بررسی رفتار جذبی بیونانوکامپوزیت سلولز-تری آزول-دی اکسید تیتانیوم برای حذف یون جیوه از محیط آبی

نوع مقاله: مقاله علمی پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دوره دکتری رشته شیمی آلی دانشکده شیمی، دانشگاه صنعتی شاهرود، شاهرود، ایران

2 استاد دانشکده شیمی، دانشگاه صنعتی شاهرود، شاهرود، ایران

3 دانشکده شیمی، دانشگاه مازندران، بابلسر، ایران

4 استاد دانشگاه علوم پزشکی بابل

چکیده

بیونانوکامپوزیت بر پایه سلولز-تری آزول- دی اکسید تیتانیوم (Cell.Com) از طریق واکنش کلیک تهیه شد و به عنوان نانوجاذب برای حذف یون جیوه از محلول آبی در طی فرآیند جذب ناپیوسته مورد استفاده قرار گرفت. پارامترهای جذبی نظیر pH، زمان تماس، مقدار جاذب، دما، غلظت اولیه یون جیوه و بازیافت Cell.Com مورد بررسی قرار گرفت. شرایط بهینه جذب در 7 pH =، زمان تماس 45 دقیقه، 10 میلی‌گرم وزن جاذب و غلظت اولیه یون جیوه 20 میلی‌گرم بر لیتر در دمای ºC25 انتخاب شد. مدل‌های ایزوترمی لانگمویر، فروندلیچ و تمکین با بکار بردن اطلاعات تجربی جذب مورد ارزیابی قرار گرفتند. ظرفیت جذب بالای بدست آمده از معادله لانگمویر (mg g-1 3/133) مربوط به اثرات هم افزایی بخش‌های دی اکسید تیتانیوم، حلقه تری آزول و سلولز در ساختار Cell.Com می‌باشد. در میان مدل‌های سینتیکی شبه درجه 1، شبه درجه 2 و نفوذ درون ملکولی، اطلاعات تجربی با معادله شبه درجه 2 بهترین مطابقت را دارد. پارامترهای ترمودینامیکی محاسبه شده نشان دهنده خودبخودی و گرماگیر بودن فرآیند جذب است. رفتار جذبی Cell.Com بیان کننده آن است که در فرآیند جذب یون جیوه، جذب شیمیایی تک لایه می‌تواند مرحله تعیین کننده سرعت باشد. فرآیند جذب-واجذب Cell.Com در محلول HCl حداقل سه بار انجام شد بدون اینکه کارآیی جاذب بطور قابل ملاحظه‌ای کاهش یابد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Adsorption behavior investigation of Cellulose-Triazole-TiO2 bionanocomposite for removal of Hg+2 ion from aqueous solution

نویسندگان [English]

  • Zari Fallah 1
  • Hossein Nasr Isfahani 2
  • Mahmood Tajbakhsh 3
  • Hamed Tashakkorian 4
  • Abdoliman Amouei 4
1 School of Chemistry, Shahrood University of Technology, Shahrood , Iran
2 School of Chemistry, Shahrood University of Technology, Shahrood 3619995161, Iran
3 Faculty of Chemistry, University of Mazandaran, Babolsar, Iran
4 Cellular and Molecular Biology Research Center, Health Research Institute, Babol University of Medical Sciences, Babol, Iran
چکیده [English]

The cellulose-triazole-TiO2 bionanocomposite synthesized via click reaction and utilized as a nanobioadsorbent for removal of Hg+2 ions from aqueous solution by batch technique. The adsorption parameters such as pH, contact time, adsorbent dosage, temperature, initial metal ions concentration and the regenerability of Cell.Com were investigated. The optimized adsorption conditions were found to be at pH 7, contact time 45 min, adsorbent weight 0.01 g and initial metal ion concentration of 20 ppm at 25 ºC. The Langmuir, Freundlich and Temkin isotherm models were evaluated using adsorption experimental data. The high absorption capacity obtained from the Langmuir equation (Hg+2 = 133.3 mg g-1) is related to the synergistic effect of TiO2, triazole ring and cellulose moieties in the structure of Cell.Com. Among the pseudo-first order, pseudo-second order and intraparticle diffusion kinetic models, the experimental data was best fitted with the pseudo-second order model. Thermodynamic parameters indicated a spontaneous and endothermic adsorption process. The Cell.Com adsorption behavior represents that a monolayer chemical adsorption is the rate-determining step. The adsorption-desorption process for Cell.Com was performed in HCl solution at least 3 cycles without significant loss of the adsorption capability.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Nanocomposite
  • Cellulose
  • Titanium Dioxide
  • Adsorption
  • Hg+2 ion

[1] X.W. Peng, L.X. Zhong, J.L. Ren, R.C. Sun, J. Agric. Food Chem., 60 (2012) 3909.

