دوره 14، شماره 3: 1397:410-418

بررسی کارایی نانوذرات مغناطیسی سیلیکا- استر (Fe3O4@SiO2-MPAP) در حذف رنگ‌زای آنیونی از محلول‌های آبی: مطالعات سینتیکی، تعادلی و ترمودینامیکی

محسن محمدی گلنگش, زهرا بزرگ‌پناه خراط, علی محمد صنعتی

DOI: 10.22122/jhsr.v14i3.3385

چکیده


مقدمه: حذف رنگ‌هاي راکتیوآزو، یکی از مشکلات اساسی در فرایند تصفیه پساب‌های صنايع نساجی شناخته می‌شود. در سال‌های اخیر استفاده از نانوذرات برای حذف و کاهش آلاینده‌ها در محیط‌های آبی بسیار مورد توجه قرار گرفته است. هدف از انجام پژوهش حاضر، سنتز نانوذرات مغناطیسی آهن- سیلیکا با گروه عاملی استر (سیلیکا- استر Fe3O4@SiO2-MPAP) و بررسی کارایی آن‌ها جهت حذف رنگ راکتیو بلک 5 (Reactive Black-5 یا RB-5) از محلول‌های آبی بود.

روش‌ها: سنتز نانوذرات سیلیکا- استر به روش هم‌رسوبی در شرایط قلیایی صورت گرفت. جهت تعیین اندازه نانوذرات، از تکنیک میکروسکوپ الکترونی عبوری (Transmission electron microscopy یا TEM) استفاده و تأثیر متغيرهاي مستقل pH، غلظت اولیه رنگ و مقدار نانوذرات بر راندمان حذف رنگ بررسی گردید. آنالیزهای سینتیک، ایزوترم و ترمودینامیک به منظور تعیین نرخ و مکانیسم جذب انجام شد. در نهایت، کارایی نانوذرات بازیافت شده جهت حذف رنگ RB-5 مورد بررسی قرار گرفت.

یافته‌ها: 100 درصد حذف رنگ در 2 = pH، غلظت رنگ 20 میلی‌گرم بر لیتر توسط نانوجاذب سیلیکا- استر با مقدار 3/0 گرم بر لیتر و در مدت زمان 80 دقیقه به دست آمد. مطالعات سینتیکی نشان داد که سینتیک حذف رنگ RB-5 در شرایط بهینه از سینتیک شبه مرتبه دوم تبعیت کرد و فرایند جذب، شیمیایی بود. داده‌های تعادلی جذب به خوبی با مدل ایزوترمی Langmuir مطابقت نمود. مطالعات ترمودینامیکی نشان داد که فرايند جذب رنگ به سادگی امکان‌پذير، خود به‌ خودی و گرماگیر می‌باشد و نانوجاذب‌های سنتز شده پس از پنج مرتبه بازیابی، از کارایی حذف مطلوبی برخوردار بودند.

نتیجه‌گیری: نانوذرات سیلیکا- استر در حذف رنگ RB-5 از محلول‌های آبی کارامد می‌باشند و این نانوذرات می‌توانند با توجه به ساختار شیمیایی و قدرت بازیابی مناسب، به عنوان جاذب مناسبی برای حذف رنگ‌های آنیونی از محلول‌های آبی مورد توجه قرار گیرند.


واژگان کلیدی


رنگ‌زا؛ سیلیکا؛ استر؛ آلودگی آب؛ نانوذرات مغناطیسی

تمام متن:

PDF

مراجع


Anbia M, Salehi S. Removal of acid dyes from aqueous media by adsorption onto amino-functionalized nanoporous silica SBA-3. Dyes Pigm 2012; 94(1): 1-9.

Kaykioglu G, Gunes E. Comparison of acid red 114 Dye adsorption by Fe3O4 and Fe3O4 impregnated rice husk ash. J Nanomater 2016; 2016: 6304096.

Nandi BK, Goswami A, Purkait MK. Removal of cationic dyes from aqueous solutions by kaolin: Kinetic and equilibrium studies. Appl Clay Sci 2009; 42(3): 583-90.

Ozdemir O, Turan M, Turan AZ, Faki A, Engin AB. Feasibility analysis of color removal from textile dyeing wastewater in a fixed-bed column system by surfactant-modified zeolite (SMZ). J Hazard Mater 2009; 166(2-3): 647-54.

Ghanizadeh G, Asgari G. Removal of methylene blue dye from synthetic wastewater with bone char. Iran J Health Environ 2009; 2(2): 104-13. [In Persian].

Chen AH, Huang YY. Adsorption of Remazol Black 5 from aqueous solution by the templated crosslinked-chitosans. J Hazard Mater 2010; 177(1-3): 668-75.

Patel R, Suresh S. Kinetic and equilibrium studies on the biosorption of reactive black 5 dye by Aspergillus foetidus. Bioresour Technol 2008; 99(1): 51-8.

Kyzas GZ, Travlou NA, Kalogirou O, Deliyanni EA. Magnetic Graphene Oxide: Effect of Preparation Route on Reactive Black 5 Adsorption. Materials (Basel) 2013; 6(4): 1360-76.

Mittal H, Parashar V, Mishra SB, Mishra AK. Fe3O4 MNPs and gum xanthan based hydrogels nanocomposites for the efficient capture of malachite green from aqueous solution. Chem Eng J 2014; 255: 471-82.

