بررسی کارایی نانوذرات مغناطیسی اکسید آهن اصلاح شده با 3- مرکاپتوپروپیل تری متوکسی سیلان در حذف یون‌های فلزی سرب و کادمیوم از محیط آبی: مطالعه کینتیک و ایزوترم جذب

علی اسرافیلی, مریم ایزانلو, مهدی فرزادکیا, احمد جنیدی جعفری

63

چکیده

زمینه و اهداف: در سال‌های اخیر، مساله آلودگی محیط‌های آبی با فلزات سنگین بسیار مورد توجه محققان قرار گرفته است. بدین منظور، مطالعه حاضر با هدف کارایی نانوذرات مغناطیسی اکسید آهن اصلاح شده با 3- مرکاپتوپروپیل تری متوکسی سیلان در حذف یون‌های فلزی سرب و کادمیوم را از محیط آبی انجام گرفت.

مواد و روش‌ها: در مطالعه حاضر نانوذرات مغناطیسی Fe3O4@SiO2-SH به روش ساده هم‌رسوبی در دمای 80 درجه سلسیوس سنتز شد و سپس ساختار و مورفولوژی آن با استفاده از دستگاه‌های XRD، FT-IR،  SEMو TEM مورد شناسایی قرار گرفت. در نهایت آزمایشات جذب بر روی محلول آبی انجام گرفت. در کلیه مراحل انجام پژوهش، موازین اخلاقی، مراعات گردید.  

یافته‌ها: طبق نتایج، نانوذرات Fe3O4@SiO2-SH دارای توزیع یکنواخت با هسته کروی Fe3O4 و پوسته SiO2 می‌باشد که توسط لیگاندهای تیول اصلاح شده است. همچنین اثر پارامترهایی نظیر pH، دوز جاذب و مدت زمان تماس بر درصد حذف یون‌های فلزی مورد بررسی قرار گرفت. نتایج تحقیق نشان داد pH معادل با 5 و 6 به ترتیب برای سرب و کادمیوم، زمان تماس 40 دقیقه و دوز جاذبg/L  0/8 شرایط بهینه مناسب جهت حذف یون‌های فلزی از محلول است. معادلات کینتیک و ایزوترم بر این نکته تاکید داشت که روند جذب دو یون فلزی از مدل کینتیک شبه درجه دوم (0/98<R2) و ایزوترم دمایی لانگمویر (0/98<R2) تبعیت می‌کند.

نتیجه‌گیری: با توجه به نتایج حاصل، نانو ذرات سنتز شده Fe3O4@SiO2-SH تحت شرایط بهینه می‌تواند كارايي مناسبي در حذف یون‌های فلزی سرب و کادمیوم از محلول‌های آبی داشته باشد.

 Fe3O4@SiO2-SH ، کلید واژه‌ها: جذب سطحی، نانوذره سرب، کادمیوم، ایزوترم، کینتیک

موضوع

جذب سطحی، نانوذره Fe3O4@SiO2-SH ، سرب، کادمیوم، ایزوترم، سینتیک

تمام متن:

PDF

مراجع

- Fu F, Wang Q. Removal of heavy metal ions from wastewaters: a review. Journal of Environmental Management 2011; 92(3):407-18.

- Bradl H. Heavy metals in the environment: Origin, interaction and remediation. Amesterdam: Academic Press; 2005.

- Brahman KD, Kazi TG, Afridi HI, Naseem S, Arain SS, Ullah N. Evaluation of high levels of fluoride, arsenic species and other physicochemical parameters in underground water of two sub districts of Tharparkar, Pakistan: A multivariate study. Water Research 2013; 47(3):1005-20.

- Alkorta I, Hernández-Allica J, Becerril J, Amezaga I, Albizu I, Garbisu C. Recent findings on the phytoremediation of soils contaminated with environmentally toxic heavy metals and metalloids such as zinc, cadmium, lead, and arsenic. Reviews in Environmental Science and Biotechnology 2004; 3(1):71-90.

- Rajeswari TR, Sailaja N. Impact of heavy metals on environmental pollution. Journal of Chemical and Pharmaceutical Sciences 2014; 3:175-81.

- Saçmaci Ş, Kartal Ş, Sacmaci M. Determination of Cr (III), Fe (III), Ni (II), Pb (II) and Zn (II) ions by FAAS in environmental samples after separation and preconcentration by solvent extraction using a triketone reagent. Fresenius Environmental Bulletin. 2012; 21(6):1563-70.

- WHO. Global health risks: Mortality and burden of disease attributable to selected major risks. World Health Organization; 2009. Geneva: World Health Organization; 2009.

- Davis T, Volesky B, Vieira R. Sargassum seaweed as biosorbent for heavy metals. Water Research 2000; 34(17):4270-78.

- Sharma RK, Agrawal M. Biological effects of heavy metals: an overview. Journal of environmental Biology 2005; 26(2):301-13.

- Greenberg MI. Occupational, industrial, and environmental toxicology. 2nd ed. Mosby: Pensilvania; 2003.

- Duruibe JO, Ogwuegbu M, Egwurugwu J. Heavy metal pollution and human biotoxic effects. International Journal of Physical Sciences 2007; 2(5):112-18.

- Koner S, Pal A, Adak A. Use of surface modified silica gel factory waste for removal of 2, 4-D pesticide from agricultural wastewater: A case study. International Journal of Environmental Research 2012; 6(4):995-1006.

- Padaki M, Murali RS, Abdullah MS, Misdan N, Moslehyani A, Kassim M, et al. Membrane technology enhancement in oil–water separation. A review. Desalination 2015; 357:197-207.

