26730

حذف سولفات از محلول‌هاي آبي با استفاده از نانوكامپوزيت هيدروكسيد لايه دوگانه (LDH)

كارشناسي ارشد

شيمي- علوم و فناوري نانو ـ نانوشيمي

1395

1399/6/25

منصور انبياء

شيمي

در اين تحقيق هيدروكسيد لايه دوگانه Mn-Al و Cu-Al به عنوان جاذب به روش هم‌رسوبي تهيه شدند و به منظور بهبود ساختار Cu-Al سنتزشده در دماي 500 درجه سانتيگراد كلسينه گرديد (Calcined/Cu-Al). جاذب¬هاي سنتر شده براي حذف يون سولفات از محيط آبي مورد استفاده قرار گرفته شدند. نتايج نشان داد كه Calcined/Cu-Al در مقايسه با Mn-Al و Cu-Al نسبت به جذب سولفات داراي خواص جذب بهتري مي‌باشد. براي بهبود گزينش¬پذيري و عملكرد Calcined/Cu-Al سورفكتانت¬هاي اِن-آلكيل‌-اِن، اِن-دي متيل-اِن-بنزيل آمونيوم كلرايد (NDBA) و ستيل تري متيل آمونيوم برمايد CTAB)) ستيل تري متيل آمونيوم برمايد به عنوان تركيبات آلي براي اصلاح Calcined/Cu-Al استفاده شدند. خواص ساختاري نانوكامپوزيت‌هاي تهيه شده با استفاده از آناليزهاي دستگاهي از جمله ايزوترم N2، XRD، FTIR و SEM-EDX مورد شناسايي قرار گرفت. بررسي اثر اصلاح شيميايي بر حذف سولفات ، حاكي از كارايي بالاي نانوكامپوزيت Calcined/Cu-Al اصلاح شده با CTAB نسبت به ساير جاذب¬ها بوده و بر اين اساس براي ادامه ي مطالعات جذبي انتخاب شد. براي بهينه سازي متغيرها براي جذب سولفات از محيط¬هاي آبي با استفاده از جاذب تهيه شده از طرح مركب مركزي (CCD) تحت روش سطح پاسخ (RSM) استفاده شد و تأثير متقابل چهار پارامتر ورودي متغير؛ غلظت اوليه، دوز جاذب، زمان و pH در 22 آزمايش و 5 سطح مورد بررسي و بهينه سازي قرار گرفت. مقدار بهينه براي ماكزيمم ظرفيت جذب، غلظت 100 ميلي گرم بر ليتر سولفات ، 01/0 گرم جاذب، زمان تماس 50 دقيقه و 6 pH= بدست آمد كه در اين شرايط مكانيسم هاي جذب كه كنترل جذب سولفات را بر عهده دارند بر اساس ترموديناميك جذب و سينتيك جذب و همچنين ايزوترم‌هاي جذب بررسي شدند. داده‌هاي تعادلي جذب به خوبي با مدل فرندوليچ (0٫9955 = R2) قابل توصيف هستند كه بيانگر جذب فيزيكي و شيميايي آنيونهاي سولفات بر سطح نانوكامپوزيت Cu-Al اصلاح شده با CTAB مي¬باشد. همچنين بررسي چهار مدل سنتيكي نشان داد كه فرايند جذب با ضريب همبستگي (0٫9998 = R2) تطابق خوبي با مدل سينيتك شبه مرتبه دوم دارد. بعلاوه پس از بررسي تاثير دما بر ظرفيت جذب جاذب منتخب و پارامترهاي ترموديناميكي، فرآيند جذب خود به خودي و گرماگير معرفي گرديد. علاوه بر اين، تأثير آنيون‌هاي رقابتي و عوامل دفع كننده در غلظت‌هاي مختلف بر جذب و واجذب، سولفات به ترتيب مورد بررسي قرار گرفت. در اين پژوهش، استفاده از نانوكامپوزيت Cu-Al اصلاح شده با CTAB را به عنوان جاذبي ارزان قيمت و زيست سازگار، در كنار سهولت سنتز، ظرفيت جذب بالا و قابليت بازيابي مجدد براي حذف سولفات از محيط‌هاي آبي پيشنهاد مي‌دهد.

1401/04/18

Optimization of sulfate removal from aqueous media by surfactant-modified layered double hydroxide using response surface methodology

9/16/2021 12:00:00 AM

In this investigation, Mn-Al and Cu-Al as layered double hydroxide (LDH) adsorbents were prepared by co-precipitation method and Calcined/Cu-Al was prepared by heating Cu-Al at 500 ºC for sulfate (SO4 2-) removal from aqueous media. Results show that the Calcined/Cu-Al has the better adsorption properties compared with Mn-Al and Cu-Al toward sulfate. To improve the selectivity and performance of Calcined/Cu-Al, hybrid nanocomposites were obtained by in situ formation of an inorganic network (Calcined/Cu-Al) in the presence of organic compounds. Surfactants such as N-Alkyl-N, N-Dimethyl-N-Benzylammonium Chloride (NDBA) and CetylTrimethylAmmonium Bromide (CTAB) are employed as organic compounds. The samples were identified by N2 isotherm, XRD, TGA-DTA, FTIR and SEM-EDX with mapping, followed by Sulfate adsorption studies. Central Composite Design (CCD) under response surface methodology (RSM) was used for the optimization of variables for the Sulfate uptake from waters using prepared LDH. The interactive influence of four variable input parameters viz. initial concentration, adsorbent dose, time and pH were assessed. The adsorption mechanisms that controlled the Sulfate adsorption were surveyed based on the adsorption thermodynamics and adsorption kinetics as well as adsorption isotherms. Furthermore, the influence of competitive anions and desorbing agents at different concentrations on the adsorption and desorption of Sulfate was explored, respectively.

سولفات , هيدروكسيد لايه دوگانه , ستيل تري متيل آمونيوم برمايد , ستيل تري متيل آمونيوم برمايد , RSM

sulfate , layered double hydroxide , Cetyltrimethylammonium Bromide , Cetyltrimethylammonium Bromide , Response Surface Methodology

Soosan Tabatabaei

Dr. Anbiya