Synthesis of New Composites of Polyaniline and Orange Peel and Feasibility of its Application in Removing Lead from Water Environment

Subject Areas :

iman farirzadeh ¹ , majid riahi samani ²

1 - Department of Civil Engineering, Khomeinishahr Branch, Islamic Azad University, Khomeinishahr, Isfahan, Iran.
2 - Department of Civil Engineering , khomeinishahr Branch, Islamic Azad University

Received: 2023-05-16 Accepted : 2023-10-02 Published : 2025-01-01

Keywords: Lead, Composite, Polyaniline, Orange peel, , Adsorption.,

Abstract :

The aim of this study was to synthesis different polyaniline and orange peel composites in aqueous and non-aqueous solvents in the presence of polyethylene glycol and investigating of its performance in adsorption of lead. Adsorption experiments were carried out using this composite in batch mode. The results showed that the polyaniline and orange peel composite had a higher lead removal rate than the orange peel alone. The best composite synthesized in water and ethanol solvents in the presence of 2 g / L of polyethylene glycol with 82.12% removal efficiency. In all the synthesized composites, the presence of polyethylene glycol was very effective at the synthesis stage and was able to increase the removal efficiency. The results of BET analysis showed that the specific surface area in the polyaniline and the orange peel composite synthesized in water and ethanol in the presence of 2 g / L polyethylene glycol with 7.026 m² / g was above all. The SEM images showed better and more uniform polyaniline coating on the orange peel in this composite. For polyaniline and orange peel composite synthesized in water and ethanol solvent in the presence of 2 g / L polyethylene glycol, optimum pH was occurred at pH 6, the optimum contact time was occurred at 30 min and the adsorption process was followed by Langmuir and Freundlich isotherms. The maximum adsorption value for this adsorbent was 25.51 mg / g.

References:


[1] ا. تقوایی پور، "آنالیز آب"، جلد اول، انتشارات دانشگاه اراک، صفحه 5، 1394.

[2] ف. دهقانی، ر. راهنمایی، م. ج. ملکوتی و س. سعادت، "بررسی وضعیت نسبت کلسیم به منیزیم در برخی از آب¬های آبیاری کشور"، پژوهش آب در کشاورزی، دوره 29، شماره 1، صفحه 129-117، 1391.

[3] ا. فدایی، ع. پورخباز، غ. نبي بيدهندي، م. ج. امیری، ا. جمشیدی و ه. الهی، "حذف كروم 6 ظرفيتي از محلول¬هاي آبي به‌وسیله‌ی كربن هسته¬ی سنجد و عناب و مقايسه¬ی آن با كربن فعال گرانولي"، محیط‌شناسی، دوره 39، شماره 3، صفحه 22-13، 1392.

[4] W. Chiayu, H. Mouri, Sh. Sh. Chen & D. Zh. Zhang, "Removal of traceamount mercury from wastewater by forward osmosis", Journal of Water Process Engineering, vol. 14, pp. 108-116, 2012.

[5] F. Banat, S. Al-Asheh & L. AlMakhadmeh, "Kinetics and Equilibrium Study of Cadmium Ion Sorption onto Date Pits - An Agricultural Waste", Adsorption Science & Technology, vol. 21, pp. 245-260, 2003.

[6] V. A. Papaevangelou, G. D. Gikas & V. A. Tsihrintzis, "Chromium removal from wastewater using HSF and VF pilot-scale constructed wetlands: Overall performance, and fate and distribution of this element within the wetland environment", Chemospher, vol. 168, pp. 716-730, 2017.

[7] E. Cheraghi, E. Ameri & A. Moheb,"Continuous biosorption of Cd (II) ions from aqueous solutions by sesame waste: thermodynamics and fixed-bed column studies", Desalination and water treatment, vol. 57, pp. 6936-6949, 2016.

[8] Z. Azizi Haghighat & E. Ameri, "Synthesis and characterization of magnetic wheat straw for lead adsorption", Desalination and water treatment, vol. 57, pp. 9813-9823, 2016.

[9] E. Cheraghi, E. Ameri & A. Moheb, "Adsorption of cadmium ions from aqueous solutions using sesame as a low-cost biosorbent: kinetics and equilibrium studies", International Journal of Environmental Science and Technology, vol. 12, pp. 2579-2592, 2015.

[10] س. غ. هاشمی پور زواره، ف. تدین و ر. کرمی اسبو، "تهیه نانو کامپوزیت مغناطیسی چند جزیی اصلاح شده با پوست پرتقال و بررسی کارآیی آن در جذب ویتامین B5 از محلو ل‌های آبی"، فرآیندهای نوین در مهندسی مواد، دوره 16، شماره 2، صفحه 37-27، 1401.

[11] ح. قمی، آ، سپیانی و م. میرحاج، "ساخت و بررسی خواص داربست (کیتوسان/ پلی‌وینیل‌پیرولیدون) حاوی کتیرا به روش خشکاندن انجمادی"، فرآیندهای نوین در مهندسی مواد، دوره 14، شماره 1، صفحه 27-43، 1399.

[12] ف. حیدری، ر. بازرگان لاری و م. ا. بحرالعلوم، "ساخت و بررسی خواص نانوکامپوزیت طبیعی و زیست سازگار کایتوسن/مگنتیت"، دوره 9، شماره 3، صفحه 247-256، 1394.

[13] M. Riahi Samani, S. M. Borghei, A. Olad & M. J. Chaichi, "Removal of chromium from aqueous solution using polyaniline–poly ethylene glycol composite", Journal of hazardous materials, , vol 184, no. 1, pp. 248-254, 2010.

[14] R. Karthik & S. Meenakshi, "Removal of hexavalent chromium ions from aqueous solution using chitosan /polypyrrole composite", Desalination and Water Treatment, vol 56, no. 6, pp. 1587-1600, 2015.

[15] M. S. Ansari, R. Kumar, S. A. Ansari, S. P. Ansari, M. A. Barakat, A. Alshahrie & M. H. Cho, "Anion selective pTSA doped polyaniline@graphene oxid-multiwalled carbon nanotube composite for Cr(VI) and Congo red adsorption", Journal of colloid and interface Science, vol. 496, pp. 407-415, 2017.