- Hargreaves AJ, Vale P, Whelan J, Alibardi L, Constantino C, Dotro G, et al. Impacts of coagulation-flocculation treatment on the size distribution and bioavailability of trace metals (Cu, Pb, Ni, Zn) in municipal wastewater. Water Research 2018; 128:120-28.

- Singh S, Barick K, Bahadur D. Functional oxide nanomaterials and nanocomposites for the removal of heavy metals and dyes. Nanomaterials and Nanotechnology 2013; 3:20. https://doi.org/10.5772/57237

- Ghosh Chaudhuri R, Paria S. Core/shell nanoparticles: classes, properties, synthesis mechanisms, characterization, and applications. Chemical Reviews 2011; 112(4):2373-433.

- Wang W, Fang C, Wang X, Chen Y, Wang Y, Feng W, et al. Modifying mesoporous silica nanoparticles to avoid the metabolic deactivation of 6-mercaptopurine and methotrexate in combinatorial chemotherapy. Nanoscale 2013; 5(14):6249-53.

- Chiu S-J, Wang S-Y, Chou H-C, Liu Y-L, Hu T-M. Versatile synthesis of thiol-and amine-bifunctionalized silica nanoparticles based on the ouzo effect. Langmuir 2014; 30(26):7676-86.

- Azari A, Gholami M, Torkshavand Z, Yari A, Ahmadi E, Kakavandi B. Evaluation of basic violet 16 adsorption from aqueous solution by magnetic zero valent iron-activated carbon nanocomposite using response surface method: isotherm and kinetic studies. Journal of Mazandaran University of Medical Sciences 2015; 24(121):333-47 (In Persian).

- Qiu H, Lv L, Pan B-c, Zhang Q-j, Zhang W-m, Zhang Q-x. Critical review in adsorption kinetic models. Journal of Zhejiang University-Science A 2009; 10(5):716-24.

- Zhang S, Zhao X, Niu H, Shi Y, Cai Y, Jiang G. Superparamagnetic Fe3O4 nanoparticles as catalysts for the catalytic oxidation of phenolic and aniline compounds. Journal of Hazardous Materials 2009; 167(1-3):560-66.

- Bulut Y, Gözübenli N, Aydın H. Equilibrium and kinetics studies for adsorption of direct blue 71 from aqueous solution by wheat shells. Journal of Hazardous Materials 2007; 144(1-2):300-306.

- Vadi M, Mansoorabad AO, Mohammadi M, Rostami N. Investigation of Langmuir, Freundlich and

- Vadi M, Mansoorabad AO, Mohammadi M, Rostami N. Investigation of Langmuir, Freundlich and Temkin adsorption isotherm of tramadol by multi-wall carbon nanotube. Asian Journal of Chemistry 2013; 25(10):5467.

- Dada A, Olalekan A, Olatunya A, Dada O. Langmuir, Freundlich, Temkin and Dubinin–Radushkevich isotherms studies of equilibrium sorption of Zn2+ unto phosphoric acid modified rice husk. IOSR Journal of Applied Chemistry 2012; 3(1):38-45.

- Babaei AA, Ahmadi K, Kazeminezhad I, Alavi SN, Takdastan A. Synthesis and Application of Magnetic Hydroxyapatite for Removal of Tetracycline from Aqueous Solutions. Journal of Mazandaran University of Medical Sciences 2016; 26(136):146-59 (In Persian).

- Kakavandi B, Jonidi Jafari A, Rezaei Kalantary R, Nasseri S, Esrafili A, Gholizadeh A, et al. Simultaneous adsorption of lead and aniline onto magnetically recoverable carbon: Optimization, modeling and mechanism. Journal of Chemical Technology and Biotechnology 2016; 91(12):3000-10.

- Xin X, Wei Q, Yang J, Yan L, Feng R, Chen G, et al. Highly efficient removal of heavy metal ions by amine-functionalized mesoporous Fe3O4 nanoparticles. Chemical Engineering Journal 2012; 184:132-40.

- Tan Y, Chen M, Hao Y. High efficient removal of Pb (II) by amino-functionalized Fe3O4 magnetic nano-particles. Chemical Engineering Journal 2012; 191:104-11.

- Yuan Q, Chi Y, Yu N, Zhao Y, Yan W, Li X, et al. Amino-functionalized magnetic mesoporous microspheres with good adsorption properties. Materials Research Bulletin 2014; 49:279-84.

- Jiang L, Li S, Yu H, Zou Z, Hou X, Shen F, et al. Amino and thiol modified magnetic multi-walled carbon nanotubes for the simultaneous removal of lead, zinc, and phenol from aqueous solutions. Applied Surface Science 2016; 369:398-413.

- Boparai HK, Joseph M, O’Carroll DM. Kinetics and thermodynamics of cadmium ion removal by adsorption onto nano zerovalent iron particles. Journal of Hazardous Materials 2011; 186(1):458-65.

- Rudzinski W, Plazinski W. On the applicability of the pseudo-second order equation to represent the kinetics of adsorption at solid/solution interfaces: A theoretical analysis based on the statistical rate theory. Adsorption 2009; 15(2):181. https://doi.org/10.1007/s10450-009-9167-8.

- Liang X, Xu Y, Sun G, Wang L, Sun Y, Qin X. Preparation, characterization of thiol-functionalized silica and application for sorption of Pb2+ and Cd2+. Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects 2009; 349(1-3):61-68.

ارجاعات

  • در حال حاضر ارجاعی نیست.