مقایسه میزان جذب فلز سنگین کروم از محلول‌های آبی با استفاده از نانو گرافن متخلخل مغناطیسی (NPG/ Fe3O4) و نانو ذرات آهن (Fe3O4)

Document Type: Research Paper

Authors

Abstract

در این مطالعه جهت مقایسه میزان جذب فلز سنگین کروم شش ظرفیتی از محلول‌های آبی با دو جاذب، نانو گرافن متخلخل مغناطیسی NPG/ Fe3O4 و نانو ذرات آهن Fe3O4 فرآیند جذب بررسی گردید. در این فرآیند به‌منظور حذف سریع و بهینه جاذب و جذب‌‌‌‌شونده از فاز مایع، از یک آهنربای قوی دستی استفاده گردید. اثر پارامترهای مختلف همچون  pHمحلول، زمان جذب، غلظت جاذب، دما و غلظت اولیه کروم در روند کاهش غلظت آلاینده مورد بررسی و مقادیر بهینه هر کدام از فاکتورها برای هر جاذب مشخص شد. مدل‌‌سازی فرآیند جذب با استفاده از دو مدل ایزوترم لانگمایر و فروندلیچ و معادلات سینتیکی شبه درجه اول و دوم مورد بررسی قرار گرفت. نتایج به‌دست آمده نشان از همخوان بودن میزان جذب با مدل ایزوترم لانگمایر و معادله سینتیکی شبه درجه دوم برای هر دو جاذب بوده است. همچنین بررسیترمودینامیکنشاندادکه فرآیند جذب با افزایش بی‌‌‌نظمی همراه بوده و گرماگیر است. نتایج پژوهش نشان داد که نانو جاذ‌ب‌های موجود به‌دلیلجداسازی راحتوسریعازمحلولمی‌تواندبه‌‌عنوانیکجاذبمؤثربرایحذفآلاینده‌‌ها به‌ویژه فلزات سنگین ازآبوفاضلاب در صنعت بهکاررود این درحالی‌است که نانو جاذب Fe3O4 اگرچه به‌همراه گرافن متخلخل جهت حذف آلاینده عملکرد مطلوبی داشته ولی به‌تنهایی در مقایسه با گرافن متخلخل مگنت شده راندمان بهتری نداشته است.

- Ahmad MA, Alrozi R. (2011) "Removal of Malachite green dye from aqueous solution using rambutan peel-based activated Carbon", Equilibrium, kinetic and thermodynamic studies. Chemical Engineering Journal 171,510-516.

 - Chandra, V., Park, J., Chun, Y., Lee, J.W., Hwang, I.-C., Kim, K.S., (2010) "Water-dispersible magnetite-reduced graphene oxide composites for arsenic removal", ACS nano 4, 3979-3986.

- Chen, J.H., Xing, H.T., Guo, H.X., Li, G.P., Weng, W., Hu, S.R., (2013) "Preparation, characterization and adsorption properties of a novel 3-aminopropyltriethoxysilane functionalized sodium alginate porous membrane adsorbent for Cr (III) ions", Journal of hazardous materials 248, 285-294.

 

- Cho, H.-H., Wepasnick, K., Smith, B.A., Bangash, F.K., Fairbrother, D.H., Ball, W.P., (2009) "Sorption of aqueous Zn [II] and Cd [II] by multiwall carbon nanotubes", the relative roles of oxygen-containing functional groups and graphenic carbon, Langmuir 26, 967-981.

 

- Fathi S, Rezaei Kalantary R, Rashidi A, Karbassi A. (2016) "Hexavalent chromium adsorption from aqueous solutions using nanoporous graphene/ Fe3O4 (NPG/Fe3O4: modeling and optimization)", Desalination and Water Treatment 57, 28284-28293.

 

- Fuertes, A.B., Tartaj, P., (2006) "A facile route for the preparation of superparamagnetic porous carbons", Chemistry of materials 18, 1675-1679.

 

- Ihsanullah, Al-Khaldi, F.A., Abu-Sharkh, B., Abulkibash, A.M., Qureshi, M.I., Laoui, T., Atieh, M.A., (2015)" Effect of acid modification on adsorption of hexavalent chromium (Cr (VI)) from aqueous solution by activated carbon and carbon nanotubes", Desalination and Water Treatment,      1-13.

 

- Iram, M., Guo, C., Guan, Y., Ishfaq, A., Liu, H., (2010) "Adsorption and magnetic removal of neutral red dye from aqueous solution using Fe3O4 hollow nanospheres", Journal of Hazardous materials 181, 1039-1050.