[16] J. Ren, X. Huang, N. Wang, K. Lu, X. Zhang, W. Li & D. Liu, "Preparation of polyaniline-coated polyacrylonitrile fiber mats and their application to Cr(VI) removal", Synthetic Metals, vol 1, pp. 255-266, 2016.

[17] E. Nazarzadeh Zare, A. Motahari & M. Silanpaa, "Nanoadsorbents based on conducting polymer nanocomposites with main focus on polyaniline and its deratives for removal of heavy metal ions/dyes: A review", Environmental Research, pp. 173-195, 2018.

[18] T. Najim & A. Salim, "Polyaniline nanofibers and nanocomposites: Preparation, characterization, and application for Cr(VI) and phosphate ions removal from aqueous solution", Arabian Journal of Chemistry, vol. 10, pp. 3459-3467, 2017.
[19] R. Karthik & S. Meenakshi, "Removal of hexavalent chromium ions using polyaniline/silica gel composite", Journal of Water Engineering, vol. 1, pp. 37-45, 2014.

[20] M. Hallaji Qomi, H. Eisazadeh, M. Hosseini & H. Azizi Namaghi, "Manganese removal from aqueous media using polyaniline nanocomposite coated on wood sawdust", Synthetic Metals, vol. 194, pp. 153-159, 2014.

[21] M. Riahisamani & D. Toghraie, "Removal of hexavalent chromium from water using polyaniline/wood sawdust/polyethylen glycol composite:an experimental study", Journal of Environmental Health Science and Engineering, vol. 17, pp. 53-62, 2019.

[22] M. Riahi Samani, S. M. Borghei, A. Olad & M. J. Chaich, "Influence of polyaniline synthesis conditions on its capability for removal and recovery of chromium from aqueous solution", Iranian Journal of Chemistry and Chemical Engineering (IJCCE), vol. 30, no. 3, pp. 97-100, 2011.

[23] M. Gorbani & M. Soleimani, "Application of polyaniline nanocomposite coated on rice husk ash for removal of Hg(II) from aqueous media", Synthetic Metals, vol. 161, pp. 1430-1433, 2011.

[24] M. S. Mansour, M. E. Ossman & H. A. Farag, "Removal of Cd(II) ion from water by adsorption onto polyaniline coated on sawdust", Desalination, vol. 272, pp. 301-305, 2011.

[25] ن. اکاتی، "استفاده از پوست پرتقال اصلاح شده به‌عنوان جاذب جهت حذف فلزات سنگین سرب و مس از محلول آبی"، فصلنامه علمی محیط زیست، شماره 44، صفحه 56-50، 1392.

[26] ف. رئوف، ح. اسماعیلی و م. کوثری فرد، "بررسی رفتار سینتیکی جذب یون سرب از محلول‌های آبی با استفاده از برگ درخت کنار زغالی شده"، مجله محیط زیست طبیعی، دوره 69، شماره 4، صفحه 1061-1075، .1395

[27] م. مهراسبی و ز. فرهمند کیا، "حذف فلزات سنگین از محیط آبی توسط جذب سطحی بر روی پوست موز اصلاح شده"، مجله سلامت و محیط، شماره 1، صفحه 56-67، 1387.

[28] ن. جعفرزاده حقیقی فرد، ن. منگلی زاده، ا. تکدستان و م. ا. دیناری، "جذب فلز روی (Zn2+) از محلول¬های آبی به‌وسیله کتین استخراجی از پوسته خرچنگ کاراپاس"، مجله علوم و تکنولوژی محیط زیست، شماره 16، صفحه 461-472، 1393.

[29] S. A. Hosseini, M. R. Samani & D. Toghraie, "Removal of hexavalent chromium from aqueous solution using ostrich feathers amended by polyaniline", Journal of Materials Research and Technology, vol. 15, pp. 488-499, 2021.


[30] S. A. Hosseini, M. R. Samani & D. Toghraie, "Investigating the hexavalent chromium removal from aqueous solution applying bee carcasses and corpses modified with Polyaniline", Scientific Reports, vol. 11, no. 1, pp. 119-129, 2021.

[31] S. A. Hosseini, M. R. Samani & D. Toghraie, "Removal of hexavalent chromium from aqueous media using pomegranate peels modified by polymeric coatings: effects of various composite synthesis parameters", Synthetic Metals, vol. 265, pp. 116-126, 2020.

Full-Text:



فرآیندهای نوین در مهندسی مواد، سال هجدهم –  شماره سوم –  پاییز 1403 (شماره پیاپی 70)، ص­ص. 49-57
	فصلنامه علمی پژوهشی فرآیندهای نوین در مهندسی مواد ma.iaumajlesi.ac.ir

 

سنتز کامپوزیت‌های جدید پلي آنيلن و پوست پرتقال و امکان‌سنجی کاربرد آن در حذف سرب از محيط آبي

 

 

مقاله پژوهشی

 ايمان فريرزاده1، مجید ریاحی سامانی 2*

 

1 و 2- گروه مهندسي عمران، واحد خمینی‌شهر، دانشگاه آزاد اسلامي، خمینی‌شهر، اصفهان، ايران.

* [e-mail]

 

اطلاعات مقاله		چکیده
دریافت: 26/02/1402 پذیرش: 10/07/1402		در این پژوهش، هدف سنتز کامپوزیت‌های مختلف پلی آنیلین و پوست پرتقال در حلال­های آبی و غیرآبی در حضور پلی­اتیلن­گلیکول و بررسي عملکرد آن در جذب سرب از آب بوده است. آزمایش­ها جذب سرب با استفاده از این کامپوزیت‌ها به‌صورت ناپیوسته با استفاده از محلول­های آزمایشگاهی حاوی سرب انجام گرفته است. نتایج این تحقیق نشان داد کامپوزیت پلی آنیلین و پوست پرتقال درصد حذف سرب بسیار بالاتری نسبت به پوست پرتقال به‌تنهایی دارد. بهترین کامپوزیت سنتز شده در حلال آب و اتانول و در حضور g/L 2 پلی‌اتیلن گلیکول با 12/82 درصد حذف به دست آمد. در کلیه کامپوزیت‌های سنتز شده، حضور پلی‌اتیلن گلیکول در مرحله سنتز بسیار مؤثر واقع شده و توانسته راندمان حذف را بیشتر کند. نتایج حاصل از آنالیز سایز حفرات و آنالیز سطح ویژه‌ی BET نشان داد سطح ویژه در کامپوزیت پلی آنیلین و پوست پرتقال سنتز شده در حلال آب و اتانول در حضور 2 گرم بر لیتر پلی‌اتیلن گلیکول با 026/7 مترمربع بر گرم بیشتر از همه کامپوزیت‌ها است و عکس‌های SEM تهیه شده حاکی از پوشش بهتر و یکنواخت‌تر پلی آنیلین بر پوست پرتقال در این کامپوزیت بود. برای کامپوزیت پلی آنیلین و پوست پرتقال سنتز شده در حلال آب و اتانول و در حضور g/L 2 pH بهینه برابر 6، زمان تماس بهینه 30 دقیقه به دست آمد و فرآیند جذب از ایزوترم­های لانگمویر و فروندلیچ پیروی کرد. حداکثر مقدار جذب برای این جاذب 51/25 میلی‌گرم بر گرم به دست آمد.
کلید واژگان: کامپوزیت پلی­آنیلین پوست پرتقال جذب سطحی سرب.

