حذف هم‌زمان مقادیر ناچیز فلزات سنگین با استفاده از نانوکامپوزیت سیلیکا آیروژل به‌همراه مایع یونی و گرافن‌اکسید: بهینه‌سازی با روش سطح پاسخ

هوشمند, فاطمه; نظری, محمد

doi:10.48301/kssa.2022.324646.1944

حذف هم‌زمان مقادیر ناچیز فلزات سنگین با استفاده از نانوکامپوزیت سیلیکا آیروژل به‌همراه مایع یونی و گرافن‌اکسید: بهینه‌سازی با روش سطح پاسخ

نوع مقاله : مقاله پژوهشی (کاربردی)

نویسندگان

¹ استادیار، گروه علوم مهندسی، آموزشکده دختران ایلام، دانشگاه فنی و حرفه‌ای، ایلام، ایران.

² عضو هیئت علمی، گروه علوم مهندسی، آموزشکده پسران ایلام، دانشگاه فنی و حرفه‌ای، ایلام، ایران.

10.48301/kssa.2022.324646.1944

چکیده

یکی از مشکل‌سازترین و خطرناک‌ترین آلاینده‌های موجود برای محیط‌زیست و انسان، فلزات سنگین هستند. در این مطالعه از روش جذب سطحی که یکی از مؤثرترین و اقتصادی‌ترین روشهای کاهش آلودگیهای مربوط به فلزات سنگین است، به‌منظور حذف هم‌زمان کروم (VI) و جیوه از آب‌های آلوده استفاده شده است. در این تحقیق، جاذب با اصلاح اکسیدگرافن مغناطیسی‌شده با نانواکسید مغناطیسی آهن توسط تتراهیدروسیلان و 3-کلروپروپیل تری متوکسی سیلان سنتز گردید. طراحی آزمایش‌ها برای بررسی تأثیر pH، دوز جاذب و غلظت آلاینده توسط روش رویه پاسخ باکس بنکن صورت گرفت و مشخص شد بیشترین مقدار جذب در pH 5/6 صورت میگیرد. همچنین با افزایش غلظت آلاینده تا 150 میلی‌گرم بر لیتر و نیز کاهش دوز جاذب تا 5/0 گرم بر لیتر، ظرفیت جاذب افزایش یافت. خصوصیات فیزیکی، شیمیایی و مورفولوژی جاذب تهیه‌شده، با کمک تحلیل‌های EDS، FE-SEM تعیین شد. ایزوترمهای فروندلیچ، لانگمویر، تمکین و بغدادی بررسی شد که نتایج نشان داد فرایند جذب در هردو فلز، سنگین از مدل لانگمویر تبعیت میکند. در ادامه، ایزوترم لانگمویر در pHهای مختلف رسم گردید که بیشترین ظرفیت جذب برای جیوه در pH 5/6 با مقدار 109 میلیگرمبرگرمجاذب و این مقدار برای کروم (VI) در همین pH با مقدار 99میلیگرم برگرمجاذب صورت گرفت.

کلیدواژه‌ها

20.1001.1.23829796.1401.19.3.27.7

موضوعات

مهندسی شیمی

عنوان مقاله [English]

Removal of Trace Amounts of Heavy Metals Using Silica Aerogel Nanocomposite with Ionic Liquid and Graphene Oxide: Optimization by Response Surface Methodology

نویسندگان [English]

Fatemeh Houshmand ¹
Mohammad Nazari ²

¹ Assistant Professor, Department of Industrial Chemistry engineering, Faculty of Ilam, Technical and Vocational University (TVU), Ilam, Iran.

² Faculty Member, Department of Industrial Chemistry engineering, Faculty of Ilam, Technical and Vocational University (TVU), Ilam, Iran.

چکیده [English]

Heavy metals are of the most dangerous and hazardous environmental contaminants for humans. In the present study, adsorption method, which is known as one of the most effective and economical methods to reduce pollution related to heavy metals, was used to simultaneously remove chromium (VI) and mercury from contaminated water. The adsorbent was synthesized by modifying magnetized graphene oxide with magnetic iron nano-oxide by tetrahydro- silane and 3-chloropropyl trimethoxy-silane. It was found that the highest amount of adsorption occurs at pH 6.5. In addition, by increasing the concentration of contaminants by up to 150 mg / l and also reducing the adsorbent dose to 0.5 g / l, the adsorbent capacity increased. Physical, chemical and morphological properties of the adsorbent were determined using EDS and FE-SEM analyses. Freundlich, Langmuir and Temkin, and Baghdadi (UT) isotherms were studied and the results showed that the adsorption process in both heavy metals follow the Langmuir model. The Langmuir isotherm was then plotted at different pH, with the highest adsorption capacity for mercury at pH 6.5 and 109 mg / g adsorbent and for chromium (VI) at 99 pH and 99 mg.