[2] W. Gan, L. Gao, X. Zhan, J. Li, RSC Adv., 6 (2016) 37600.

[3] K. Jomova, M. Valko, Toxicology, 283 (2011) 65.

[4] WHO: World Health Organization, Guidelines for drinking water quality: 4th edition, (2011).  http://whqlibdoc.who.int/publications/2011/9789241548151_eng.pdf

[5] X. Li, C. Bian, X. Meng, F.S. Xiao, J. Mater. Chem. A, 4 (2016) 5999.

[6] W.C. Li, H. Tse, Environ. Sci. Pollut. Res., 22 (2015) 192.

[7] N. Mahfoudhi, S. Boufi, Cellulose, 24 (2017) 1171.

[8] Y. Shchipunov, Pure Appl. Chem., 84 (2012) 2579.

[9] G. Siqueira, J. Bras, A. Polymers, 2 (2010) 728.

[10] Y. Li, L. Cao, L. Li, C. Yang, J. Hazard. Mater., 289 (2015) 140.

[11] Y. Xiong, C. Wang, H. Wang, Q. Yao, B. Fan, Y. Chen, Q. Sun, C. Jin, X. Xu, J. Mater. Chem. A., 5 (2017) 5813.

[12] M. d’Halluin, J. Rull-Barrull, G. Bretel, C. Labrugère, E. Le Grognec, F.X. Felpin, ACS Sustainable Chem. Eng., 5 (2017) 1965.

[13] J. Seidlerová, I. Šafařík, L. Rozumová, M. Šafaříková, O. Motyka, Procedia Mater. Sci., 12 (2016) 147.

[14] M. Shahadat, T.T. Teng, M. Rafatullah, M. Arshad, Colloids Surf. B: Biointerfaces, 126 (2015) 121.

[15] H. Song, L. Zheng, Cellulose, 20 (2013) 1737.

[16] S. Ifuku, H. Yano, Int. J. Biol. Macromol., 74 (2015) 428.

[17] S.P. Pujari, L. Scheres, A. Marcelis, H. Zuilhof, Angew. Chem. Int. Ed., 53 (2014) 6322.

[18] K. Martina, F. Baricco, G. Berlier, M. Caporaso, G. Cravotto, ACS Sustainable Chem. Eng., 2 (2014) 2595.

[19] P. Tao, A. Viswanath, Y. Li, R.W. Siegel, B.C. Benicewicz, L.S. Schadler, Polymer, 54 (2013) 1639.

[20] X. Meng, K.J. Edgar, Prog. Polym. Sci., 53 (2016) 52.

[21] Y. Wang, D.J. Young, T.T.Y. Tan, S.C. Ng, J. Chromatogr. A., 1217 (2010) 7878.

[22] C. Jin, X. Zhang, J. Xin, G. Liu, G. Wu, Z. Kong, J. Zhang, ACS Sustainable Chem. Eng., 5 (2017) 4086.

[23] M. Lamanna, L. Leiton, I.N. Vega, B.L. Rivas, N. D’Accorso, Adv. Mater. Sci., 2 (2017) 1.

[24] S. Lapwanit, T. Trakulsujaritchok, P.N. Nongkhai, Chem. Eng. J., 289 (2016) 286.

[25] G. Duan, Q. Zhong, L. Bi, L. Yang, T. Liu, X. Shi, W. Wu, Polymers, 9 (2017) 201.

[26] Z. Karim, M. Hakalahti, T. Tammelin, A.P. Mathew, RSC Adv., 7 (2017) 5232.

[27] X. Zhang, J. Huang, Chem. Commun., 46 (2010) 6042.

[28] T.S. Anirudhan, J. Nima, S. Sandeep, V.R.N. Ratheesh, Chem. Eng. J., 209 (2012) 362.

[29] Z. Fallah, H. Nasr Isfahani, M. Tajbakhsh, H. Tashakkorian, A. Amouei, Cellulose, 25 (2018) 639.

[30] J. Liu, T.H. Xie, C. Deng, K.F. Du, N. Zhang, J.J. Yu, Y.L. Zou, Y.K. Zhang, Sep. Sci. Technol., 49 (2014) 1096.

