26844

سنتز دانه هاي نانوكامپوزيت بر پايه آلژينيت به عنوان جاذب كارآمد براي حذف سرب، آرسنيك و كادميوم از آب

دكتري

شيمي

1400-1401

1401/4/28

افسانه ملاحسيني - علي غفاري نژاد

شيمي

در اين مطالعه، دو ريزدانه‌ اصلاح شده جديد سنتز و به عنوان جاذب مورد استفاده قرار گرفتند. اولين مورد مبتني بر متفورمين (Met)، Met-GO@Alg بود كه از اكسيد گرافن (GO) و دانه‌هاي آلژينات (Alg) تشكيل شده بود و براي حذف يون‌هاي آرسنيك و سرب از محيط‌هاي آبي استفاده ‌شد. دومي، ريزدانه‌هاي آلژينات در قفس نانوذرات مغناطيسي سولفونه (S.MNPs@Alg) براي حذف بهتر يون‌هاي كادميوم و سرب از آب مي باشد. جاذب ها با تكنيك هاي طيف سنجي مادون قرمز تبديل فوريه (FTIR)، پراش اشعه ايكس (XRD)، ميكروسكوپ الكتروني روبشي (SEM) و طيف سنجي اشعه ايكس پراكنده انرژي (EDX) مشخصه يابي شدند. اثر pH محلول، ميزان جاذب، زمان تماس، دما و يون‌هاي مزاحم مورد مطالعه و بهينه‌سازي قرار گرفت. ماهيت جذب آرسنيت و آرسنات، سرب (Pb2+)، و كادميوم (Cd2+) با الگو‌هاي مختلف همدما، سينتيك و ترموديناميكي به كار گرفته شد. از اين رو، براي حذف Pb2+ با Met-GO@Alg، فرآيند سينتيكي جذب با مدل شبه مرتبه دوم (R2 > 0.97) با راندمان حذف 95% مطابقت دارد. همدماي جذب به خوبي با الگوي فروندليچ (R2 > 0.99) با حداكثر ظرفيت جذب 370 ميلي گرم بر گرم تطابق دارد. به طور كلي، نانوكامپوزيت Met-GO@Alg كارايي، كاربرد و قابليت 5 مرتبه استفاده مجدد را به خوبي نشان داد. براي حذف آرسنيت و آرسنات با Met-GO@Alg، فرآيند تجربي تاييد شده با حالت‌هاي همدما، نشان مي‌دهد كه مدل لانگموير (R2 > 0.99) بهتر از حالت فروندليچ براي داده‌هاي جذب برازش دارد. نرخ جذب مورد مطالعه قرار گرفت و الگو‌هاي سينتيكي از شبه مرتبه دوم (R2> 0.99) پيروي كردند و جذب در 120 دقيقه براي آرسنيت و آرسنات به تعادل رسيد. حداكثر ظرفيت جذب به‌دست‌آمده به ترتيب براي آرسنيت و آرسنات 1/64 و 5/84 ميلي‌گرم بر گرم بود. راندمان حذف به‌دست‌آمده براي آرسنيت 81 درصد و براي آرسنيت 92 درصد بود. دانه ها با استفاده از محلول NaOH با موفقيت بازيابي شدند و براي چرخه هاي متعدد مجددا استفاده شدند. با به دام انداختن گرافن اكسيد و متفورمين، حذف آرسنيت و آرسنات در محيط هاي آبي افزايش يافت. براي حذف Cd2+ و Pb2+ با S.MNPs@Alg، راندمان حذف در بهترين شرايط تجربي بيش از 95 درصد گزارش شد. اين فرآيند به خوبي با الگوي لانگموير مطابقت دارد و حداكثر ظرفيت جذب به‌دست‌آمده 85 ميلي‌گرم بر گرم و 37 ميلي‌گرم بر گرم به ترتيب براي يون هاي Pb(II) و Cd(II) به دست آمد. آماده سازي S.MNPs@Alg آسان است و جذب كارآمد يون‌هاي كادميوم (II) و سرب (II) با مكانيسم جذب فيزيكي و با الگوي جذب شبه مرتبه دوم انجام مي شود. جاذب تنها كمتر از 5% از راندمان حذف خود را در 5 چرخه جذب - واجذب از دست داد.

1401/05/25

SYNTHESIS OF ALGINATE-BASED NANOCOMPOSITE BEADS AS AN EFFICIENT ADSORBENT FOR REMOVAL OF LEAD, ARSENIC AND CADMIUM FROM WATER

7/19/2023 12:00:00 AM

In this study, two novel modified microbeads were synthesized and used as adsorbents. The first one was based on metformin (Met), the Met-GO@Alg, which was composed of graphene oxide (GO) and alginate beads (Alg) and applied to the removal of arsenic and lead ions from aqueous media. The second one, sulfonated magnetic nanoparticle caged alginate microbeads (S.MNPs@Alg) was developed for enhanced removal of cadmium and lead ions from water. The adsorbents were characterized by Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR), X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM), and energy-dispersive X-ray spectroscopy (EDX) techniques. The effect of solution pH, adsorbent dosage, contact time, temperature, and co-existing ions were studied and optimized. The arsenite and arsenate,lead (Pb2+), and cadmium (Cd2+) adsorption nature were adopted with various isotherms, kinetics, and thermodynamic models. Hence, for Pb2+ removal with Met-GO@Alg, the adsorption kinetic process is fit with the pseudo-second-order model (R2 > 0.97) with 95% removal efficiency. The adsorption isotherm is well fit to the Freundlich model (R2 > 0.99) with the maximum adsorption capacity of 370 mg. g-1. Overall, Met-GO@Alg nanocomposite revealed good efficiency, applicability, and 5 times reusability. For arsenite and arsenate removal with Met-GO@Alg, the experimental process validated with isotherm modes, the results are perfumed that the Langmuir model (R2 > 0.99) is better fitted to adsorption data than the Freundlich mode. The adsorption rate was studied and kinetics models followed a pseudo-second-order (R2>0.99) and adsorption reached to be equilibrium at 120 min for arsenite and arsenate. The maximum adsorption capacity obtained was 64.1 and 84.5 mg. g-1 for arsenite and arsenate, respectively. The removal efficiency obtained was 81% for arsenite and 92% for arsenate, respectively. Beads were successfully regenerated by using NaOH solution and reused for multiple cycles. By entrapping graphene oxide and metformin there was enhanced removal achieved for arsenite and arsenate in aqueous media. For Cd2+ and Pb2+ removal with S.MNPs@Alg, the removal efficiencies were reported to be over 95%, under the best experimental condition. The process is fitted well to the Langmuir model and the maximum adsorption capacity obtained was 85 mg. g-1 and 37 mg. g-1 for Pb(II) and Cd(II) ions respectively. The as-prepared S.MNPs@Alg is easy to prepare and effective in the uptake of Cd(II) and Pb(II) ions with a physisorption mechanism, which adsorption rate is limited with the pseudo-second-order model. The adsorbent lost less than 5% of its removal efficiency in five adsorption-desorption cycles.

آلژينيت , متفورمين , گرافن اكسيد , نانوذرات مغناطيسي سولفوردار شده , جذب يون هاي سرب، كادميوم و آرسنيك

Alginate , Metformin , Graphene Oxide , Sulfonated magnetic nanoparticle , Lead, Arsenic, and Cadmium ions adsorption

Ayad Sami Abboud

Afsaneh Mollahosseini - Ali Ghaffarinejad