تعيين شرايط بهينه حذف مغناطیسی کروم شش ظرفیتی از محلول‌های آبی توسط نانو ذرات مغناطیسی پوشش داده شده با سیلیس به روش طراحی آزمایش
محورهای موضوعی : نانومواد
1 - گروه شیمی، دانشکده علوم پایه، واحد مراغه، دانشگاه آزاد اسلامی، مراغه، ایران
کلید واژه: کروم شش ظرفیتی, نانوذرات مغناطیسی پوشش داده شده, محلول‌های آبی, تاگوچی.,
چکیده مقاله :
در این تحقیق، سنتز نانوذرات مغناطیسی آهن پوشش داده شده با سیلیس و اصلاح شده با دی تیو کاربامات و ارزیابی عملکرد آن در حذف کروم شش ظرفیتی از محلول‌های آبی انجام یافت. ویژگی‌ها و ساختار نانوذرات مغناطیسی آهن با پوشش سیلیس توسط XRD، FTIR و SEM بررسی و تایید شد. مورفولوژی بدست آمده نشان می‌دهد که نانوذرات مغناطیسی اکسید آهن پوشش داده شده با سیلیکا دارای ثبات مکانیکی خوبی بوده و در فرآیند واکنش تجزیه نشده‌اند. طیف XRD نمونه نانومگنت با پوشش سیلیکا سنتز شده نشان‌دهنده وجود ذرات مغناطیسی اکسید آهن است که دارای خاصیت مغناطیسی است. اثر عوامل تجربی مختلف بر حذف کروم شش ظرفیتی شامل مقدار جاذب، زمان تماس، اثر دما و pH در سیستم ناپیوسته مورد مطالعه قرار گرفت. تحت شرایط بهینه (مقدار نانوجاذب g 1/0، 6 = pH، غلظت کروم شش ظرفیتی ppm 10، زمان هم‌زدن min 15 و دمای ºC 25 درصد حذف کروم 22/98 درصد بدست آمد. برای بررسی تاثیر و تعیین شرایط بهینه هر یک از این پارامترها روش تاگوچی مورد بررسی قرار گرفت. با استفاده از طراحی آزمایش امکان حذف فاکتورهای غیرضروری، محاسبه درصد اهمیت هر متغیر، تعیین میزان خطا و تعیین شرایط بهینه صورت گرفت. نتایج طراحی آزمایش به روش تاگوچی بیشترین تاثیر، گرم جاذب نسبت به سایر پارامترها و کمترین تاثیر مربوط به دما را در جذب سطحی کروم شش ظرفیتی توسط نانوذرات مغناطیسی پوشش داده شده با سیلیس در محلول‌های آبی ارائه داد.
In this research, the synthesis of magnetic iron nanoparticles coated with silica and modified with dithiocarbamate and its performance in removing Cr (VI) from aqueous solutions were performed. The properties and structure of magnetic iron nanoparticles with silica coating were investigated and confirmed by FTIR, XRD, SEM. The obtained morphology shows that magnetic iron oxide nanoparticles coated with silica have good mechanical stability and are not decomposed in the reaction process. The XRD spectrum of the nano magnet sample with the synthesized silica coating shows the presence of iron oxide magnetic particles, which have magnetic properties. The effect of different experimental factors on cadmium removal including pH, adsorbent amount, stirring time, and temperature effect in the discontinuous system were studied. Under optimum conditions (pH=6, adsorbent 0.1 gr , Cr (VI) concentration 10 ppm, stirring time of 15 min and ambient temperature) the removal rate of Cr (VI) was 98.22%. To further investigate the Cr (VI) removal optimization process of the modified magnetic nanoparticles, and to determine the effect of each parameter on the adsorption process, the Taguchi optimization approach was used. Using experimental design, it was possible to eliminate unnecessary factors, calculate the percentage of importance of each variable, determine the amount of error and determine the optimal conditions. The using Taguchi method showed that the greatest effect is related to the amount of the magnetic nanoparticles.
[1] A.E. Nemr, O. Abdelwahab, A. El-Sikaily, A. Khaled, Journal of Hazardous Materials, 161, 2009,102.
[2] B.H. Hameed, D.K. Mahmoud, A.L. Ahmad, Journal of Hazardous Materials, 158, 2008, 65.
[3] A. Afkhami, M.S. Tehrani, H. Bagheri, Desalination, 263, 2010, 240.
[4] I. Penka, L. Girginova, D. Silva, B. Cludia, P. Figueira, M. Otero, S. Amaral, E. Pereira, T. Trindade, Journal of Colloid and Interface Science, 345, 2010, 234.
[5] J. Zolgharnein, N. Asanjarani, S.N. Mousavi, Clean–Soil, Air, Water, 39, 2011, 250.
[6] N. Ziaeifar , M. Khosravi , M.A. Behnajady , M.R. Sohrabi, N. Modirshahla, Water Science and Technology, 72, 2015, 721.
[7] Y. Shen, J. Tang, Z. Nie, Y. Wan, Y. Ren, Y. Zuo, Separationand Purification Technology, 68, 2009, 312.
[8] G. Absala, M. Asadi, S. Kamran, L. Sheikhian, D.M. Goltz, Journal of Hazardous Materials, 192, 2011, 476.
[9] بهناز عشقی، نسیم ضیایی‌فر، "حذف رنگ راکتیو قرمز 198 از محلول‌های آبی با استفاده از نانوذرات مغناطیسی عامل‌دار شده با مایعات یونی و بهینه‌سازی فرآیند با طراحی آزمایش به روش تاگوچی"، نشریه نانومواد، شماره 43، 1399، 152-141.
[10] L. Gholami, N. Ziaefar, H. Sheikhloie, Water Science and Technology, 81, 2020, 228.
[11] E. Karimi-Pasandideh, R. Rezaei-Kalantary, S. Nasseri, A.H. Mahvi, R. Nabizadeh, A. Esrafili, Iranian Journal of Health and Environment, 7, 2014, 289.
[12] L. Bai, H. Hu, W. Fu, J. Wan, X. Cheng, L.Zhuge, L. Xiong, Q. Chena, Journal of Hazardous Materials, 195, 2011, 261.
[13] M. Bahrami, S. Brumand-Nasab, A. Farrokhian-Firouzi, A.A. Babaei, J. Health & Environ, 6, 2013, 221.
[14] L. Fan, Y. Zhang, Sustainability, 91, 2012, 250.
[15] X. Fu, X. Chen, J. Wang, J. Liu, Microporous and Mesoporous Materials, 139, 2011, 8.
[16] Z. Zhang, M. Li, W. Chen, S. Zhu, N. Liu, L. Zhu, Environmental Pollution, 158, 2010, 514.
[17] C.C. Berry, A.S.G. Curtis, Journal of Physics D: Appl. Phys, 36, 2003, 198.
[18] P. Charles, J. Poole, J. Frank, Owens, Introduction to Nanotechnol, John Wiley & Sons, 2003.
[19] H. Murray, Nanotechnology, Gregory, Timp Bell Babaratories, 1999.
[20] H. Guo, S. Luo, L. Chen, X. Xiao, Q. Xi, W. Wei, Bioresource Technology, 101, 2010, 08599.
[21] H. Wang, A.A. Keller, K.K. Clark, Journal of Hazardous Materials, 194, 2011, 156.
[22] R. Nithya, T. Gomathi, P. Sudha, S. Anil, International Journal of Biological Macromolecules, 87, 2016, 545.