سنتز، شناسایی و کاربرد نانوکامپوزیت پلی‌آکریل‌آمید-پلی‌استایرن/بنتونیت به‌منظور جذب سرب و کادمیم از آب آلوده

فرآیندهای نوین در مهندسی مواد

مقاله 6، دوره 13، شماره 4 - شماره پیاپی 51، دی 1398، صفحه 71-82   

نوع مقاله: علمی-پژوهشی

نویسندگان

امیر ابراهیم برادران مهدوی¹؛ ابراهیم پناهپور^{* 2}؛ روزبه جواد کلباسی³؛ علی غلامی²

¹دانشجوی دکتری خاکشناسی، پردیس علوم و تحقیقات خوزستان، دانشگاه آزاد اسلامی، اهواز، ایران گروه خاکشناسی، واحد اهواز، دانشگاه آزاد اسلامی، اهواز، ایران

²گروه خاکشناسی، واحد اهواز، دانشگاه آزاد اسلامی، اهواز، ایران

³عضو هیأت علمی گروه شیمی، دانشگاه خوارزمی، تهران، ایران.

چکیده

در طی دهه اخیر ساخت و کاربرد جاذب‌های مختلف عناصر سنگین از محیط ‌بسیار مورد توجه می‌باشد، در این میان نانوکامپوزیت‌ها بواسطه‌ی داشتن سطح ویژه و تخلخل بالا، قادر به حذف مقادیر نسبتاً زیادی از این گونه آلاینده‌ها از محیط‌های آبی می‌باشند. در این تحقیق نانوکامپوزیت پلی‌آکریل‌آمید-پلی‌استایرن/بنتونیت سنتز، شناسایی و مورد استفاده قرار گرفت. اثر شرایط تاثیر‌گذار بر جذب شامل: pH، نسبت بنتونیت به پلی‌‌‌آکریل‌آمید، میزان جاذب، زمان تماس، غلظت کاتیون و سینتیک عمل جذب مورد تحلیل و بررسی َقرار گرفت. ساختار نانوکامپوزیت با روش‌های TEM، BET، ، FT-IR و XRD شناسایی شد. میزان جذب سرب و کادمیم بوسیله دستگاه جذب اتمی مورد سنجش قرار گرفت. نتایج بررسی‌های ریز ساختاری نشان داد نانوکامپوزیت پلی‌آکریل‌آمید-پلی‌استایرن‌/بنتونیت از نظر فاصله لایه‌ها و سطح تماس، نسبت به بنتونیت افزایش چشمگیری داشته است. چنین ساختاری در شرایط بهینه افزایش نسبتاً زیادی از جذب آلاینده‌های کاتیونی سرب و کادمیم را نسبت به جاذب‌های بنتونیت و پلی‌آکریل‌آمید نشان می‌دهد. همچنین نتایج بررسی‌ها نشان داد که بیشترین مقدار جذب در 6=pH، بهترین نسبت بنتونیت به پلی‌آکریل‌آمید 5/2 :5، مقدار بهینه جاذب برابر با 5 گرم بر لیتر، مدت زمان تماس برابر با 12 ساعت و بیشترین جذب فلزات در غلظت 150 میلی‌گرم بر لیتر ‌بدست آمد.

کلیدواژه‌ها

محیط‌های آبی؛ سرب؛ کادمیوم؛ بنتونیت؛ پلی‌آکریل‌آمید

مراجع

 [1]     K. Jlassi, M. Benna-Zayan, S. Thomas & M. M. Chehimi, “Clay/polyaniline hybrid through diazonium chemistry: Conductive nanofiller with unusual effects oninterfacial properties of epoxy nanocompositesˮ, Langmuir, Vol. 32, pp. 3514-3524, 2016.

 

[2]     K. Jlassi, R. Abidi, M. Benna, M. M. Chehimi, P. Kasak & I. Krupa, “Bentonite-decorated calix [4] arene: A new, promising hybrid material for heavy-metal removalˮ, Applied Clay Science, Vol. 161, pp. 15-22, 2018.

 

[3]     D. H. Park, S. J. Hwang, J. M. Oh, J. H. Yang & J. H. Choy, “Polymer–inorganic supramolecular nan hybrids for red, white, green, and blue applicationsˮ, Progress in Polymer Science, Vol. 38, pp. 1442-1486, 2013.

 

[4]     J. A. Gonza´lez, M. E. Villanueva, L. L. Piehl & G. J. Copello, “Development of a chitin/graphene oxide hybrid composite for the removal of pollutant dyes: adsorption and desorption studyˮ, Chem. Eng. J., Vol. 280, pp. 41-48, 2015.