Synthesis of New Composites of Polyaniline and Orange Peel and Feasibility of its Application in Removing Lead from Water Environment

 

Iman Farirzadeh1, Majid Riahi Samani2*

 

1, 2- Department of Civil Engineering, Khomeinishahr Branch, Islamic Azad University, Khomeinishahr, Isfahan, Iran.

* [e-mail]

 

Abstract		Article Information
The aim of this study was to synthesis different polyaniline and orange peel composites in aqueous and non-aqueous solvents in the presence of polyethylene glycol and investigating of its performance in adsorption of lead. Adsorption experiments were carried out using this composite in batch mode. The results showed that the polyaniline and orange peel composite had a higher lead removal rate than the orange peel alone. The best composite synthesized in water and ethanol solvents in the presence of 2 g / L of polyethylene glycol with 82.12% removal efficiency. In all the synthesized composites, the presence of polyethylene glycol was very effective at the synthesis stage and was able to increase the removal efficiency. The results of BET analysis showed that the specific surface area in the polyaniline and the orange peel composite synthesized in water and ethanol in the presence of 2 g / L polyethylene glycol with 7.026 m2 / g was above all. The SEM images showed better and more uniform polyaniline coating on the orange peel in this composite. For polyaniline and orange peel composite synthesized in water and ethanol solvent in the presence of 2 g / L polyethylene glycol, optimum pH was occurred at pH 6, the optimum contact time was occurred at 30 min and the adsorption process was followed by Langmuir and Freundlich isotherms. The maximum adsorption value for this adsorbent was 25.51 mg / g.		Original Research Paper Doi:
		Keywords: Lead Composite Polyaniline Orange Peel Adsorption.

 

1- مقدمه

آلودگی منابع آبی در اثر ورود فلزات سنگین و سمی ناشی از فرآیندهای صنعتی و اهمیت تصفیه این آلودگی­ها، امروزه یک امر محیط زیستی و جهانی است [1] آب بهترین حلال شیمیایی است، بسیاری از گاز­ها و مواد معدنی به‌آسانی در آن حل می‌شوند [2]. محدوديت منابع آب، كمبود بارندگي، خطر بحـران آب در كشور و اهميت بازيابي مجدد آب از یک‌سو و افـزايش آلودگي آب­هـاي سـطحي و زيرزمينـي به‌وسیله‌ی فلـزات سنگين و ساير آلاينده­ها از سوي ديگر، يافتن راه‌حـل‌هـاي زيست­محيطي را در جهت حـذف ايـن مـواد از منـابع آب ضروري مي­كند. فلزات سنگين يكـي از آلاينـده‌هـاي مهـم منابع آب محسوب مي­شوند كه به علت ورود پـساب­هـاي صنعتي به اكوسيستم­هاي آبي مـي­تواننـد خطرهـاي جـدي براي سلامت موجودات زنده در پي داشته باشند [3]. سرب به­عنوان یکی از خطرناک­ترین فلزات سنگین شناخته شده است که در طی فعالیت­های معدن­کاری، ساخت باتري­هاي اسیدي، آبکاري فلزات، صنعت چاپ، صنایع نساجی، مواد مورد استفاده در عکاسی، صنایع سرامیک و شیشه، ساخت مواد منفجره همچنین ساخت لوله وارد پساب می­گردد [4]. حد مجاز سرب در آب آشامیدنی بر اساس گزارش نمایندگی حفاظت از محیط زیست آمریکا 05/0 میلی­گرم بر لیتر گزارش شده است، بنابراین مقدار غلظت­هاي کم سرب در آب بسیار سمی و خطرناك است [5]. در حال حاضر روش­هاي مختلفي به‌منظور جداسازي فلزات سنگین ازجمله سرب از محیط­هاي آبي استفاده مي­شود که از اين روش­ها مي­توان به ترسیب شیمیايي، اسمز معکوس و جذب سطحي اشاره کرد [6]. هرکدام از اين روش­ها محاسن و معايب خاص خود را دارد. روش ترسیب شیمیايي باعث تولید لجن زياد شده و امکان بازيافت فلزات سنگین از جمله سرب را ناممکن مي­کند. همچنین مديريت و دفع لجن ايجاد شده بسیار مشکل است. يکي از روش­هايي که امروزه خیلي مورد توجه قرار گرفته روش جذب سطحي است [7-9]. در اين روش اولاً تولید لجن وجود ندارد و مصرف برق بسیار کم مي‌باشد و در ثاني امکان بازيافت و استفاده مجدد از سرب وجود دارد. امروزه دانشمندان دنبال يافتن کامپوزیت‌های جدید با مواد طبیعی می‌باشند [10-12]. يکي از جاذب­هايي که به‌تازگی مورد توجه قرار گرفته پلي­آنیلین و کامپوزيت­­هاي آن است [13-14]، پلی­آنیلین یکی از مهم­ترین پلیمرهای رسانا است که به دلیل هدایت الکتریکی بالا، پایداری، ارزانی و ساده بودن روش سنتز، توجه زیادی را در زمینه­های مختلف صنعتی به خود جلب کرده است [15]. کاربردهای زیادی برای این ماده وجود دارد که می‌توان به برخی از کاربردهای الکتروشیمیایی از قبیل باتری‌ها [16]، حسگرها [17]، مانع خوردگی [18] و نیز جاذب [19] اشاره کرد. بسیاری از محققان در سال‌های اخیر همچنان تحقیق روی کاربرد فرایند جذب و عوامل مؤثر بر آن برای حذف آلاینده‌های آلی و فلزی از محیط‌های آبی را ادامه دادند. مطالعات زیادی در سراسر جهان در این زمینه انجام شده است. در پژوهشی به تحقیق بر روی حذف منگنز از محلول‌های آبی با استفاده از نانو کامپوزیت‌های پلی آنیلین پوشش داده شده بر روی خاک اره پرداختند [20]، در پژوهش‌های دیگر به حذف فلزات سنگین با استفاده از کامپوزیت پلی آنیلین / سیلیکا ژل [19]، کامپوزیت پلی آنیلین/ خاک اره/ پلی‌اتیلن گلیکول [21]، کامپوزیت پلی آنیلین و پلی وینیل الکل [22]، کیتوزان پیوند خورده با پلی‌آنیلین [15]، کامپوزیت پلی‌آنیلین و فروسیانید [14]، ‌کامپوزیت پلی‌آنیلین پوشیده شده بر خاکستر پوسته برنج [23]، پلی‌آنیلین پوشیده شده بر روی خاک اره [24] پرداخته شده است. نتایج تحقیقات قبل نشان داده است مي­توان با تغییر شرايط سنتز، انواع پلي آنیلین و کامپوزيت­هاي آن با خواص کاملاً متفاوت سنتز نمود [22]. در اين پژوهش هدف سنتز کامپوزیت‌های مختلف پلی آنیلین و پوست پرتقال در شرایط مختلف و بررسي عملکرد آنها در جذب سرب مي­باشد. لذا ابتدا در شرایط مختلف کامپوزیت‌های مختلف پلی آنیلین و پوست پرتقال سنتز شده و بهترین کامپوزیت که بیشترین درصد حذف را داشت تعیین گردید. سپس برای بهترین کامپوزیت سنتز شده، شرایط واکنش‌های جذب سطحی بهینه شده است و بهترین عملکرد تعیین شده است.

