بررسی توانایی نانوکامپوزیت نانو لوله کربنی اصلاح شده با نیکل اکسید (NiO/CNT) بمنظور حذف آلاینده رنگی اسید بلو9 از محلول¬های آبی

محورهای موضوعی : آب و محیط زیست

یوسف دهقانی ¹ , طاهره نوایی دیوا ²

1 - کارشناسی ارشد، گروه علوم و مهندسی صنایع غذایی، واحد سوادکوه، دانشگاه آزاد اسلامی، سوادکوه، ایران.
2 - استادیار، گروه شیمی، واحد سوادکوه، دانشگاه آزاد اسلامی، سوادکوه، ایران. * (مسوول مکاتبات)

تاریخ دریافت : 1400/07/06 تاریخ پذیرش : 1400/11/16 تاریخ انتشار : 1403/05/01

کلید واژه: نانولوله‌های کربنی, نانوکامپوزیت, آلاینده, رنگ اسید بلو 9, حذف.,

چکیده مقاله :

زمينه و هدف: رنگ‌ مصنوعی اسید بلو 9 جزء آلاینده‌های رایج و یکی از جمله پایدارترین آلاینده‌های زیست محیطی است.  توسعه روشی ساده و مؤثر برای از بین بردن آلاینده‌های تجزیه‌ ناپذیر از مهمترین چالش‌های مربوط به محیط زیست است. هدف از این مطالعه، بررسی کارآیی نانوکامپوزیت نیکل اکسید- نانولوله کربنی در حذف رنگ اسید بلو 9 از محلول‌های آبی است.

روش بررسی: در این مطالعه که در بهار و تابستان 1400 انجام شد، نانوکامپوزیت نانولوله کربنی/ نیکل اکسید به روش رسوب‌دهی مستقیم در محلول آبی حاوی نانولوله‌های کربنی تهیه شد. اثر پارامترهاي مختلف شامل مقدار نانوکامپوزیت، pH محلول آبی، غلظت رنگ، دما و زمان تماس بررسی شد. همچنین مطالعات سینتیکی و ترمودینامیکی انجام شده است.

يافته‌ها:  بیش‌ترین میزان جذب با استفاده از 1/0 گرم جاذب به عنوان مقدار بهینه، برابر با 98 % بود که در 2pH=  و بعد از 60 دقیقه تماس محلول حاوی رنگ با جاذب حاصل شد. هم چنین نتایج نشان داد که داده‌ها متناسب با مدل سنتیکی شبه مرتبه دوم می باشد. ایزوترم جذب هم با مدل جذبی لانگمویر مطابقت داشت. پارامترهای ترمودینامیکی مثل ΔG°، ΔH° و ΔS° محاسبه شدند و مقادیر به دست آمده نشان داد که فرایند جذب به صورت خودبخودی و گرماگیر است.

بحث و نتيجه‌گيری: در این مطالعه یک روش ساده و موثر براي حذف یک آلاینده مقاوم در محیط زیست با استفاده از نانوکامپوزیت نانولوله کربنی/ نیکل اکسید ارائه شده است.

چکیده انگلیسی:

Background and Objective: Synthetic dyes, including the dye agent acid blue 9, are common pollutants and one of the most persistent environmental pollutants. Developing a simple and effective method to eliminate non-degradable pollutants is one of the most important challenges in environmental challenges.

The aim of this study is to evaluate the efficiency of the NiO/CNT nanocomposite in the removal of acid blue 9 dyes from aqueous solutions.

Material and Methodology: In this study, which have been done during spring and summer of 2021, NiO/CNT nanocomposite was prepared using direct coprecipitation method in an aqueous media in the presence of CNTs. The effect of various parameters, including the amount of nanocomposite, aqueous solutions pH, dye concentration, temperature and contact time were studied. Further kinetic and thermodynamic studies have been carried out.

Findings: The highest absorption rate by 0.1 g of adsorbent as the optimal amount  was equal to 98% at pH =2 of the solution after 1-hour contact solution containing dye with absorbent. The results show that the kinetic pseudo-second-order model fits the data. Adsorption isotherms were adjusted with Langmuir model. Thermodynamic parameters, such as ΔG°, ΔH° and ΔS° were calculated and the obtained values showed that the adsorption was spontaneous and endothermic in nature.

Discussion and Conclusion: In this study, a simple and efficient method was presented to remove a resistant pollutant in the environment using NiO/CNT nanocomposite.

منابع و مأخذ:

