22397

كاربرد هيدروكسيدهاي لايه اي دوگانه جهت حذف آهن (II) و منگنز (II) از منابع آبي

كارشناسي ارشد

شيمي تجزيه

1396

1399/3/10

دكتر منصور انبياء

دكتر سميرا صالحي

شيمي

در اين پايان¬نامه، به منظور حذف يون¬هاي آهن (ӀӀ) و منگنز (ӀӀ) از منابع آبي، نانوذرات مغناطيسي Fe3O4 پوشش داده شده با سيليس (SiO2)، Fe3O4 پوشش داده شده با هيدروكسيد لايه¬اي دوگانه (LDH) و همچنين نانوذرات مغناطيسي پوشش داده شده با SiO2 و LDH تهيه شد و با منگنز دي اكسيد (MnO2) اصلاح شدند. خواص ساختاري نانوكامپوزيت¬هاي تهيه شده با استفاده از اسپكتروسكوپي زير قرمز تبديل فوريه (FT-IR)، پراش اشعه ايكس (XRD)، ميكروسكوپ الكتروني روبشي (FESEM)، دستگاه طيف¬سنجي پراكندگي انرژي پرتوي ايكس (EDX)، تجزيه و تحليل وزن سنجي حرارتي (TGA)، مغناطيس¬سنج نمونه ارتعاشي (VSM)، ميكروسكوپ الكتروني عبوري (TEM) و تجزيه و تحليل همدماهاي جذب-واجذب نيتروژن مورد بررسي قرارگرفت. بررسي اثر اصلاح شيميايي بر حذف يون¬هاي فلزي آهن (ӀӀ) و منگنز (ӀӀ) حاكي از كارايي بالا جاذب Fe3O4@LDH@MnO2 نسبت به ساير جاذب¬ها بوده و اين نانوكامپوزيت براي ادامه¬ي مطالعات جذبي انتخاب شد. تأثير چهار عامل اصلي شامل غلظت، مقدار جاذب، pH و زمان تماس بر فرآيند حذف يون¬هاي فلزي آهن (ӀӀ) و منگنز (ӀӀ) با استفاده از روش سطح پاسخ (RSM) و طرح مركب مركزي (CCD)، در 22 آزمايش و 5 سطح مورد بررسي و بهينه¬سازي قرار گرفت. مقادير بهينه¬ي فاكتورها در بازه¬ي مورد مطالعه، زمان تماس 30 دقيقه، مقدار جاذب 01ر0 گرم در ليتر، pH برابر 6 و غلظت اوليه 100 و 80 ميلي¬گرم بر ليتر به ترتيب براي يون¬هاي آهن (ӀӀ) و منگنز (ӀӀ) تعيين گرديد. همچنين حداكثر ظرفيت جذب يون¬هاي فلزي آهن (ӀӀ) و منگنز (ӀӀ) در شرايط بهينه به وسيله جاذب Fe3O4@LDH@MnO2 به ترتيب 09ر238 و 30ر81 ميلي¬گرم بر گرم بدست آمد. داده¬هاي تعادلي جذب به خوبي با مدل لانگموير (9958ر0 = R2Fe و9942ر0 = R2Mn) قابل توصيف هستند كه بيانگر جذب تك¬لايه و شيميايي بر سطح Fe3O4@LDH@MnO2 مي¬باشد. همچنين بررسي چهار مدل سينتيكي براي حذف يون¬هاي منگنز (ӀӀ) و آهن (ӀӀ) نشان داد كه فرآيند جذب به ترتيب با ضريب همبستگي 9995ر0 و 9996ر0 تطابق خوبي با مدل شبه مرتبه¬ي دوم دارد. به علاوه پس از بررسي تأثير دما بر ظرفيت جذب جاذب منتخب و پارامترهاي ترموديناميكي، فرآيند جذب خودبخودي و گرماگير معرفي گرديد. بازيابي و دفع يون¬هاي فلزي با استفاده از محلول 5ر0 مول بر ليتر NaCl انجام شد و نتايج نشان داد كه Fe3O4@LDH@MnO2 براي حذف هر دو يون فلزي از محلول آبي پس از 6 چرخه جذب و واجذب مناسب است. همچنين، شرايط بهينه جذب جهت بررسي عملكرد نانوذرات مغناطيسي سنتز شده براي حذف يون¬هاي فلزي آهن (ӀӀ) و منگنز (ӀӀ) در نمونه حقيقي با روش افزايش استاندارد مورد بررسي قرار گرفت. تحقيق حاضر، استفاده از Fe3O4@LDH@MnO2 را به عنوان جاذبي ارزان ¬قيمت و زيست¬سازگار، در كنار سهولت سنتز، ظرفيت جذب بالا و قابليت بازيابي مجدد براي حذف يون¬هاي آهن (ӀӀ) و منگنز (ӀӀ) پيشنهاد مي¬دهد.

1399/07/07

Application of layered double hydroxides to remove Fe2+ and Mn2+ from water sources

5/31/2021 12:00:00 AM

In this work, several magnetic nanoparticles (Fe3O4) with silica (SiO2) and Mg-Fe-CO_3^(2-) layered double hydroxide (LDH) as the shell was prepared then modified with manganese dioxide (MnO2) to the removal of iron (Fe2+) and manganese (Mn2+) ions. The structural variation of prepared nanocomposites confirmed by several characterization techniques. Investigating the effect of chemical modification show that Fe3O4@LDH@MnO2 is very effective in the adsorption of Fe2+ and Mn2+ from aqueous solutions. The central composite design (CCD) defined under response surface methodology (RSM) was employed to optimize and interaction effects of variables like adsorbent dose, adsorption time, pH as well as initial concentration on removal efficiency of iron and manganese with Fe3O4@LDH@MnO2. From RSM results, the optimum values in the range of amounts studied for the maximum response of adsorption capacity were achieved to be 100 and 80 (mg L-1) of iron and manganese concentrations, 0.01 (g) of adsorbent, contact time 30 (min), pH 6 and the maximum adsorption capacity of Fe2+ and Mn2+ were found to be 238.09 and 81.30 mg/g respectively. The equilibrium data were checked by Langmuir, Temkin, and Freundlich isotherm models. The pseudo-first and -second order, Elovich, intra-particle diffusion, and particle diffusion kinetic models were applied to describe the adsorption rates. Thermodynamic parameters studies indicated that heavy metals adsorption onto Fe3O4@LDH@MnO2 is a spontaneous and endothermic. Regeneration process was performed with NaCl and proven it was a suitable desorbing reagent in the discharge of Fe2+ and Mn2+. The reusability of prepared magnetic Fe3O4 nano particle was investigated up to six cycles. The adsorption method was utilized for the adsorptive removal of Fe2+ and Mn2+ in two water samples.