 

- Juang, Z.-Y., Wu, C.-Y., Lu, A.-Y., Su, C.-Y., Leou, K.-C., Chen, F.-R., Tsai, C.-H., (2010) "Graphene synthesis by chemical vapor deposition and transfer by a roll-to-roll process", Carbon 48, 3169-3174.

- Kakavandi, B., Jafari, A.J., Kalantary, R.R.,

Nasseri, S., Ameri, A., Esrafily, A., (2010)              "Synthesis and properties of Fe3O4-activated carbon magnetic nanoparticles for removal of aniline from aqueous solution", equilibrium, kinetic and thermodynamic studies, Iran J Environ Health Sci Eng 10, 10-19.

 

- Karthik, R., Meenakshi, S., (2014) "Removal of hexavalent chromium ions from aqueous solution using chitosan/polypyrrole composite" Desalination and Water Treatmen, 14-1.

 

- Khedr, S., Shouman, M., Fathy, N., Attia, A., (2014) “Effect of physical and chemical activation on the removal of Hexavalent chromium ions using Palm Tree Branches", ISRN Environmental Chemistry 2014.

 

- Kousalya, G., Gandhi, M.R., Meenakshi, S., (2010) "Sorption of chromium (VI) using modified forms of chitosan beads", International journal of biological macromolecules, 47, 308-315.

 

- Li, X., Cai, W., An, J., Kim, S., Nah, J., Yang, D., Piner, R., Velamakanni, A., Jung, I., Tutuc, E., (2009) "Large-area synthesis of high-quality and uniform graphene films on copper foils", Science 324, 1312-1314.

 

- Maleki, A., Hayati, B., Naghizadeh, M., Joo, S.W., (2015) "Adsorption of Hexavalent chromium by metal organic frameworks from aqueous solution", Journal of Industrial and Engineering Chemistry 28, 211-216.

 

- Mohan, D., Sarswat, A., Singh, V.K., Alexandre-Franco, M., Pittman, C.U., (2011) "Development of magnetic activated carbon from almond shells for trinitrophenol removal from water", Chemical Engineering Journal 172, 1111-11, 25.

 

- Morozov, S., Novoselov, K., Katsnelson, M., Schedin, F., Elias, D., Jaszczak, J., Geim, A., (2008) "Giant intrinsic carrier mobilities in graphene and its bilayer", Physical review letters 100, 016602.

 

- Muñoz, R., Gómez‐Aleixandre, C., (2013)             "Review of CVD synthesis of graphene", Chemical

Vapor Deposition 19, 297-322.

 

- Novoselov, K., Geim, A.K., Morozov, S., Jiang, D., Katsnelson, M., Grigorieva, I., Dubonos, S., Firsov, A., (2005) "Two-dimensional gas of massless Dirac fermions in graphene", nature     438, 197-200.

 

- Park, K.S., Kim, S., Kim, H., Kwon, D., Lee, Y.-E.K., Min, S.-W., Im, S., Choi, H.J., Lim, S., Shin, H., (2015) "Wafer- scale single- domain- like graphene by defect-selective atomic layer deposition of hexagonal ZnO", Nanoscale 7, 17702-17709.

 

- Reina, A., Jia, X., Ho, J., Nezich, D., Son, H., Bulovic, V., Dresselhaus, M.S., Kong, J., (2008) "Large area, few-layer graphene films on arbitrary substrates by chemical vapor deposition", Nano letters 9, 30-35.

 

- Selvi, K., Pattabhi, S., Kadirvelu, K., (2001) "Removal of Cr (VI) from aqueous solution by adsorption onto activated carbon", Bioresource technology 80, 87-89.

 

- Sidiras, D., Politi, D., Batzias, F., Boukos, N., (2013) "Efficient removal of hexavalent chromium from aqueous solutions using autohydrolyzed Scots Pine (Pinus Sylvestris) sawdust as adsorbent", International Journal of Environmental Science and Technology 10, 1337-1348.

 

- Spinelli, V.A., Laranjeira, M.C., Fávere, V.T., (2004) "Preparation and characterization of quaternary chitosan salt: adsorption equilibrium of chromium (VI) ion", Reactive and Functional Polymers 61, 347-352.

 

- Wang, X., Wang, H., Wang, J., Sun, R., Wu, J., Liu, S., Bai, Y., Mun, J.-H., Bancroft, I., Cheng, F., (2011) "The genome of the mesopolyploid crop species Brassica rapa", Nature genetics 43, 1035-.1039

 

- Zheng, H., Liu, D., Zheng, Y., Liang, S., Liu, Z., (2009) "Sorption isotherm and kinetic modeling of aniline on Cr-bentonite", Journal of hazardous materials 167, 141-147.