 

2- مواد و روش‌ها

2-1- مواد و تجهیزات

کلیه مواد آزمایشگاهی از شرکت مرک آلمان تهیه شدند. آنیلین قبل از استفاده دو مرتبه تقطیر و پس از بی‌رنگ شدن مورد استفاده قرار گرفت. جهت انجام آزمایش‌ها از دستگاه pH متر مدل P-M-T-Model 2002، دستگاه جذب اتمي Perkin Elmer، ميكروسكوپ الكترون روبشي (SEM)1 مدل LEO 440i و دستگاه آنالیز سایز حفرات و آنالیز سطح ویژه‌ی BET  مدل JW-BK132F استفاده شد.

 

2-2- آزمایش‌های جداسازی سرب

ابتدا كامپوزيت­ها و مواد جاذب سنتز شده و آماده گرديدند. سپس محلول استاندارد 25 میلی­گرم در لیتر از سرب با 6pH= ساخته شد. در آزمایش­هاي منقطع مقدار 2/0 گرم از هرکدام از جاذب­ها به محلول­های 100 میلی­لیتری از فلز سرب اضافه شدند و به مدت 30 دقیقه درون شیکر قرار داده شدند. در نهایت از کاغذ صافی عبور داده شدند و غلظت باقی مانده فلز در محلول­ها توسط دستگاه جذب اتمی مدل Perkin Elmer 3030 قرائت شدند. نهایتاً درصد حذف سرب برای تمام مراحل به ترتیب با استفاده از معادله (۱) محاسبه شد. در این رابطه C0 و Ct غلظت اوليه سرب در محلول و غلظت ثانویه سرب بعد از انجام آزمايش و R راندمان حذف برحسب درصد مي­باشند.

 

 

2-3- تهيه کامپوزيت پلي­آنيلين پوست پرتقال

ابتدا 6/1 گرم يدات پتاسيم در cc100 اسيد سولفوريک يک مولار از حلال‌های مختلف با استفاده از شیکر مغناطيسي حل شد تا محلول يکنواخت و همگني به دست آيد، سپس 2/0 گرم پلي­اتيلن گليکول به محلول افزوده شد و حدود 15 الي 20 دقيقه هم زده شد تا کاملاً حل شود. در ظرفي جداگانه cc1 مونومر آنيلين خالص با پودر پوست پرتقال مخلوط و به ظرف اول اضافه شد و حدود 5 ساعت توسط شیکر در دماي محيط هم زده شد. پس از 5 ساعت واکنش، پليمر تشکيل شده، توسط کاغذ صافی از محلول جدا شد و براي از بين بردن اليگومرها و ناخالصي‌هاي موجود در پليمر، پليمر حاصل با آب مقطر و استون چندين بار شسته شد و در آون با دمايc ˚50 به مدت 48 ساعت خشک گرديد. همچنين به کمک هاون چيني به‌صورت پودر در آمد و جهت آزمايش‌هاي جداسازي مصرف شد [22].

 

3- نتایج و بحث

3-1- جداسازي سرب با استفاده از کامپوزیت‌های مختلف پلي­آنيلين

در جدول (1) نتایج حاصل از بررسی کارایی کامپوزیت‌های پلي­آنيلين با پودر پوست پرتقال نشان داده شده است. طبق نتایج این جدول، کلیه کامپوزیت پلی آنیلین و پودر پوست پرتقال عملکرد بسیار بهتری در حذف سرب از پوست پرتقال به‌تنهایی دارد. در میان کامپوزیت‌های سنتز شده، کامپوزیت سنتز شده در حلال آب و اتیل الکل در حضور پلی‌اتیلن گليكول (g/L 2) پلی بهترین عملکرد را با 12/82 درصد حذف سرب دارد. در میان کامپوزیت‌های سنتز شده، کامپوزیت پلی آنیلین و پوست پرتقال سنتز شده در حلال آب با 24/57 درصد حذف کمترین راندمان را در جداسازی سرب داشت. در کلیه کامپوزیت‌های سنتز شده، حضور پلی‌اتیلن گلیکول در مرحله سنتز بسیار مؤثر واقع شده و توانسته راندمان حذف را بیشتر کند. پلی‌اتیلن گلیکول یک ماده پایدارساز است و در حین فرآیند پلیمریزاسیون به پلی آنیلین می‌چسبد و ذرات ریزتری ایجاد می‌کند [22]. نوع حلال هم بر شکل و مورفولوژی و خواص کامپوزیت حاصل تأثیر گذشته و راندمان حذف سرب بالا رفته است.