 

[5]     R. J. Kalbasi, A. A. Nourbaksh, M. Zia, “Aerobie oxidation of alcohols catalyzed by copper nanopaticle-polyacrylamide/SBA-15 as novel polymer-inorganic hybridˮ, J, Jnorg, Organoment, Polym, Vol. 22, pp. 536-542, 2012.

 

[6]     P. C. Nagajyoit, D. K. Lee & T. V. M. Sreekanth, “Heavy metals Occurrence and toxicity for plantsˮ, Envrion. Chem. Lett, Vol. 8, pp. 199-216, 2010.

 

[7]     C. M. Futalan, W. C. Tsai, S. S. Lin, K. J. Hsien, M. L. Dalida & M. L. Wan, “Copper,nickel and lead adsorption from aqueous solution using chitosan-immobilized on bentonite in a ternary systemˮ, Sustain. Environ. Res, Vol. 22, No. 6, pp. 345-355, 2012.

 

[8]     A. Rais & M. Anam, “Heavy metal remediation by Dextrin-oxalic acid/Cetyl. trimethyl. ammonium. bromide(CTAB). Montmorillonite(MMT). nanocompositeˮ, Groundwater for Sustainable Development, No. 4, pp. 57-65, 2017.

 

[9]     E. NazarzadehZare, A. Motahari & M. Sillanpaa, “Nano adsorbents based on conducting polymer nanocomposites with main focus on polyaniline and its derivatives for removal of heavy metal ions/dyesˮ, Environmental Research, Vol. 162, pp. 173-195, 2018.

 

[10] A. Afzali & M. Fayazi, “Deposition of MnO₂ nanoparticles on the magnetic halloysite nanotubes by hydrothermal method for lead(II) removal from aqueous solutionsˮ, Journal of the Taiwan Institute of Chemical Engineers, Vol. 63, pp. 421-429, 2016.

 

[11] A. Khan, A. M. Asiri, M. A. Rub, N. Azum, A. A. P. Khan, S. B. Khan, M. M. Rahman & I. Khan, “Synthesis, characterization of silver nanoparticle embedded polyaniline tungstophosphate-nanocomposite cation exchanger and its application for heavy metal selective membraneˮ, Composites, Part B. Vol. 45, pp. 1486-1492, 2013.

 

[12] M. Lium, Z. Chen, S. Yu, D. Wu & C. Gao, “Thin- film composite polyamide reverse osmosis membranes with improved acid stability and chlorine resistance by coating N-Isopropylamide – Co - acrylamid copolymersˮ, Desalination, Vol. 270, pp. 248-257, 2011.

 

[13] F. Sabeti Dehkordi, M. Pakizeh & M. Namvar-Mahboub, “Properties and ultrafiltration efficiency of cellulose acetate/organically modified Mt (CA/OMMt) nanocomposite membrane for humic acid removalˮ, Applied Clay Science, Vol. 105-106, pp. 178-185, 2015.

 

[14] G. Xue-jun, W. Zhi-jun & H. Meng-chang, “Removal of antimony (V) and antimony (III) from drinking water by coagulationflocculation-sedimentationˮ, (CFS) [J], Water Research, Vol. 43, pp, 4327−4335, 2009.

 

[15] B. Hayati, A. Maleki, F. Najafi, F. Gharibi, G. McKay, V. Kumar Gupta, S. Harikaranahall Puttaiah & N. Marzban, “Heavy metal adsorption using PAMAM/CNT nanocomposite from aqueous solution in batch and continuous fixed bed systemsˮ, Chemical Engineering Journal, Vol. 346, pp. 258-270, 2018.

 

[16] Y. Ma, L. Lv, Y. Guo, Y. Fu & Z. Guo, “Porous lignin based poly (acrylic acid)/organo-montmorillonite nanocomposites: Swelling behaviors and rapid removal of Pb (II) ionsˮ, Polymer, Vol. 128, pp. 12-23, 2017.

 

[17] B. Anna, M. Kleopas, S. Constantine, F. Anestis & B. Maria, “Adsorption of Cd(II), Cu(II), Ni(II) and Pb(II) onto Natural Bentonite: Study in Mono-and Multi-Metal Systemsˮ, Environ. Earth Sci, Vol. 73, pp. 5435-5444, 2015.

 

[18] M. Ebitasem, A. Saad, A. El-Khatib, M. Soliman & E. Allam, “Layer-by-layer assembly and functionalization of nanobentonite with nanopolyaniline and oleic acid to remove divalent Zn, Co,₆₅Zn, and ₆₀Co from water and radioactive wastewaterˮ, Ecotoxicology and Environmental Safety, Vol. 145, pp. 665-673, 2017.

 

[19] F. Gode & E. Pehlivan, “Removal of chromium (III) from aqueous solutions using Lewatit S 100: the effect of pH, time, metal concentration and temperatureˮ, J. Hazard. Mater, Vol. 136, pp. 330-337, 2006.