[31] M.L. Rahman, S.M. Sarkar, M.M. Yusoff, M.H. Abdullah, RSC Adv., 6 (2016) 745.

[32] A. Masoumi, K. Hemmati, M. Ghaemy, Chemosphere, 146 (2016) 253.

[33] A. Alinejad-Mir, A.A. Amooey, S. Ghasemi, J. Clean. Prod., 170 (2018) 570.

[34] A. Kardam, K.R. Raj, S. Srivastava, M.M. Srivastava, Clean Techn. Environ. Policy, 16 (2013) 385.

[35] N.N. Nassar, J. Hazard. Mater., 184 (2010) 538.

[36] Y. Wu, H. Qi, C. Shi, R. Ma, S. Liu, Z. Huang, RSC Adv., 7 (2017) 31549.

[37] I. Langmuir, J. Am. Chem. Soc., 38 (1916) 2221.

[38] H. Wang, Y.G. Liu, G.M. Zeng, X.J. Hu, X. Hu, T.T. Li, H.Y. Li, Y.Q. Wang, L.H. Jiang, Carbohydr. Polym., 113 (2014) 166.

[39] X. Yu, S. Tong, M. Ge, L. Wu, J. Zuo, C. Cao, W. Song, J. Environ. Sci., 25 (2013) 933.

[40] H.M.F. Freundlich, Z. Phys. Chem., 57A (1906) 385.

[41] X. Qin, J. Zhou, A. Huang, J. Guan, Q. Zhang, Z. Huang, H. Hu, Y. Zhang, M. Yang, J. Wu, Y. Qin, Z. Feng, RSC Adv., 6 (2016) 26817.

[42] M.J. Temkin, V. Pyzhev, Acta Physicochim. URSS, 12 (1940) 217.

[43] H. Yuh-Shan, Scientometrics, 59 (2004) 171.

[44] Y.S. Ho, J. Hazard. Mater., 136 (2006) 681.

[45] X. Sun, L. Yang, Q. Li, J. Zhao, X. Li, X. Wang, H. Liu, Chem. Eng. J., 241 (2014) 175.

[46] W.J. Weber, J.C. Morris, J. Sanit. Eng. Div., 89(2) (1963) 31.

[47] P. Tan, Y. Hu, J. Mol. Liq., 242 (2017) 181.

[48] A.S. Krishna Kumar, S. Kalidhasan, V. Rajesh, N. Rajesh, Ind. Eng. Chem. Res., 52 (2013) 11838.

[49] S.S. Sadat Hosseini, M. Esmhosseini, S. Khezri, F. Ghanbari Taloki, A. Khosravi, J. Appl. Chem., 11 (2017) 39.  

[50] S. Periyasamy, V. Gopalakannan, N. Viswanathan, Carbohydr. Polym., (2017), DOI: 10.1016/j.carbpol.2017.06.029.

[51] F. Zhao, E. Repo, D. Yin, Y. Meng, S. Jafari, M. Sillanpää, Environ. Sci. Technol., 49 (2015) 10570.

[52] Y. Su, J. Liu, Q. Yue, Q. Li, B. Gao, Soft Mater., 13 (2015) 225.

[53] Z. Li, S. Cong, Y. Xu, ACS Catal., 4 (2014) 3273.

[54] E. Afshar, H. Mohammadi-Manesh, H. Dashti Khavidaki, Pollution, 3(3) (2017) 505.

[55] I. M, S. MS, G.S. SS, R. Sayee Kannan, J. Environ. Anal. Chem. 1(1) (2014) 105. DOI: 10.4172/jreac.1000105.

[56] M. Monier, I. Kenawy, M. Hashem, Carbohydr. Polym., 106 (2014) 49.

[57] M. Li, Z. Liu, L. Wang, T.D. James, H.N. Xiao, W.H. Zhu, Mater. Chem. Front., 1 (2017) 2317.

[58] R. Mahalakshmi, L. Ravikumar, K. Rathina, RASAYAN J. Chem., 10 (2017) 286.

[59] Z. Abbasi, M. Aghababaei, Univers. J. Eng. Sci., 2 (2014) 124.

[60] R.R. Gonte, K. Balasubramanian, J.D. Mumbrekar, J. Polymers, 2013 (2013) 1. DOI: 10.1155/2013/309136.

[61] M. Lamanna, L. Leiton, I.N. Vega, B.L. Rivas, N. D’Accorso, Adv. Mater. Sci., 2 (2017) 1.