بررسی الگو هم‌دما و سینتیک جذب یون آرسنات از محلول آبی با جاذب ZIF-8 تهیه شده به روش آب‌گرمایی

پژوهش های کاربردی در شیمی

مقاله 7، دوره 12، شماره 3، آذر 1397، صفحه 57-69   

نوع مقاله: پژوهشی

نویسندگان

زهره روستان¹؛ علیمراد رشیدی^{* 2}؛ مهدی برقعی³

¹دانشجوی دکتری گروه تخصصی مهندسی محیط زیست، دانشکده منابع طبیعی و محیط زیست، دانشگاه آزاد اسلامی، واحد علوم و تحقیقات، تهران، ایران

²استاد مهندسی شیمی، مرکز تحقیقات فناوری‌نانو و کربن، پژوهشگاه صنعت نفت، تهران، ایران

³استاد مهندسی محیط زیست، گروه مهندسی محیط زیست، دانشکده مهندسی شیمی و نفت، دانشگاه صنعتی شریف، تهران، ایران

چکیده

در این پژوهش چارچوب آلی- فلزی زئولیتی ایمیدازولات هشت (ZIF-8) به‌عنوان یک جاذب جدید برای حذف یونهای آرسنات از محلول آبی مورد استفاده قرارگرفت. ذره‌های بلوری ZIF-8 به‌صورت موفقیت‌آمیز با استفاده از روش آب‌گرمایی و با اعمال عامل دما ساخته شد. تعیین مشخصه‌های جاذب با استفاده از روش‌های جذب نیتروژن، پراش پرتو ایکس، طیف‌سنجی فروسرخ تبدیل فوریه و میکروسکوپ الکترونی روبشی انجام شد. اثر متغیرهای غلظت اولیه یون‌های فلزی، مقدار جاذب، زمان تماس و pH مورد بررسی قرار گرفت. همچنین، تطابق فرایند جذب از معادله‌های فروندلنیچ، لانگمویر و سینتیک شبه درجه اول و دوم مورد مطالعه قرار گرفت. سطح فعال ZIF-8 برپایه معادله 1303، BET مترمربع بر گرم به‌دست آمد و اندازه نانوذره‌های نمونه70 تا150 نانومتر بود. داده‌های هم‌دما و سینتیک جذب آرسنات بر ZIF-8 به ترتیب با الگو لانگمویر با ضریب همبستگی 0/979 و سینتیک شبه درجه دوم خطی نوع دوم با ضریب همبستگی 0/963 تطابق داشت. در شرایط بهینه، بیشترین ظرفیت جذب یون آرسنات 69/36 میلی گرم به ازای هر گرم جرم جاذب بود. نتایج به‌دست آمده از این مطالعه نشان داد که جاذب ZIF-8 توانایی بالایی در جذب یون‌های آرسنات بدون نیاز به اصلاح pH از آب‌های آلوده دارد.

کلیدواژه‌ها

ذرات بلوری ZIF-8؛ حذف آرسنات؛ هم‌دما؛ سینتیک؛ محلول آبی

مراجع

[1] Ng, J.C.; Wang, J.; Shraim, A.; Chemosphere 52, 1353-1359, 2003.

[2] Carabante, I.; Grahn, M.; Holmgren, A.; Hedlund, J.; J. Colloid. Interface. Sci. 351, 523-531, 2010.

[3] Mohan, D.; Pittman,C.U.; J. Hazard. Mater. 142, 1–53, 2007.

[4] Argos, M.; Kalra, T.; Rathouz, P.J.; Chen,Y.; Pierce, B.; Parvez, F.; Islam,T.; Ahmed, A.; Rakibuz-Zaman, M.; Hasan, R.; Sarwar,G.; Slavkovich,V.; vanGeen, A.; Graziano, J.; Ahsan, H.; Lancet. 376, 252–258, 2010.

[5] Jomova, K.; Jenisova, Z.; Feszterova, M.; Baros, S.; Liska, J.; Hudecova, D.; Rhodes, C.J.; Valko. M.; J. Appl. Toxicol. 31, 95–107, 2011.

[6] Choong, T.S.Y.; Chuah, T.G.; Robiah, Y.; Gregory Koay, F.L.; Azni, I.; Desalin. 217, 139–166, 2007.

[7] Duker, A.A.; Carranza, E.J.M.; Hale, M.; Environ. Int. 31, 631–641, 2005. 