کلیدواژه‌ها [English]

Removal of heavy metals
Adsorption
Adsorption isotherms
Silica aerogels
Ionic liquids
Magnetic nanoparticles
Graphene oxide

مراجع

[1] Kuttiani Ali, J., Maher Chabib, C., Abi Jaoude, M., Alhseinat, E., Teotia, S., Patole, S., Hussain Anjum, D., & Qattan, I. (2021). Enhanced removal of aqueous phenol with polyimide ultrafiltration membranes embedded with deep eutectic solvent-coated nanosilica. Chemical Engineering Journal, 408, 128017. https://doi.org/10.1016/j.cej.2020.128017

[2] Awwad, A., Shammout, M., & Amer, M. (2021). Fe (OH) 3/kaolinite nanoplatelets: Equilibrium and thermodynamic studies for the adsorption of Pb (II) ions from aqueous solution. Chemistry International 7(2), 90-102. https://doi.org/10.5281/zenodo.4442351

[3] Gestin, O., Lacoue-Labarthe, T., Coquery, M., Delorme, N., Garnero, L., Dherret, L., Ciccia, T., Geffard, O., & Lopes, C. (2021). One and multi-compartments toxico-kinetic modeling to understand metals’ organotropism and fate in Gammarus fossarum. Environment International, 156, 106625. https://doi.org/10.1016/j.envint.2021.106625

[4] Sturgeon, R. E. (2017). Photochemical vapor generation: a radical approach to analyte introduction for atomic spectrometry. Journal of Analytical Atomic Spectrometry, 32(12), 2319-2340. https://doi.org/10.1039/C7JA00285H

[5] Kazemzadeh, Y., Sharifi, M., & Riazi, M. (2018). Optimization of Fe3O4/Chitosan nanocomposite concentration on the formation and stability of W/O emulsion. Materials Research Express, 6(3), 035031. https://doi.org/10.1088/2053-1591/aaf7d9

[6] Organisation mondiale de la sante. (1992). International programme on chemical safety. WHO. https://apps.who.int/iris/bitstream/handle/10665/175580/WHA45_16_eng.p df?sequence=1

[7] Verma, R., Asthana, A., Singh, A. K., Prasad, S., & Susan, M. A. B. H. (2017). Novel glycine-functionalized magnetic nanoparticles entrapped calcium alginate beads for effective removal of lead. Microchemical Journal, 130, 168-178. https://doi.or g/10.1016/j.microc.2016.08.006

[8] United States Environmental Protection Agency. (2008). Hazardous Waste Listings A User-Friendly Reference Document. EPA. https://archive.epa.gov/epawaste/hazard /web/pdf/listing-ref.pdf

[9] Code of Federal Regulations. (1994). Applicability of treatment standards (40CFR268.40). CFR. https://www.govinfo.gov/content/pkg/CFR-2021-title40vol29/pdf/CFR-2021-titl e40-vol29-sec268-40.pdf

[10] Code of Federal Regulations. (1994). Standards and criteria for variances from classification as a solid waste (40CFR 260.31). CFR. https://www.govinfo.gov/co ntent/pkg/CFR-2021-title40-vol28/pdf/CFR-2021-title40-v ol28-sec260-31.pdf

[11] Shadmehr, J., Sedaghati, F., & Zeinali, S. (2021). Efficient elimination of propiconazole fungicide from aqueous environments by nanoporous MIL-101(Cr): process optimization and assessment. International Journal of Environmental Science and Technology, 18(10), 2937-2954. https://doi.org/10.1007/s13762-020-03035-x

[12] Chen, J., Yao, B., Li, C., & Shi, G. (2013). An improved Hummers method for eco-friendly synthesis of graphene oxide. Carbon, 64, 225-229. https://doi.org/10.1016 /j.carbon.2013.07.055

[13] Aslan, N., & Cebeci, Y. (2007). Application of Box–Behnken design and response surface methodology for modeling of some Turkish coals. Fuel, 86(1-2), 90-97. htt ps://doi.org/10.1016/j.fuel.2006.06.010

[14] Visser, W., & Hoc, J-M. (1990). Expert Software Design Strategies. In Psychology of Programming. Academic Press. https://doi.org/10.1016/B978-0-12-350772-3.50020-3

[15] Mittal, A., Kurup, L., & Mittal, J. (2007). Freundlich and Langmuir adsorption isotherms and kinetics for the removal of Tartrazine from aqueous solutions using hen feathers. Journal of Hazardous Materials, 146(1-2), 243-248. https://doi.org/10.1016/j.jhazmat. 2006.12.012

[16] Baghdadi, M. (2017). UT (University of Tehran) isotherm as a novel and useful adsorption isotherm for investigation of adsorptive removal of pollutants. Journal of Environmental Chemical Engineering, 5(2), 1906-1919. https://doi.org/10.1016/ j.jece.2017.03.037

[17] Chai, W. S., Cheun, J. Y., Kumar, P. S., Mubashir, M., Majeed, Z., Banat, F., Ho, S-H., & Show, P. L. (2021). A review on conventional and novel materials towards heavy metal adsorption in wastewater treatment application. Journal of Cleaner Production, 296, 126589. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2021.126589