 

[20] A. Shyaa, O. Hasan & A. Abbas, “Synthesis and characterization of polyaniline/zeolite nanocomposite for the removal of chromium(VI) from aqueous solutionˮ, Journal of Saudi Chemical Society, Vol. 19, pp. 101-107, 2015.

 

[21] A. Babarinde & G. O. Onyiaocha, “Equilibrium Sorption of Divalent Metal Ions onto Groundnut (Arachishypogaea) Shell: Kinetics, Isotherm and Thermodynamicsˮ, Chem. Int., Vol. 2, pp. 37-46, 2016.

 

[22] Buhani, Suharso & Sumadi, “Adsorption kinetics and isotherm of Cd(II) ion on Nannochloropsissp biomass imprinted ionic polymerˮ, Desalination, Vol. 259, pp. 140-146, 2010.

 

[23] L. Zhironga, A. Uddinb & S. Zhanxuea, “FT-IR and XRD analysis of natural Na-bentonite and Cu(II)-loaded Na-bentoniteˮ, SpectrochimicaActa Part A: Molecular and Biomolecular Spectroscopy, Vol. 79, pp. 1013-1016, 2011.

 

[24] V. Kumar Gupta, D. Gupta, S. Agarwal, N. C. Kothiyal & D. Pathania, “Fabrication of chitosan-g-poly(acrylamide)/Cu nanocomposite for the removal of Pb(II) from aqueous solutionsˮ, Journal of Molecular Liquids, part B, Vol. 224, pp. 1319-1325, 2016.

 

[25] G. Wang, Y. Hua, X. Su, S. Komarneni & Y. Wang, “Cr(VI) adsorption by montmorillonite nanocompositesˮ, Applied Clay Science, Vol. 124, pp. 111-118, 2016.

 

[26] K. Foo & B. Hameed, “Insights into the Modeling of Adsorption Isotherm Systemsˮ, Chem. Eng., J., Vol. 156, pp. 2-10, 2010.

 

[27] R. Bushra, M. Naushad, R. Adnan, Z. A. Alothman & M Rafatullah “Polyaniline supported nanocomposite cation exchanger: Synthesis, characterization and applications for the efficient removal of Pb⁺²ion from aqueous mediumˮ, Vol. 21, pp. 1112-1118, 2015.

 

[28] H. Bai, Q. Zhang, T. He, G. Zheng, G. Zhang, L. Zheng & S. Ma, “Adsorption dynamics, diffusion and isotherm models of poly(NIPAm/LMSH) nanocomposite hydrogels for the removal of anionic dye Amaranth from an aqueousˮ, Applied ClayScience, No. 124-125, pp. 157-166, 2016.

 

[29] M. Ebitasem, A. Saad, A. El-Khatib, M. Soliman & E. Allam, “Layer-by-layer assembly and functionalization of nan bentonite with nan polyaniline and oleic acid to remove divalent Zn, Co,₆₅Zn, and ₆₀Co from water and radioactive wastewaterˮ, Ecotoxicology and Environmental Safety, Vol. 145, pp. 665-673, 2017.

 

[30] F. Gode & E. Pehlivan, “Removal of chromium (III) from aqueous solutions using Lewatit S 100: the effect of pH, time, metal concentration and temperatureˮ, J. Hazard. Mater, Vol. 136, pp. 330-337, 2006.

 

[31] A. Shyaa, O. Hasan & A. Abbas, “Synthesis and characterization of polyaniline/zeolite nanocomposite for the removal of chromium(VI) from aqueous solutionˮ, Journal of Saudi Chemical Society, Vol. 19, pp. 101-107, 2015.

 

[32] R. Rostamina, M. Najafi & A. A. Rafati, “Synthesis and characterization of thiol-functionalized silica nano hollow sphere as a novel adsorbent for removal of poisonous heavy metal ions water: Kineties, isotherms and crror analysisˮ, Chem. Eng. J, Vol. 171, pp. 1004-1011, 2011.

 

[33] C. Shu, C. Chiew, H. K. Yeoh, P. Pasbakhsh, K. Krishnaiah, P. E. Poh, B. T. Tey & S. E. Chan, “Halloysite/alginate nanocomposite beads: Kinetics, equilibrium and mechanism for lead adsorptionˮ, Applied Clay Science, Vol. 119, pp. 301-310, 2016.

 

[34] B. M. Nagabhushana & H. Nagabhushana, “Adsorption of Hazardous Cationic Dye onto the Combustion Derived SrTiO3 Nanoparticles: Kinetic and Isotherm Studiesˮ, J. Asian Ceramic Soc., Vol. 4, pp. 68-74, 2016.