سيليكا مونوليت با ساختار مزوحفره: سنتز، شناسايي و كاربرد آن براي حذف كادميم از فاضلاب

Silica monolith with mesopore structure: synthesize, characterization and application for cadmium removal from wastewater

يكي از مهمترين مسائل دنياي امروز، آلودگي آب در اثر فلزات سمي و خطرناك مي‌باشد. از جمله فلزات سمي كه از طريق صنايع مختلف وارد آبهاي سطحي و زيرزميني مي‌شود، كادميم است. در اين مقاله، سيليكا مونوليت بر پايه پلي اتيلن اكسايد، با ساختار تخلخلي يكنواخت سنتز شد و براي حذف يونهاي كادميم از محيط آبي استفاده شد. خواص شيميايي و فيزيكي سيليكا مونوليت با تكنيكهاي SEM، BET و FTIR شناسايي شد. نتايج آناليزهاي BETو SEM نشان داد كه مونوليت داراي ساختار مزو حفره مي‌باشد و مساحت سطح ويژه 543 مترمربع بر گرم است. سيليكا مونوليت سنتز شده به عنوان جاذب براي حذف كادميم در يك فرآيند جذب سطحي ناپيوسته استفاده شد و اثر پارامترهاي عملياتي از جمله pH، غلظت اوليه فلز، ميزان جاذب، و زمان تماس بررسي شد. از روش طراحي آزمايش مركب مركزي به منظور بهينه‌سازي اثر پارامترهاي عملياتي استفاده شد. نتايج طراحي آزمايش نشان از اهميت پارامتر pH و مقدار جاذب داشتند. تحليل داده‌هاي تعادلي نشان داد كه حداكثر ظرفيت جذب مونوليت سنتز شده برابر با 153 ميلي‌گرم كادميم بر گرم مونوليت مي‌باشد. داده‌هاي سينتيكي با مدل‌هاي مختلف آناليز شدند و نتايج حاصل نشان از اهميت جذب شيميايي دارند. نتايج احياء جاذب و استفاده مجدد از آن به عنوان جاذب نشان داد كه مونوليت سنتزشده توانايي بالاي براي جذب يونهاي فلزي سنگين از يك محلول آبي دارد و مي‌تواند به عنوان يك گزينه مناسب براي تصفيه آب در ابعاد صنعتي باشد.

One of the most important issues in today's world is the pollution of water with toxic and dangerous metals. Cadmium is one of the toxic metals that enter the surface and groundwater through various industrial wastewaters. In this paper, polyethylene oxide-based silica monolith was synthesized with a uniform porous structure and was used to remove cadmium ions from the aqueous medium. The chemical and physical properties of silica monolith were characterized by SEM, BET, and FTIR techniques. The results of BET and SEM analysis showed that the monolith has a mesopore structure with a specific surface area of 543 m2g-1. The synthesized silica monolith was used as an adsorbent for cadmium removal in a batch adsorption process and the effects of operating parameters including pH, adsorbent concentration, cadmium initial concentration, and contact time were investigated. The Central Composite Design method was used to optimize the effects of operating parameters. The results of the experimental design showed the importance of pH and adsorbent concentration parameters. The analysis of equilibrium data indicated that the maximum adsorption capacity of the monolith for cadmium is 153 mg g-1. The kinetic data were analyzed with various models and results indicated the importance of chemical adsorption. The results of regeneration and reuse of monolith as an adsorbent showed that the synthesized monolith has a high ability to adsorb heavy metal ions from an aqueous solution and can be an option for water treatment at industrial scale.