نانوذرات هسته-پوسته مغناطیسی Fe3O4@SiO2 عامل دار شده با بیس سالوفن لیگاند به عنوان یک جاذب مؤثر و قابل بازیافت به‌منظور حذف کادمیوم دو ظرفیتی از محلول های آبی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 استادیار، گروه پژوهشی شیمی و فرایند، پژوهشگاه نیرو، تهران، ایران

2 گروه پژوهشی شیمی و فرآیند، پژوهشگاه نیرو، تهران، ایران

10.22034/ijche.2023.359408.1233

چکیده

در این پژوهش، نانوذرات هسته-پوسته مغناطیسی جدید Fe3O4@SiO2/Schiff base سنتز شدند و به‌منظور حذف یون‌های کادمیوم دوظرفیتی از محلول‌های آبی مورد استفاده قرار گرفتند. در ابتدا نانوذرات اکسید آهن با روش هم‌رسوبی سنتز گردید، سپس به روش استوبر با سیلیکای پوششی و با استفاده از تترا اتوکسی سیلان به عنوان منبع سیلیکا ساختار هسته-پوسته Fe3O4@SiO2 از نانوذرات اکسید آهن تشکیل شد. در ادامه، پس از عامل دار شدن نانوذرات هسته-پوسته با 3-کلروپروپیل(تری‌اتوکسی)سیلان، مولکول سنتزی پارا-بیس](3و4-سالسیلیک ایمینو) بنزوفن ایمین[ بروی این نانوذرات ساپورت گردید و ترکیب نهایی Fe3O4@SiO2/Schiff base سنتز گردید. خصوصیات گروه‌های عاملی سطحی، ساختار کریستالی، خواص مغناطیسی، اندازه و مورفولوژی سطحی این نانوذرات با بکارگیری آنالیزهای مادون‏قرمز تبدیل‏فوریه (FT-IR)، پراش اشعه ایکس (XRD)، پراش انرژی پرتوایکس (EDX)، مغناطیس‌سنج نمونه مرتعش (VSM)، میکروسکوپ الکترونی عبوری (TEM) و میکروسکوپ الکترونی روبشی (FE-SEM) مورد بررسی و شناسایی قرار گرفتند. سپس، مطالعات سینتیکی و تأثیر مقادیر مختلف جاذب به‌منظور حذف یون‌های کادمیوم دوظرفیتی از محلول‌های آبی مورد بررسی قرار گرفتند که نتایج مقدار جذب ماکزیمم 92% را در دمای محیط نشان می‌دهند. همچنین تأثیر pH بر میزان جذب در دامنه 8-3 نشان می‌دهد که با افزایش میزان pH مقدار جذب کادمیوم دوظرفیتی افزایش می‌یابد و ماکزیمم عملکرد جذبی در شرایط با 7=pH مشاهده شد. علاوه براین، واجذب یون‌های کادمیوم با بکارگیری محلول HCl انجام گرفت که قابلیت بازیافت و استفاده مجدد و مؤثر Fe3O4@SiO2-Schiff base در فرآیندهای متوالی جذب را امکان‌پذیر می‌سازد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Preparation, characterization, and adsorption properties of bis-salophen schiff base ligand immobilized on Fe3O4@SiO2 nanoparticles for removal of cadmium(II) from aqueous solutions

نویسندگان [English]

  • Majid Ghahraman Afshar 1
  • Mohsen Esmaeilpour 2
1 Assistant Professor, Chemistry and Process Research Department, Niroo Research Institute (NRI), Tehran, Iran
2 Chemical and Process Engineering Department, Niroo Research Institute, Tehran, Iran
چکیده [English]

Here in this research, a novel Fe3O4@SiO2/Schiff base nanoparticles was developed, aiming to remove Cd(II) ions from aqueous media. At first, iron oxide nanoparticles were synthesized by co-precipitation method, then Fe3O4@SiO2 core-shell structure was formed from iron oxide nanoparticles by Stöber method with coating silica and using tetraethoxysilane as a silica source. Afterwards, the core-shell nanoparticles were functionalized with 3-chloropropyl(triethoxy)silane, the synthetic molecule para-bis[(3,4-salicylicimino)benzophenimine] was supported on these nanoparticles and the final composition of Fe3O4@SiO2/Schiff base was synthesized. The properties of surface functional groups, crystal structure, magnetism and surface morphology of magnetic nanoparticles were characterized by fourier transform infrared spectroscopy (FT-IR), X-ray diffraction (XRD), energy dispersive X-ray analysis (EDX), vibrating sample magnetometer (VSM), transmission electron microscopy (TEM) and field emission scanning electron microscopy (FE-SEM). Then, the adsorption kinetics and the effects of synthetic nanoadsorbents dosage on the removal of divalent cadmium ions were investigated that the results show the maximum absorption value of 92% at the ambient temperature. Also, the effect of pH on the amount of absorption in the range of 3-8 shows that the absorption of cadmium(II) increases with increasing pH and the maximum adsorption performance was observed at pH=7. Furthermore, the desorption of Cd(II) ions was done effectively using HCl solution, thereby proving that Fe3O4@SiO2-Schiff base can be regenerated and reused effectively for further process of removal.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Fe3O4@SiO2 NPs
  • Bis-salophen Schiff base ligand
  • Adsorption kinetics
  • Cadmium ions
  • Magnetic separation