

محورهای موضوعی : کاربرد شیمی در محیط زیست

آرمان صمدزاده ممقانی ¹ , محمد رضا منافی ² , محمد حجتی ³

1 - گروه شیمی کاربردی، دانشکده علوم، واحد تهران جنوب، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران، ایران
2 - گروه شیمی کاربردی، دانشکده علوم، واحد تهران جنوب، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران، ایران
3 - گروه شیمی کاربردی، دانشکده علوم، واحد تهران جنوب، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران، ایران

تاریخ دریافت : 1401/10/26 تاریخ پذیرش : 1401/11/16 تاریخ انتشار : 1401/09/01

کلید واژه: کادمیوم, جذب, حذف, هیدروژل, پلیمریزاسیون رادیکال آزاد,

چکیده مقاله :

هیدروژل PMA-AA به روش کوپلیمرشدن آکریلیک اسید و مالئیک اسید را که بوسیله پلیمریزاسیون رادیکال آزاد و با استفاده از شبکه ساز متیلن بیس آکریل آمید و آغازگر آمونیوم پرسولفات سنتز شدند.که جاذب کارآمدی برای حذف یون های Cd2+ ازپساب های فاضلاب، بررسی شد. هیدروژل حاصل با روش های طیف سنجی زیرقرمز و تجزیه گرما وزن سنجی ارزیابی شدند. نتایج ارتعاش کششی OH گروه‌های عاملی کربوکسیلیک AA و MA، نوار جذب بزرگ و پهنی را در cm-1 3000 نشان داد. فرکانس کشش C=O گروه کربوکسیل در cm-1 1631 در هیدروژل PMA-AA به cm-1 1636 منتقل شد، این تغییرات در فرکانس نشان می دهد که جذب هیدروژل یک فرآیند شیمیایی است. تجزیه گرماوزن سنجی از هیدروژل PMA-AA بدون بارو بارگذاری شده نشان داد که کاهش وزن تا 155 درجه سانتیگراد هیدروژل آزاد وجود ندارد، اما در دمای 190 درجه سانتیگراد، کاهش وزن قابل توجهی وجود داشت که نشان دهنده تجزیه هیدروژل است. این کاهش وزن سریع برای هیدروژل های بارگذاری شده با Cd2+ در دمای 360 درجه سانتی گراد، افزایش پایداری حرارتی هیدروژل را پس از تماس با یون کادمیوم نشان داد. حداکثر ظرفیت جذب برای Cd2+51/392 میلی گرم بر گرم تعیین شد. ایزوترم لانگمویر بهترین توضیح را برای نتیجه کنونی ارائه کرد. این به این دلیل است که سطح هیدروژل همگن و جذب آن تک لایه است و مدل سینتکی شبه مرتبه دوم جذب را به خوبی نشان داد وهمچنین تجزیه و تحلیل ترمودینامیکی نشان می دهد که جذب Cd2+ گرمازا است. هیدروژل PMA-AA بارگذاری شده با یون های Cd2+ واجذب شده و همچنان ظرفیت جذب 30/99 درصد را پس از چهار بار چرخه جذب-واجذب حفظ می کند.

چکیده انگلیسی:

PMA-AA hydrogel was synthesized by copolymerizing acrylic acid and maleic acid by free radical polymerization and using methylene bis acrylamide crosslinker and ammonium persulfate initiator. It is an efficient adsorbent for removing Cd2+ ions from wastewater. The resulting hydrogel was evaluated by infrared spectrometry and thermogravimetric analysis. The results of OH stretching vibration of AA and MA carboxylic functional groups showed a large and broad absorption band at 3000 cm-1. The C=O stretching frequency of the carboxyl group at 1631 cm-1 in PMA-AA hydrogel shifted to 1636 cm-1, these changes in frequency indicate that hydrogel adsorption is a chemical process. Thermogravimetric analysis of the unloaded PMA-AA hydrogel showed no weight loss up to 155 °C of the free gel, but at 190 °C, there was a significant weight loss, indicating hydrogel decomposition. This rapid weight loss for gels loaded with Cd2+ at 360°C indicated an increase in thermal stability of the loaded hydrogel. The maximum adsorption capacity for hydrogel -Cd2+ was determined to be 392.51 mg/g. The Langmuir isotherm provided the best explanation for the present result. This is because the surface of the hydrogel is homogeneous so its absorption is monolayer, the pseudo-second-order kinetic model explain the absorption well, and also the thermodynamic analysis shows that the absorption of Cd2+ on hydrogel is exothermic. The PMA-AA hydrogel loaded with Cd2+ ions was desorbed and still maintained the adsorption capacity of 99.30% after four adsorption-desorption cycles.