[8] Aderhold, D.; Williams, C.J.; Edyvean, R.G.; J. Bioresour. Technol. 58, 1-6, 1996.

[9] Hu, X.; Lam, F.L.Y.; Cheung, L.M.; Chania, K.F.; Zhao, X.S.; Lu, G.A.; Catal. Today 68, 129-133, 2001.

[10] Hesampour, M.; Krzyzaniak, A.; Nystrom, M.; Desalin. 222, 212-221, 2008.

[11] Mohan, D.; Pittman, C.U.; J. Hazard. Mater. 142, 1–53, 2007.

[12] Han, C.; Li, H.; Pu, H., Yu, H., Deng, L.; Huang, S.L.; Uo, Y.; Chem. Eng. J. 217, 1–9, 2013.

[13] Zhang, Q.L.; Lin, T.C.; Chen, X.; Gao, N.Y.; J. Hazard.Mater. 148, 671–678, 2007. 

[14] Oliveira, D.Q.L.; Gonçalves, M.; Oliveira, L.C.A.; Guilherme, L.R.G.; J. Hazard. Mater. 151, 280–284, 2008. 

[15] Giménez, J.; Pablo, J.; Martínez, M.; Rovira, M.; Valderrama, C.; J. Colloid. Interface. Sci. 348, 293–297, 2010. 

[16] Sun, X.; Hu, C.; Hu, X.; Qu, J.; Yang, M.; J. Chem. Technol. Biotechnol. 88, 629–635, 2013.  

[17] Swarnkar, V.; Tomar, R.; J. Dispers. Sci. Technol. 33, 913–918, 2012.

[18] Anjum, A.; Lokeswari, P.; Kaur, M.; Datta, M.; J. Anal. Sci. Methods Instrum. 1, 25–30, 2011.  

[19] Veličković, Z.; Vuković, G.D.; Marinković, A.D.; Moldovan, M.S.; Perić-Grujić, A.A.; Uskoković, P.S.; Ristić, M. Đ.; Chem. Eng. J. 181, 174-181, 2012. 

[20] Li, J.R.; Sculley, J.; Zhou, H.C.; Chem. Rev. 112, 869-932, 2011.

[21] Zhou, H.C.; Long, J. R.; Yaghi, O.M.; Chem. Rev. 112, 673–674,  2012.

[22] Park, K.S.; Ni, Z.; Côté, A.P.; Choi, J.Y.; Huang, R.; Uribe-Romo, F.J.; Yaghi, O.M.; Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 103, 10186-10191, 2006.

[23] Nune, S.K.; Thallapally, P.K.; Dohnalkova, A.; Wang, C.; Liu, J.; Exarhos, G.J.; Chem. Commun. 46, 4878-4880, 2010.

[24] Bux, H.; Liang, F.; Li, Y.; Cravillon, J.; Wiebcke, M.; Caro, J.; J. Am. Chem. Soc. 131, 16000-16001, 2009.

[25] Isimjan, T.T.; Kazemian, H.; Rohani, S.; Ray, A.K.; J. Mater. Chem. 20,  10241-10245, 2010.

[26] Hertäg, L.; Bux, H.; Caro, J.; Chmelik, C.; Remsungnen, T.; Knauth, M.; Fritzsche, S.; J. Membr. Sci. 377, 36–41, 2011.

[27] Yao, J.; Dong, D.; Li, D.; He, L.; Xu, G.; Wang, H.; Chem. Commun. 47, 2559–2561, 2011.

[28] Wu, H.; Zhou, W.; Yildirim, T.; J. Am. Chem. Soc. 129, 5314-5315, 2007.

[29] Kida, K.; Okita, M.; Fujita, K.; Tanaka, S.; Miyake, Y.; Cryst. Eng.Comm. 15, 1794-1801, 2013.

[30] Phan, A.; Doonan, C.J.; Uribe-Romo, F.J.; Knobler, C.B.; O’keeffe, M.; Yaghi, O.M.; Acc. Chem. Res. 43, 58-67, 2010.

[31] Do Carmo Ramos, S.N.; Xavier, A.L.P.; Teodoro, F.S.; Elias, M.M.C.; Gonçalves, F.J.; Gil, L.F.; Gurgel, L.V.A.; Ind. Crops Prod. 74, 357-371, 2015.

