نانوذرات هسته-پوسته عامل‌دار شده با مولکول‌های پلی‌وینیل الکل: یک نانوجاذب مغناطیسی مؤثر در جهت حذف یون‌های Zn2+ از محلول‌های 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

3 گروه پژوهشی شیمی و فرایند، پژوهشگاه نیرو، تهران، ایران

10.22034/ijche.2024.433533.1385

چکیده

در پژوهش حاضر، در ابتدا نانوذرات مگنتیت با استفاده از روش هم‌رسوبی سنتز شدند و سپس این نانوذرات با لایه سیلیکا و روش استوبر به ذرات هسته-پوسته مغناطیسی Fe3O4@SiO2 تبدیل شدند. نانوذرات Fe3O4@SiO2 با استفاده از سیانوریک کلرید و مولکول‌های پلی‌وینیل الکل عامل‌دار شده و به عنوان یک جاذب مؤثر در راستای حذف Zn2+ از 75 میلی‌لیتر محلول (غلظت اولیه mmo/l0.55) استفاده شدند. بررسی ویژگی‌های ساختاری، اندازه و مورفولوژی نانوجاذب در مراحل مختلف عامل‌دار شدن نانوذرات مگنتیت با استفاده از پراش اشعه ایکس، پراش انرژی پرتو ایکس، طیف‌سنجی مادون قرمز تبدیل فوریه، مغناطیس‌سنج نمونه مرتعش، آنالیز توزین حرارتی، میکروسکوپ الکترونی عبوری و میکروسکوپ الکترونی روبشی انجام گرفت. سپس تأثیر pH، دوز جاذب و مدت زمان تماس جاذب در عملکرد جذبی توسط جاذب مورد بررسی و ارزیابی قرار گرفت. نتایج بررسی‌ها نشان‌دهنده آن است که با افزایش میزان pH تا 7 و استفاده از مقادیر 28 میلی‌گرم جاذب در مدت زمان 27 دقیقه بالاترین بازدهی در حذف یون Zn2+ (92%) مشاهده می‌شود. همچنین جاذب سنتزی قابلیت بازیافت و استفاده مجدد در چرخه‌های پی‌در‌پی فرآیند جذب-واجذب را برای 8 مرتبه بدون کاهش محسوس در فعالیت و ظرفیت جذبی را از خود نشان می‌دهد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Core-shell Nanoparticles Functionalized with Polyvinyl Alcohol Molecules: Effective Magnetic Nanoadsorbent for Removing Zn2+ Ions from Aqueous Solutions

نویسندگان [English]

  • Majid Ghahraman Afshar 1
  • Mohsen Esmaeilpour 2
  • Afsanehsadat Larimi 3
  • Aliakbar Asgharinezhad 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
3 Chemical and Process Engineering Department, Niroo Research Institute, Tehran, Iran
چکیده [English]

In the present study, magnetite nanoparticles are synthesized using the co-precipitation method and sequentially these nanoparticles are converted into Fe3O4@SiO2 magnetic core-shell particles with a silica layer and Stöber method. Fe3O4@SiO2 nanoparticles are functionalized using cyanuric chloride and polyvinyl alcohol molecules and they are used as an effective adsorbent to remove Zn2+ from 75 ml of solution with initial concentration of 0.55 mmol. The structural features, size and morphology of nanoadsorbers in different stages of functionalization of magnetite nanoparticles are investigated using X-ray diffraction, X-ray energy diffraction, Fourier transform infrared spectroscopy, vibrating sample magnetometer, thermal gravimetric analysis, Transmission electron microscopy and scanning electron microscopy. Afterwards, the effect of pH, adsorbent dosage and adsorbent contact time are evaluated on the absorption performance. In the optimum condition, the adsorption capacity of 92% is achieved in a period of 27 minutes, pH of 7 and using 28 mg of adsorbent. Moreover, the synthetic adsorbent indicates the ability to be recycled and reused in successive cycles of the absorption-desorption process for 8 times without a noticeable decrease in activity and absorption capacity.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Core-shell nanoparticles
  • magnetic adsorbent
  • polyvinyl alcohol
  • Zn2+ ion
  • adsorbent recovery
  • magnetic separation