1. Konicki, W., Sibera, D., Mijowska, E., Lendzion-Bieluń, Z. and Narkiewicz, U., 2013. Equilibrium and kinetic studies on acid dye Acid Red 88 adsorption by magnetic ZnFe2O4 spinel ferrite nanoparticles. Journal of colloid and interface science, 398, 152-160.
2. Januário, E. F. D., Vidovix, T. B., Bergamasco, R., & Vieira, A. M. S., 2021. Performance of a hybrid coagulation/flocculation process followed by modified microfiltration membranes for the removal of solophenyl blue dye. Chemical Engineering and Processing-Process Intensification, 168, 108577. ‏
3. Zhao, J., Liu, H., Xue, P., Tian, S., Sun, S., & Lv, X., 2021. Highly-efficient PVDF adsorptive membrane filtration based on chitosan@ CNTs-COOH simultaneous removal of anionic and cationic dyes. Carbohydrate Polymers, 274, 118664. ‏
4. Cseri, L., Topuz, F., Abdulhamid, M. A., Alammar, A., Budd, P. M., & Szekely, G., 2021. Electrospun adsorptive nanofibrous membranes from ion exchange polymers to snare textile dyes from wastewater. Advanced Materials Technologies, 2000955.‏
5. El-Sewify, I. M., Radwan, A., Shahat, A., El-Shahat, M. F., & Khalil, M. M., 2022. Superior adsorption and removal of aquaculture and bio-staining dye from industrial wastewater using microporous nanocubic Zn-MOFs. Microporous and Mesoporous Materials, 329, 111506. ‏
6. Baysal, A., Ozbek, N., & Akman, S., 2013. Determination of trace metals in waste water and their removal processes. Waste Water-Treatment Technologies and Recent Analytical Developments, 145-171.
7. Moussavi, G., & Mahmoudi, M., 2009. Removal of azo and anthraquinone reactive dyes from industrial wastewaters using MgO nanoparticles. Journal of hazardous materials, 168(2-3), 806-812. ‏
8. Hu, J., Song, Z., Chen, L., Yang, H., Li, J., & Richards, R., 2010. Adsorption properties of MgO (111) nanoplates for the dye pollutants from wastewater. Journal of Chemical & Engineering Data, 55(9), 3742-3748.‏
9. Rubab, R., Ali, S., Rehman, A. U., Khan, S. A., & Khan, A. M., 2021. Templated synthesis of NiO/SiO2 nanocomposite for dye removal applications: Adsorption kinetics and thermodynamic properties. Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects, 615, 126253.‏
10. Shokati, S., Safa, F., 2018. Application of magnetic nanocomposite of multi-walled carbon nanotube for removal of Direct Green 26 dye from aqueous solutions: Response surface modeling and kinetic studies, Applied Chemistry, 13(48), 125-136 (persian).
11. Çalımlı, M. H., 2021. Magnetic nanocomposite cobalt-multiwalled carbon nanotube and adsorption kinetics of methylene blue using an ultrasonic batch. International Journal of Environmental Science and Technology, 18(3), 723-740.
12. Diva, T.N., Zare, K., Taleshi, F. and Yousefi, M., 2017. Synthesis, characterization, and application of nickel oxide/CNT nanocomposites to remove Pb 2+ from aqueous solution. Journal of Nanostructure in Chemistry, 7(3), pp.273-281.
13. Bilal, M., Shah, J. A., Ashfaq, T., Gardazi, S. M. H., Tahir, A. A., Pervez, A., ... & Mahmood, Q. 2013. Waste biomass adsorbents for copper removal from industrial wastewater—a review. Journal of hazardous materials, 263, 322-333.
14. Osagie, C., Othmani, A., Ghosh, S., Malloum, A., Esfahani, Z. K., & Ahmadi, S. 2021. Dyes adsorption from aqueous media through the nanotechnology: A review. Journal of Materials Research and Technology, 14, 2195-2218.‏‏‏
15. Navaei, T., Zare, K., Taleshi, F., Yousefi, M. 2018. 'Removal of Cd2+ from Aqueous Solution by Nickel Oxide/CNT Nanocomposites', Iranian Journal of Chemistry and Chemical Engineering (IJCCE), (), pp. -.
16. Monier, M., Ayad, D.M., Wei, Y. and Sarhan, A.A., 2010. Adsorption of Cu (II), Co (II), and Ni (II) ions by modified magnetic chitosan chelating resin. Journal of Hazardous Materials, 177(1-3), pp.962-970.
17. Ghaemi, A., Shirvani, M., 2019. Prediction of Phenol Adsorption by Sawdust from Wastewater Using Intelligent Methods. J. Env. Sci. Tech., 21(2), pp.37-55. (In Persian)
18. Monsef Khoshhesab, Z. and Ahmadi, M., 2016. Removal of reactive blue 19 from aqueous solutions using NiO nanoparticles: equilibrium and kinetic studies. Desalination and Water Treatment, 57(42), 20037-20048.
19. Madrakian, T., Afkhami, A., Ahmadi, M. and Bagheri, H., 2011. Removal of some cationic dyes from aqueous solutions using magnetic-modified multi-walled carbon nanotubes. Journal of hazardous materials, 196, 109-114.
20. Al-Degs, Y.S., Abu-El-Halawa, R. and Abu-Alrub, S.S., 2012. Analyzing adsorption data of erythrosine dye using principal component analysis. Chemical engineering journal, 191, 185-194.
21. Gong, R., Liu, Y., Jiang, Y. and Li, C., 2009. Isothermal, kinetic and thermodynamic studies on basic dye sorption onto tartaric acid esterified wheat straw. African Journal of Biotechnology, 8(24).
22. Shokoohi, R., Vatanpoor, V., Zarrabi, M. and Vatani, A., 2010. Adsorption of Acid Red 18 (AR18) by activated carbon from poplar wood-A kinetic and equilibrium study. E-Journal of Chemistry, 7.
23. Pazoheshfar, S.P., 2009. Survey Removal of phenol from contaminated water using activated carbon and carbon skin almonds and walnuts. Environmental Science and Technology, 10(4), 219-33.
24. Nekouei, F., Nekouei, S., Tyagi, I. and Gupta, V.K., 2015. Kinetic, thermodynamic and isotherm studies for acid blue 129 removal from liquids using copper oxide nanoparticle-modified activated carbon as a novel adsorbent. Journal of Molecular Liquids, 201, 124-133.