مکانيزم حذف سرب به‌وسیله کامپوزیت پلی­آنیلین و پوست پرتقال به دلیل پوشش دهی پلی آنیلین بر روی سطح پوست پرتقال می‌باشد. در ساختار پلی آنیلین سايت­هاي فراوان نيتروژن (-NH) وجود دارد. اين نيتروژن به دليل داشـتن الكتـرون در اوربیتالS2P3  مي­تواند با بار مثبت سرب پيوندهاي ضعيف برقرار كرده و آن­ها را جذب كند. به‌علاوه پوست پرتقال نیز مانند سایر محصولات کشاورزی، ظرفيت بالقوه­اي براي جذب فلزات مختلف دارد [22]. در شکل (1) و (2) عکس‌های SEM گرفته شده توسط دستگاه میکروسکوپ الکترونی روبشی مدل LEO 440i از کامپوزیت‌های سنتز شده را نشان می‌دهد. همان‌طور که از این دو شکل پیداست در کامپوزیت سنتز شده در حلال آب و اتانول در حضور پلی‌اتیلن گلیکول پوشش دهی پلی آنیلین یکنواخت‌تر و بیشتر بوده و راندمان حذف سرب بیشتر شده است. نتایج حاصل از آنالیز سایز حفرات و آنالیز سطح ویژه‌ی2 BET برای دو کامپوزیت ستنز شده در شرایط مختلف در جدول 2 نشان داده شد. نتایج نشان می‌دهد که در کامپوزیت پلی آنیلین و پوست پرتقال سنتز شده در حلال آب و اتانول در حضور 2 گرم بر لیتر پلی‌اتیلن گلیکول سطح جانبی بیشتر شده است و در نتیجه راندمان حذف بیشتر شده است. در تحقیقات دیگر برای کامپوزیت پوست شترمرغ و پلی آنیلین سطح مخصوص 76/22 مترمربع برگرم [29]، برای کامپوزیت لاشه زنبور و پلی آنیلین سطح مخصوص 9/11 مترمربع بر گرم [30] و برای کامپوزیت پوست انار و پلی پیرول سطح مخصوص 17/7 مترمربع بر گرم و بیان شد [31].

 

 

(1)

 

جدول (1): جداسازي سرب با استفاده از پوست پرتقال و کامپوزیت‌های آن با پلی آنیلین (6 pH=، زمان تماس 30 دقيقه، مقدار جاذب g/L 2).

شرایط جاذب				شرایط جداسازی سرب (II)
شماره آزمایش	نام كامپوزيت	حلال	پلی‌اتیلن گليكول اضافه شده (g/L)	غلظت اولیه سرب (ppm)	غلظت نهایی سرب (ppm)	درصد حذف سرب (II) (%)
1	پودر پوست پرتقال و پلي­آنيلين	آب	-	25	10.69	57.24
2	پلي آنيلين و پوست پرتقال	آب + اتانول	-	25	71/4	16/81
3	پلي آنيلين و پوست پرتقال	آب+ متانول	-	25	9/8	37/64
4	پلي آنيلين و پوست پرتقال و حضور پلی‌اتیلن گليكول (g/L 2)	آب	2	25	58/5	68/77
5	پلي آنيلين و پودر پوست پرتقال و حضور پلی‌اتیلن گليكول (g/L 2)	آب + اتانول	2	25	47/4	12/82
6	پلي آنيلين و پودر پوست پرتقال و حضور پلی‌اتیلن گليكول (g/L 2)	آب + متانول	2	25	66/5	36/77
7	پودر پوست پرتقال	-	-	25	12/21	56/15

 

 

 

 

شكل (1): كامپوزيت پوست پرتقال و پلي آنيلين در حلال آب با بزرگنمايي 4000 برابر.

 

 

شكل (2): كامپوزيت پوست پرتقال و پلي آنيلين در حلال آب و اتانول در حضور پلی‌اتیلن گليكول (g/L 2) با بزرگنمايي 4000 برابر.

 

جدول (2): نتایج حاصل از آنالیز BET برای كامپوزيت پلي آنيلين و پودر پوست پرتقال در شرایط مختلف.

نوع جاذب	مساحت سطح ویژه (مترمربع بر گرم جاذب)
کامپوزیت پلی آنیلین و پوست پرتقال سنتز شده در حلال آب	123/5
كامپوزيت پلي آنيلين و پودر پوست پرتقال در حلال آب و اتانول و حضور پلی‌اتیلن گليكول  (g/L 2)	026/7

 

3-2- تأثیر pH محلول سرب بر راندمان جداسازي توسط كامپوزيت پلي­آنيلين و پوست پرتقال در حلال آب/ اتانول در حضور g/L2

نتایج حاصل از تأثیر pH محلول سرب بر راندمان جداسازي توسط جاذب منتخب در شکل 3 ارائه شده است. به‌منظور جلوگيري از ترسيب سرب از pH هاي قليايي پرهيز شد. در رابطه با pH، حداکثر جذب سرب (II) در 6pH= به میزان (12/82%) و کمترین درصد جذب سرب (II) در 1= pH به میزان (11/10%) اتفاق افتاد. دلیل کاهش راندمان جذب با کاهش pH این است که با کاهش pH ذرات پلی­آنیلین پروتونه شده و دارای بار مثبت می‌شوند و جاذب کاتیون‌های با بار مثبت سرب را دفع کرده و مقدار جذب کم می‌شود. در مطالعه­ای که توسط اکاتی بر روی استفاده از پوست پرتقال اصلاح شده به‌عنوان جاذب جهت حذف سنگین سرب و مس از محلول آبی انجام شد، به این نتیجه رسیدند که حداکثر و حداقل میزان جذب به ترتیب در pHهای 6 و 2 به دست آمد [25]. در مطالعه دیگری که رئوف و همکاران [26] بر روی بررسی رفتار سینتیکی جذب یون سرب از محلول­های آبی با استفاده از برگ درخت کنار زغالی شده انجام دادند به این نتیجه رسیدند که در pH برابر 6 بیشترین بازدهی جذب به دست آمد.