[32] Fang, F.; Kong, L.; Huang, J.; Wu, S.; Zhang, K.; Wang, X.; Liu, J.; J. Hazard. Mater. 270, 1-10, 2014.

[33] Langmuir, I.; J. Am. Chem. Soc. 3, 1848-1906, 1917.

[34] Freundlich, H.M.F.; J. Phys. Chem. 57, 1100-1107, 1906.

[35] Lagergren, S.; Kungliga Svenska Vetenskapsakademiens Handlingar 24(4), 1-39, 1898.

[36] Kinniburgh, D.G.; Milne, C.J.; Benedetti, M.F.; Pinheiro, J.P.; Filius, J.; Koopal, L.K.; Van Riemsdijk, W.H.; Environ.Sci.Technol. 30, 1687-1698, 1996.

[37] Ho, Y. S.; McKay, G.; Can. J .Chem. Eng. 76, 822-827, 1998.

[38] Lestari, G.; Master of Science Thesis, King Abdullah University of Science and Technolohy, Saudi Arabia, 2012.

[39] Jian, M.; Liu, B.; Zhang, G.; Liu, R.; Zhang, X.; Colloids Surf. 465, 67-76, 2015.

[40] Dubois, L.H.; Nuzzo, R.G.; Rev. Phys. Chem. 43, 437–463, 1992.

[41] Bratos, S.; J. Chem. Phys. 63, 3499-3509, 1975.

[42] Ordonez, M.J.C.; Balkus, K.J.; Ferraris, J.P.; Musselman, I.H.; J. Membr.Sci. 361, 28-37, 2010.

[43] Shen, Y.; Zhang, Y.; Zhang, Q.; Niu, L.; You, T.; Ivask, A.; Chem. Commun. 33, 4193-4195, 2005.

[44] Jian, M.; Liu, B.; Zhang, G.; Liu, R.; Zhang, X.; Colloids Surf. 465, 67-76, 2015.

[45] Chizallet, C.; Lazare, S.; Bazer-Bachi, D.; Bonnier, F.; Lecocq, V.; Soyer, E.; Bats, N.; J. Am. Chem. Soc. 132, 12365-12377, 2010.

[46] Pena, M.; Meng, X.; Korfiatis, G.P.; Jing, C.; Environ. Sci. Technol. 40, 1257-1262, 2006.

[47] Castaldi, P.; Silvetti, M.; Enzo, S.; Melis, P.; J. Hazard.Mater. 175, 172-178, 2010.  

[48] Goldberg, S.; Johnston, C.T.; J. Colloid Interface Sci. 234, 204-216, 2001.

[49] Li, G.; Lan, J.; Liu, J.; Jiang, G.; J. Colloid Interface Sci. 405, 164-170, 2013.

[50] Mohan, D.; Pittman Jr, C.U.; J. Hazard. Mater. 142, 1-53, 2007.

[51] Barka, N.; Qourzal, S.; Assabbane, A.; Nounah, A.; Ait-Ichou, Y.; J. Saudi. Chem. Soc.15, 263-267, 2011.

[52] Jeon, C.S.; Baek, K.; Park, J.K.; Oh, Y.K.; Lee, S.D.; J.Hazard.Mater. 163, 804-808, 2009. 

[53] Gupta, A.; Chauhan, V.S.; Sankararamakrishnan, N.; Water research. 43, 3862-3870, 2009.

[54] Gupta, K.; Basu, T.; Ghosh, U.C.; J. Chem. Eng. Data. 54, 2222-2228, 2009.

[55] Zhang, G.S.; Qu, J. H.; Liu, H. J.; Liu, R.P.; Li, G. T.; Environ. Sci.Technol. 41, 4613- 4619, 2007. 

[56] Martinson, C.A.; Reddy, K.J.; J.Colloid. Interface. Sci. 336, 406–.411, 2009.

[57] Liu, B.; Jian, M.; Liu, R.; Yao, J.; Zhang, X. ; Colloids Surf. 481, 358-366, 2015.

[58] Luther, S.; Borgfeld, N.; Kim, J.; Parsons, J.G.; Microchem. J. 101, 30-36, 2012.

[59] Hu, J.S.; Zhong, L.S.; Song, W.G.; Wan, L.J.; Adv. Mater. 20, 2982-2977, 2008.

[60] Vu, T.A.; .; Le, G.H.; Dao, C.D.; Dang, L.Q.; Nguyen, K.T.;  RSC Adv. 5, 5261-5268, 2015.