بررسي راندمان سيليكا آئروژل اصلاح شده در حذف فلزات سنگين از محلول‌هاي آبي

A survey on efficiency of modified silica aerogel to remove of heavy metals from aqueous solutions

مقدمه: سيليكا آئروژل، ذرات نانو متخلخل از سيليكا بوده، سبك‌ترين ماده جامد‌ مصنوعي مي‌باشد. از ويژگي‌هاي بارز اين ماده، مساحت سطح بالا (1500m².g-¹)، دانسيته كم .(0/03g.cm-³>)و ميزان تخلخل بالا (99 درصد) مي‌باشد. در اين پژوهش، سيليكا آئروژل به عنوان جاذب كاتيون‌هاي فلزات سنگين از محلول‌هاي آبي، مورد بررسي قرار گرفت. روش‌ها: سيليكا آئروژل به روش سل ژل سنتز شد و سطح آن توسط آمينو‌ پروپيل تري اتوكسي سيلان اصلاح شد. سيليكا آئروژل اصلاح سطح شده با روش‌هاي SEM و BET مطالعه شد. سپس، توانايي آن در جذب كاتيون‌هايPb2+، Cd2+، Zn2+ و Ni2+ بررسي شد. در نهايت پارامترهاي مؤثر بر جذب از جمله pH برابر (12-2)، زمان تماس (48-0 ساعت)، ميزان جاذب (1/5-0 گرم) و غلظت فلزات (500-0 ميلي‌گرم بر ليتر) مورد بررسي قرار گرفت. يافته‌ها: جذب بهينه براي تمام كاتيون‌ها در pH برابر 6 و براي كادميوم در pH برابر 8 رخ داد. زمان تماس بهينه نيز براي جذب تمام كاتيون‌هاي مورد مطالعه برابر 24 ساعت بود. بررسي ايزوترم‌هاي Langmuir و Freundlich نشان داد كه داده‌هاي به دست آمده از كاتيون‌هاي مورد بررسي با هر دو ايزوترم مطابقت دارد. بالاترين ظرفيت جذبي جاذب به ترتيب 45/5mg, 35/71mg، ,40/00mg و 34/48mg از كاتيون‌هاي Pb2+، Cd2+، Ni2+ و Zn2+ بر mg جاذب به دست آمد. نتيجه‌گيري: به طور كلي نتايج حاصل از آزمايشات انجام شده حاكي از توانايي بالاي جذب كاتيون‌هايPb2+، Cd2+، Ni2+ و Zn2+ توسط سيليكا آئروژل اصلاح سطح شده با آمينو پروپيل تري اتوكسي سيلان بود؛ به طوري كه مي‌توان از آن در تصفيه آب و فاضلاب‌هاي صنعتي و شهري استفاده كرد.

Background: Silica aerogel is the nano-porous form silica which is the lightest synthetic solid material. Some specific properties of this material include high surface area (1500 m2.g-1), low density (< 0.03 g.cm-3) and high porosity (%99). In this research, silica aerogel was investigated as an adsorbent of the heavy metal cations in aqueous solutions. Methods: The silica aerogel was synthesized by sol-gel method and its surface was modified by Amino propyl triethoxy silane. The modified silica aerogels was studied by SEM and BET techniques. Then its sorbent ability on Pb2+, Cd2+, Zn2+ and Ni2+ cations was investigated. Finally the effective parameters on adsorption of the heavy metals such as pH (2-12), Contact time (0-48 h), adsorbent amount (0-1.5 g) and cation concentration (0-500 ppm) were investigated. Findings: Optimum adsorption for all cations except cadmium occurred at pH=6 but this adsorption for cadmium occurred at pH=8. Optimum contact time to absorb all the studied cations is equal to 24 hours. Assessing Langmuir and Freundlich isotherms showed that data obtained from the studied cations matches with both isotherms. The highest adsorption capacity of adsorbent for Pb2+, Cd2+, Ni2+ and Zn2+ were respectively 45.45 g, 35.71 g, 40.00 g and 34.48 g per mg of adsorbent. Conclusion: In general, the results of the conducted experiments indicate that the cations have high adsorb ability by the modified silica aerogel and it can be used in the municipal and industrial water and wastewater treatment.