 

شکل (3): اثر pH بر جذب سرب با استفاده از پلي­آنيلين و پوست پرتقال در حلال آب/ اتانول در حضور g/L2 (زمان اختلاط 30دقیقه، مقدار غلظت اوليه سرب mg/L 25 و مقدار جاذب g/L2).

 

3-3- اثر زمان تماس بر حذف سرب (II) توسط كامپوزيت پلي­آنيلين و پوست پرتقال در حلال آب/ اتانول در حضور g/L2

در شکل 4 نتایج اثر زمان تماس ماده جاذب با محلول­های حاوی فلز سرب (II) در 6pH=  نشان داده شد. غلظت فلز mg/L 25 و مقدار جاذب نیز 2 گرم در لیتر بود. در رابطه با زمان تماس، بیشترین میزان حذف سرب به میزان 44/88% در زمـان 90 دقیقه بـود کـه ایـن می­تواند به این دلیل باشد که می­دهد که با افزایش زمان تماس میزان حذف سیر صعودی دارد چراکه مکان­های فعال زیاد و خالی در سطح جاذب، با گذشت زمان اشغال خواهند شد و به همین علت با افزایش زمان تماس، جذب افزایش می­یابد.

 

شکل (4): اثـر زمـان تماس بـر جـذب سرب (II) بـه­وسیله كامپـوزيت پلي­آنيلين و پوست پرتقال در حلال آب/ اتانول در حضور g/L2 (6 pH=، غلظت اوليه سرب mg/L 25 و مقدار جاذب g/L 2).

3-4- تأثیر غلظت اولیه سرب (II) توسط كامپوزيت پلي­آنيلين و پوست پرتقال در حلال آب/ اتانول در حضور g/L2

در جدول 3 نتایج حاصل از تأثیر غلظت اولیه سرب (II) توسط كامپوزيت پلي­آنيلين و پوست پرتقال در حلال آب/ اتانول در حضور g/L2 نشان داده شده است. نتایج نشان داد با افزایش غلظت اولیه از 1 ppm به 25 ppm درصد حذف سرب از 52% به 12/82% رسید. با افزایش غلظت اولیه فلز سرب از 1 ppm به 25 ppm درصـد حـذف سرب از 52% به 12/82% رسید کـه می­توان گفت با افزایش غلظت اولیه سرب در پساب، مقدار جذب افزایش یافت. دلیل این امر این است که با افزایش غلظت محلول، تراکم یون­ها در محلول بیش­تر می­شود و در نتیجه، با نزدیکی یون­ها به سطح ذرات جذب افزایش می­یابد.

 

3-5- تأثیر مقدار جاذب بر میزان جذب فلز سرب (II) توسط كامپوزيت پلي­آنيلين و پوست پرتقال در حلال آب/ اتانول

نتایج حاصل از تأثیر مقدار جاذب بر میزان جذب فلز سرب (II) توسط جاذب منتخب در شكل 5 نشان داده شده است. نتایج نشان داد، با افزايش مقدار ماده جاذب راندمان حذف بيشتر شد. علت این امر افزایش مکان­های در دسترس برای جذب فلزات است که با افزایش مقدار جاذب صورت گرفته است. در مطالعه­ای که در [27]، بر روی حذف فلزات سنگین از محیط آبی توسط جذب سطحی با استفاده از پوست موز اصلاح شده انجام شد، به این نتیجه رسیدند که با افزایش دز جاذب میزان جذب یون فلزی در واحد جرم جاذب کاهش یافت ولی راندمان جذب افزایش داشته است. این پدیده به این صورت قابل توجیه است که بعضی از جایگاه­های جذب اشباع نشده باقی می­مانند.

 

 

شکل (5): تأثیر مقدار جاذب بر ظرفیت جذب سرب توسط جاذب منتخب (6pH=، زمان اختلاط 30 دقیقه).

 

 

جدول (3): تأثیر غلظت اوليه سرب بر راندمان جداسازي توسط جاذب منتخب.

شماره آزمایش	نام كامپوزيت	زمان تماس (دقیقه)	pH	مقدار جاذب g/L	غلظت اولیه سرب (ppm)	غلظت نهایی سرب (ppm)	درصد حذف سرب (II)
1	كامپوزيت پلي­آنيلين و پوست پرتقال در حلال آب و اتانول در حضور پلی‌اتیلن گليكول (g/L 2)	30	6	2	1	38/0	52
2	كامپوزيت پلي­آنيلين و پوست پرتقال در حلال آب و اتانول در حضور پلی‌اتیلن گليكول (g/L 2)	30	6	2	5	14/1	2/77
3	كامپوزيت پلي­آنيلين و پوست پرتقال در حلال آب و اتانول در حضور پلی‌اتیلن گليكول (g/L 2)	30	6	2	25	47/4	12/82

 

 

3-6- هم دماهای جذب سرب (Pb) توسط كامپوزيت پلي­آنيلين و پوست پرتقال در حلال آب/ اتانول در حضور g/L2

به‌منظور برازش مدل­های جذبی بر روی هم­دماهای جذب باید به این نکته اشاره کرد که این هم­دماها در اصل جذب سطحی مواد حل شونده بر روی مواد جامد را در دمای ثابت بر اساس واحد­های کمی توصیف می­نمایند. هم­دماهای جذب سطحی نشان‌دهنده مقدار جذب به‌عنوان تابعی از غلظت تعادلی جذب‌شونده می­باشند [28]. در شکل­های 6 و 7 برازش نتایج به‌دست‌آمده با مدل­های جذبی لانگمویر و فروندلیچ برای سرب (II) نشان داده شده است. برای فلز سرب به علت نزدیک بودن دو R2 به هم با هر دو مدل برازش داشت مدل لانگمویر برای جذب تک لایه­ای بر روی سطح ماده جاذب دارای مکان­های جذب محدود و یکسان معتبر است. مشخصه ضروری این ایزوترم توسط ثابت RL که به پارامتر تعادلی معروف می­باشد، تعریف می­گردد. مقادیر RL محاسبه شده برای جذب سرب مقدار 01/ 0 محاسبه شد که این عدد بین صفر تا یک می­باشد و نشان‌دهنده جذب مطلوب برای تفسیر جذب فلز توسط جاذب است. در مدل لانگمویر بیشینه ظرفیت جذب برای فلز سرب (b) مقدار 51/25 میلی­گرم سرب بر گرم جاذب تعیین شد. ضریب n مدل فروندلیچ که معیار شدت جذب است، برای جذب سرب توسط جاذب مقدار 21/1 تعیین گردید.

