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

محورهای موضوعی : شیمی تجزیه

زهره روستان ¹ , علیمراد رشیدی ² , مهدی برقعی ³

1 - دانشجوی دکتری گروه تخصصی مهندسی محیط زیست، دانشکده منابع طبیعی و محیط زیست، دانشگاه آزاد اسلامی، واحد علوم و تحقیقات، تهران، ایران
2 - استاد مهندسی شیمی، مرکز تحقیقات فناوری‌نانو و کربن، پژوهشگاه صنعت نفت، تهران، ایران
3 - استاد مهندسی محیط زیست، گروه مهندسی محیط زیست، دانشکده مهندسی شیمی و نفت، دانشگاه صنعتی شریف، تهران، ایران

تاریخ دریافت : 1396/07/25 تاریخ پذیرش : 1396/12/25 تاریخ انتشار : 1397/09/01

کلید واژه: سینتیک, محلول آبی, ذرات بلوری ZIF-8, حذف آرسنات, هم‌دما,

چکیده مقاله :

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.

چکیده انگلیسی:

In the current study, zeolitic imidazolate framework-8 )ZIF-8( was used as a new absorbent to investigate adsorption of arsenic ion from aqueous solution. ZIF-8 crystals were successfully synthesized via hydrothermal method by applying the temperature factor. The ZIF-8 crystals were characterized by nitrogen adsorption–desorption, powder X-ray diffraction, scanning electron microscope, and Fourier transform infrared spectroscopy. Different parameters such as metal ions concentration, adsorbent dosage, contact time, and pH were evaluated in adsorption experiments. The adaptation of adsorption process was analyzed by Langmuir, Freundlich, pseudo-first-order, and pseudo-second-order models of types1-4. The specific surface area of ZIF-8 is based on BET equation of 1303 m2/g and the particle size was 70-150 nm. The kinetic and isotherm data of arsenic adsorption on ZIF-8 were well fitted by pseudo-second-order Kinetics model of type 2 and Langmuir model, with regression values of 0.963 and 0.979, respectively. In optimum condition the maximal adsorption capacity of arsenic was 69.36 mg/g. The results indicate that ZIF-8 has high ability to absorb arsenic ion without having need to adjust pH solution for most water treatment.

منابع و مأخذ:

[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.