ساخت هيبريد آلي- معدني آميني بر پايه ماده نانو ساختار سيليسي SBA-15

Synthesis of Organic-Inorganic Hybrid Amine Based on Nanostructured Silicate Materials and Its Application for Removal of Heavy Metal Ions from Aqueous Solution

فلزات سنگين از نظر زيستي قابل تجزيه نيستند و به‌دليل تجمع در بافتهاي زنده، سبب بروز اختلالات عصبي و سرطان مي‌شوند. بنابراين حذف اين عناصر از محيط‌هاي آبي و پسابها از الزامات محيط‌زيستي و بهداشتي محسوب مي‌گردد. در اين تحقيق ابتدا مزوپور سيليسي نانو متخلخل SBA-15 با روش هيدروترمال ساخته شد و سپس با قرار دادن گروههاي آميني 3-آمينو پروپيل‌تري اتوكسي سيلان با غلظتهاي 4 (NH2(4mM)-SBA-15)، 6 (NH2(6mM)-SBA-15) و 8 (NH2(8mM)-SBA-15) ميلي‌مول روي سطح آن، سطح مزوپور اصلاح و از آنها به‌عنوان جاذب فلزات سنگين سرب، مس و كادميم استفاده گرديد. ويژگي‌ جاذبهاي ساخته شده از نظر ساختار كريستالي، مورفولوژي، مساحت سطح و ساير پارامترها با استفاده از آناليزهاي پراش پرتو ايكس، تصوير ميكروسكوپ الكتروني و آناليز سطح ويژه مورد بررسي قرار گرفت. نتايج نشان داد با افزايش غلظت آمين از 4 به 8 ميلي‌مول، درصد جذب از 1/46 به 100 درصد براي سرب، از 2/44 به 3/79 درصد براي مس و از 8/26 به 67 درصد براي كادميم رسيد. بنابراين NH2(8mM)-SBA-15 به‌عنوان جاذب مطلوب انتخاب گرديد و اثرات زمان تماس، دز جاذب، pH و غلظت اوليه فلزات بر كارايي جذب در سيستم ناپيوسته مورد مطالعه قرار گرفت. همچنين نتايج حاصل از جذب تعادلي با استفاده از مدل‌هاي ايزوترمي لانگمير و فروندليچ بررسي گرديد. بيشينه ظرفيت جذب تعادلي معادل 9/15 ميلي‌گرم بر گرم براي سرب، 1/13 ميلي‌گرم بر گرم براي مس و 2/11 ميلي‌گرم بر گرم براي كادميم به‌دست آمد. از آنجايي كه جاذب ساخته شده از دسته مواد زيست‌سازگار بوده و از كارايي جذبي مناسبي برخوردار است لذا به‌منظور مطالعات آتي در حذف فلزات سنگين توصيه مي‌گردد.

Abstract The heavy metals are nonbiodegradable that can accumulate in living tissues which cause cancers and neural problems in human. From an environmental health point of view, it is therefore necessary to remove them from aqueous solution and wastewater. In this research work, nanoporous silica SBA-15 was synthesized by hydrothermal method and then functionalized by three different concentrations of 3-aminopropyltriethoxysilane, namely 4 [(NH2(4mM)-SBA-15], 6 [NH2(6mM)-SBA-15] and 8 [NH2(8mM)-SBA-15] mM, in order to be used as adsorbent for lead, copper and cadmium ions removal. The materials have been characterized by means of X-Ray Diffraction (XRD), Scanning Electron Microscopy (SEM), nitrogen adsorption-desorption, and FTIR spectroscopy. The results showed that the removal percentage was increased from 46.1 to 100 for lead, from 44.2 to 79.3 for copper and from 26.8 to 67.0 for cadmium with increasing concentration of amine groups from 4 to 8 mM. Thus, NH2(8mM)-SBA-15 was selected as an adsorbent in subsequent experiments. The effects of adsorbent dose, contact time, pH and initial concentration of metal ions on adsorption efficiency in batch system were studied. The experimental data were analyzed using the Langmuir and Freundlich isotherm models. Maximal equilibrium uptake capacity of 15.9 mg/g for lead, 13.1 mg/g for copper and 11.2 mg/g for cadmium was obtained. Consequently, the nano-structural adsorbent prepared has appropriate adsorption efficiency therefore it can be considered for the removal of heavy metal ions in future study.