 

 

شكل (6): بررسي ايزوترم فروندليچ براي جاذب منتخب

.

 

شكل (7): بررسي ايزوترم لانگموير براي جاذب منتخب

.

4-7- بـررسی سینتیک واکنش توسط كامپوزيت پلي­آنيلين و پوست پرتقال در حلال آب/ اتانول در حضور g/L2

 به‌منظور بررسی سینتیک واکنش، درجه واکنش تعیین شد. بر اساس شکل شماره 8 واکنش بیشترین برازش را با واکنش درجه دوم با R2 برابر 93/0 داشته و نوع واکنش با واکنش‌های درجه دوم بهترین همخوانی را دارد.

 

شكل (8): بررسي سینتیک واکنش جذب سرب.

 

5- نتیجه‌گیری

در این پژوهش، به بررسی عملکرد کامپوزیت‌های مختلف پلی آنیلین و پوست پرتقال در جذب سرب پرداخته شده است. طبق نتایج این تحقیق در میان کامپوزیت‌های سنتز شده، کامپوزیت سنتز شده در حلال آب و اتیل الکل در حضور g/L 2 پلی‌اتیلن گلیکول بهترین عملکرد را با 82.12 درصد حذف سرب دارد. مکانيزم حذف سرب به‌وسیله کامپوزیت پلی­آنیلین و پوست پرتقال به دلیل پوشش دهی پلی آنیلین بر روی سطح پوست پرتقال بیان شد. در ساختار پلی آنیلین سايت­هاي فراوان نيتروژن (-NH) وجود دارد. اين نيتروژن به دليل داشـتن الكتـرون در اوربیتالS2P3  مي­تواند با بار مثبت سرب پيوندهاي ضعيف برقرار كرده و آن­ها را جذب كند عکس­های SEM گرفته شده توسط دستگاه میکروسکوپ الکترونی روبشی از کامپوزیت‌های سنتز شده نشان داد در کامپوزیت سنتز شده در حلال آب و اتانول در حضور پلی‌اتیلن گلیکول پوشش دهی پلی آنیلین یکنواخت‌تر و بیشتر بوده و راندمان حذف سرب بیشتر شده است. برای این کامپوزیت pH بهینه حذف سرب برابر 6، زمان تماس بهینه 30 دقیقه به دست آمد و فرآیند جذب از ایزوترم های لانگمویر و فروندلیچ پیروی کرد. حداکثر مقدار جذب برای این جاذب 51/25 میلی‌گرم بر گرم به دست آمد.

 

 

 

6- مراجع

[1] ا. تقوایی پور، "آنالیز آب"، جلد اول، انتشارات دانشگاه اراک، صفحه 5، 1394.

 

[2] ف. دهقانی، ر. راهنمایی، م. ج. ملکوتی و س. سعادت، "بررسی وضعیت نسبت کلسیم به منیزیم در برخی از آب­های آبیاری کشور"، پژوهش آب در کشاورزی، دوره 29، شماره 1، صفحه 129-117، 1391.

 

[3] ا. فدایی، ع. پورخباز، غ. نبي بيدهندي، م. ج. امیری، ا. جمشیدی و ه. الهی، "حذف كروم 6 ظرفيتي از محلول­هاي آبي به‌وسیله‌ی كربن هسته­ی سنجد و عناب و مقايسه­ی آن با كربن فعال گرانولي"، محیط‌شناسی، دوره 39، شماره 3، صفحه 22-13، 1392.

 

[4] W. Chiayu, H. Mouri, Sh. Sh. Chen & D. Zh. Zhang, "Removal of traceamount mercury from wastewater by forward osmosis", Journal of Water Process Engineering, vol. 14, pp. 108-116, 2012.

 

[5] F. Banat, S. Al-Asheh & L. AlMakhadmeh, "Kinetics and Equilibrium Study of Cadmium Ion Sorption onto Date Pits - An Agricultural Waste", Adsorption Science & Technology, vol. 21, pp. 245-260, 2003.

 

[6] V. A. Papaevangelou, G. D. Gikas & V. A. Tsihrintzis, "Chromium removal from wastewater using HSF and VF pilot-scale constructed wetlands: Overall performance, and fate and distribution of this element within the wetland environment", Chemospher, vol. 168, pp. 716-730, 2017.

 

[7] E. Cheraghi, E. Ameri & A. Moheb,"Continuous biosorption of Cd (II) ions from aqueous solutions by sesame waste: thermodynamics and fixed-bed column studies", Desalination and water treatment, vol. 57, pp. 6936-6949, 2016.

 

[8] Z. Azizi Haghighat & E. Ameri, "Synthesis and characterization of magnetic wheat straw for lead adsorption", Desalination and water treatment, vol. 57, pp. 9813-9823, 2016.

 

[9] E. Cheraghi, E. Ameri & A. Moheb, "Adsorption of cadmium ions from aqueous solutions using sesame as a low-cost biosorbent: kinetics and equilibrium studies", International Journal of Environmental Science and Technology, vol. 12, pp. 2579-2592, 2015.

 

[10] س. غ. هاشمی پور زواره، ف. تدین و ر. کرمی اسبو، "تهیه نانو کامپوزیت مغناطیسی چند جزیی اصلاح شده با پوست پرتقال و بررسی کارآیی آن در جذب ویتامین B5 از محلو ل‌های آبی"، فرآیندهای نوین در مهندسی مواد، دوره 16، شماره 2، صفحه 37-27، 1401.

 

[11] ح. قمی، آ، سپیانی و م. میرحاج، "ساخت و بررسی خواص داربست (کیتوسان/ پلی‌وینیل‌پیرولیدون) حاوی کتیرا به روش خشکاندن انجمادی"، فرآیندهای نوین در مهندسی مواد، دوره 14، شماره 1، صفحه 27-43، 1399.