Moussavi G, Mahmoudi M. Removal of azo and anthraquinone reactive dyes from industrial wastewaters using MgO nanoparticles. J Hazard Mater 2009; 168(2-3): 806-12.

Sheshmani S, Ashori A, Hasanzadeh S. Removal of Acid Orange 7 from aqueous solution using magnetic graphene/chitosan: A promising nano-adsorbent. Int J Biol Macromol 2014; 68: 218-24.

Yazdanbakhsh M, Khosravi I, Goharshadi EK, Youssefi A. Fabrication of nanospinel ZnCr2O4 using sol-gel method and its application on removal of azo dye from aqueous solution. J Hazard Mater 2010; 184(1-3): 684-9.

Mohagheghian A, Vahidi-Kolur R, Pourmohseni M, Yang JK, Shirzad-Siboni M. Application of Scallop shell-Fe3O4 Nano-Composite for the Removal Azo Dye from Aqueous Solutions. Water Air Soil Pollut 2015; 226: 321.

Ballav N, Debnath S, Pillay K, Maity A. Efficient removal of Reactive Black from aqueous solution using polyaniline coated ligno-cellulose composite as a potential adsorbent. J Mol Liq 2015; 209: 387-96.

Mohammadi S, Khayatian G, Atashkar B, Rostami A. Synthesis and application of magnetic nanoparticle supported ephedrine as a new sorbent for preconcentration of trace amounts of Pb and Cu in water samples. J Braz Chem Soc 2014; 25(11): 2039-47.

Alizadeh A, Khodaei M M, Beygzadeh M, Kordestani D, Feyzi M. Biguanide-functionalized Fe 3 O 4 /SiO 2 magnetic nanoparticles: An efficient heterogeneous organosuperbase catalyst for various organic transformations in aqueous media. Bull Korean Chem Soc 2012; 33(8): 2546.

Reynhardt JP, Yang Y, Sayari A, Alper H. Periodic mesoporous silica-supported recyclable rhodium-complexed dendrimer catalysts. Chem Mater 2004; 16(21): 4095-102.

Shariati S, Faraji M, Yamini Y, Rajabi AA. Fe3O4 magnetic nanoparticles modified with sodium dodecyl sulfate for removal of safranin O dye from aqueous solutions. Desalination 2011; 270(1): 160-5.

Aravindhan R, Fathima NN, Rao JR, Nair BU. Equilibrium and thermodynamic studies on the removal of basic black dye using calcium alginate beads. Colloids Surf A Physicochem Eng Asp 2007; 299(1): 232-8.

Galangash MM, Kolkasaraei ZN, Ghavidast A, Shirzad-Siboni M. Facile synthesis of methyl propylaminopropanoate functionalized magnetic nanoparticles for removal of acid red 114 from aqueous solution. RSC Advances 2016; 6(114): 113492-502.

Zarrabi M, Rahmani AR, Samarghandi MR, Barjasteh Askary F. Investigation the zero-valent iron (ZVI) performance in the presence of uv light and hydrogen peroxide on removal of azo dyes acid orange 7 and reactive black 5 from aquatic solutions. Iran J Health Environ 2013; 5(4): 469-78. [In Persian].

Begum HA, Mondal AK, Muslim T. Adsorptive removal of reactive black 5 from aqueous solution using chitin prepared from shrimp shells. Bangladesh Pharmaceutical Journal 2012; 15(2): 145-52.

Zhou L, Jin J, Liu Z, Liang X, Shang C. Adsorption of acid dyes from aqueous solutions by the ethylenediamine-modified magnetic chitosan nanoparticles. J Hazard Mater 2011; 185(2-3): 1045-52.

Cardoso NF, Lima EC, Calvete T, Pinto IS, Amavisca CV, Fernandes TH, et al. Application of aqai stalks as biosorbents for the removal of the dyes reactive black 5 and reactive orange 16 from aqueous solution. J Chem Eng Data 2011; 56(5): 1857-68.

Gautam RK, Rawat V, Banerjee S, Sanroman MA, Soni S, Singh SK, et al. Synthesis of bimetallic FeZn nanoparticles and its application towards adsorptive removal of carcinogenic dye malachite green and Congo red in water. J Mol Liq 2015; 212: 227-36.

Eren Z, Acar FN. Adsorption of Reactive Black 5 from an aqueous solution: Equilibrium and kinetic studies. Desalination 2006; 194(1): 1-10.

Saygi B, Tekin D. Photocatalytic degradation kinetics of Reactive Black 5 (RB5) dyestuff on TiO2 modified by pretreatment with ultrasound energy. Reaction Kinetics, Mechanisms and Catalysis 2013; 110(1): 251-8.

Ozcan AS, Erdem M. Adsorption of Reactive Black 5 onto quaternized 2-dimethylaminoethyl methacrylate based polymer/clay nanocomposites. Adsorption 2016; 22(4-6): 767-76.

Xu Z, Li W, Xiong Z, Fang J, Li Y, Wang Q. Removal of anionic dyes from aqueous solution by adsorption onto amino-functionalized magnetic nanoadsorbent. Desalination and Water Treatment 2016; 57(15): 7054-65.




DOI: http://dx.doi.org/10.22122/jhsr.v14i3.3385

Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0

This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 Unported License which allows users to read, copy, distribute and make derivative works for non-commercial purposes from the material, as long as the author of the original work is cited properly.