 

[12] ف. حیدری، ر. بازرگان لاری و م. ا. بحرالعلوم، "ساخت و بررسی خواص نانوکامپوزیت طبیعی و زیست سازگار کایتوسن/مگنتیت"، دوره 9، شماره 3، صفحه 247-256، 1394.

 

[13] M. Riahi Samani, S. M. Borghei, A. Olad & M. J. Chaichi, "Removal of chromium from aqueous solution using polyaniline–poly ethylene glycol composite", Journal of hazardous materials, , vol 184, no. 1, pp. 248-254, 2010.

 

[14] R. Karthik & S. Meenakshi, "Removal of hexavalent chromium ions from aqueous solution using chitosan /polypyrrole composite",  Desalination and Water Treatment, vol 56, no. 6, pp. 1587-1600, 2015.

 

[15] M. S. Ansari, R. Kumar, S. A. Ansari, S. P. Ansari, M. A. Barakat, A. Alshahrie & M. H. Cho, "Anion selective pTSA doped polyaniline@graphene oxid-multiwalled carbon nanotube composite for Cr(VI) and Congo red adsorption", Journal of colloid and interface Science, vol. 496, pp. 407-415, 2017.

 

[16] J. Ren, X. Huang, N. Wang, K. Lu, X. Zhang, W. Li & D. Liu, "Preparation of polyaniline-coated polyacrylonitrile fiber mats and their application to Cr(VI) removal", Synthetic Metals, vol 1, pp. 255-266, 2016.

 

[17] E. Nazarzadeh Zare, A. Motahari & M. Silanpaa, "Nanoadsorbents based on conducting polymer nanocomposites with main focus on polyaniline and its deratives for removal of heavy metal ions/dyes: A review", Environmental Research, pp. 173-195, 2018.

 

[18] T. Najim & A. Salim, "Polyaniline nanofibers and nanocomposites: Preparation, characterization, and application for Cr(VI) and phosphate ions removal from aqueous solution", Arabian Journal of Chemistry, vol. 10, pp. 3459-3467, 2017.

[19] R. Karthik & S. Meenakshi, "Removal of hexavalent chromium ions using polyaniline/silica gel composite", Journal of Water Engineering, vol. 1, pp. 37-45, 2014.

 

[20] M. Hallaji Qomi, H. Eisazadeh, M. Hosseini & H. Azizi Namaghi, "Manganese removal from aqueous media using polyaniline nanocomposite coated on wood sawdust", Synthetic Metals, vol. 194, pp. 153-159, 2014.

 

[21] M. Riahisamani & D. Toghraie, "Removal of hexavalent chromium from water using polyaniline/wood sawdust/polyethylen glycol composite:an experimental study", Journal of Environmental Health Science and Engineering, vol. 17, pp. 53-62, 2019.

 

[22] M. Riahi Samani, S. M. Borghei, A. Olad & M. J. Chaich, "Influence of polyaniline synthesis conditions on its capability for removal and recovery of chromium from aqueous solution", Iranian Journal of Chemistry and Chemical Engineering (IJCCE), vol. 30, no. 3, pp. 97-100, 2011.

 

[23] M. Gorbani & M. Soleimani, "Application of polyaniline nanocomposite coated on rice husk ash for removal of Hg(II) from aqueous media", Synthetic Metals, vol. 161, pp. 1430-1433, 2011.

 

[24] M. S. Mansour, M. E. Ossman & H. A. Farag, "Removal of Cd(II) ion from water by adsorption onto polyaniline coated on sawdust", Desalination, vol. 272, pp. 301-305, 2011.

 

[25] ن. اکاتی، "استفاده از پوست پرتقال اصلاح شده به‌عنوان جاذب جهت حذف فلزات سنگین سرب و مس از محلول آبی"، فصلنامه علمی محیط زیست، شماره 44، صفحه 56-50، 1392.

 

[26] ف. رئوف، ح. اسماعیلی و م. کوثری فرد، "بررسی رفتار سینتیکی جذب یون سرب از محلول‌های آبی با استفاده از برگ درخت کنار زغالی شده"، مجله محیط زیست طبیعی، دوره 69،  شماره 4، صفحه 1061-1075، .1395

 

[27] م. مهراسبی و ز. فرهمند کیا، "حذف فلزات سنگین از محیط آبی توسط جذب سطحی بر روی پوست موز اصلاح شده"، مجله سلامت و محیط، شماره 1،  صفحه 56-67، 1387.

 

[28] ن. جعفرزاده حقیقی فرد، ن. منگلی زاده، ا. تکدستان و م. ا. دیناری، "جذب فلز روی (Zn2+) از محلول­های آبی به‌وسیله کتین استخراجی از پوسته خرچنگ کاراپاس"، مجله علوم و تکنولوژی محیط زیست، شماره 16، صفحه 461-472، 1393.

 

[29] S. A. Hosseini, M. R. Samani & D. Toghraie, "Removal of hexavalent chromium from aqueous solution using ostrich feathers amended by polyaniline", Journal of Materials Research and Technology, vol. 15, pp. 488-499, 2021.

 

 

 

 

[30] S. A. Hosseini, M. R. Samani & D. Toghraie, "Investigating the hexavalent chromium removal from aqueous solution applying bee carcasses and corpses modified with Polyaniline", Scientific Reports, vol. 11, no. 1, pp. 119-129, 2021.

 

[31] S. A. Hosseini, M. R. Samani & D. Toghraie, "Removal of hexavalent chromium from aqueous media using pomegranate peels modified by polymeric coatings: effects of various composite synthesis parameters", Synthetic Metals, vol. 265, pp. 116-126, 2020.

 

7- پی­نوشت

[1] Scanning Electron Microscope (SEM)

[2] Brunauer–Emmett–Teller (BET

 

 

برای ارجاع به این مقاله از عبارت ذیل استفاده نمایید:

Please cite this article using:

Iman Farirzadeh, Majid Riahi Samani, Synthesis of New Composites of Polyaniline and Orange Peel and Feasibility of its Application in Removing Lead from Water Environment, New Process in Material Engineering, 2024, 18(3), 49-57.

---