ارزيابي ظرفيت جذب نانوگرافن و نانو گرافن اكسايد براي حذف زايلن از هوا و مقايسه آنها با جاذب استاندارد كربن فعال به منظور معرفي جاذب بهينه

Evaluation of the adsorption capacity of nano-graphene and nano-graphene oxide for xylene removal from air and their comparison with the standard adsorbent of activated carbon to introduce the optimized one

مقدمه: تركیبات آلی فرار یكی از مهم‌ترین آلاینده‌های منتشره به هوا ناشی از فعالیت‌های صنعتی بوده و دارای اثرات سوء بر روی انسان و محیط زیست می‌باشد. از این رو لازم است قبل از ورود به اتمسفر حذف شوند. هدف این مطالعه ارزیابی ظرفیت حذف زایلن از هوا توسط جاذب‌های نانوگرافن و نانو گرافن اكسید در مقایسه با جاذب كربن فعال است. روش كار: پس از تهیه جاذب‌های كربن فعال، نانو گرافن و نانو گرافن اكسید، آزمایشات بررسی ظرفیت جذب سطحی جاذب‌ها در حالت استاتیك (Batch) در ویال شیشه ای به حجم 10 میلی لیتر انجام گرفت. عوامل مختلف مورد مطالعه شامل مدت زمان تماس، مقدار جاذب، غلظت زایلن و دما بوده. ایزوترمهای جذب لانگمویر برای بررسی ظرفیت جذب زایلن بر روی جاذب‌ها مورد استفاده قرار گرفت. هم‌چنین آنالیز نمونه‌ها توسط دستگاه گاز كروماتوگرافی مجهز به آشكارساز یونیزاسیون شعله ای (GC-FID) انجام شد. یافته ها: ظرفیت جذب زایلن در دمای محیطی (25°C) و در مدت زمان تماس 10دقیقه برای جاذب كربن فعال 8/349، نانو گرافن اكسید 5/14و نانوگرافن 490 میلی گرم بر گرم به‌دست آمد. تصاویر میكروسكوپ الكترونی روبشی (SEM) نشان داد اندازه ذرات در مورد جاذب‌های نانو گرافن و نانو گرافن اكسید زیر 100 نانومتر می‌باشد و تصاویر میكروسكوپ الكترونی عبوری (TEM) نشان دهنده اندازه ذرات برابر با 45 نانومتر در جاذب نانوگرافن و 65 نانومتر در جاذب نانو گرافن اكسید بود. از طرفی تصاویر دستگاه پراش اشعه ایكس (XRD) ساختار مكعبی نانو جاذب‌ها را نشان داد. نتیجه گیری: در رطوبت ثابت، افزایش مدت زمان تماس و افزایش دما تا 45 درجه سانتی گراد منجر به افزایش میزان ظرفیت جذب جاذب نانو گرافن و نانو گرافن اكسید گردید و تاثیر مثبتی بر روی ظرفیت جذب جاذب‌ها داشت. نتایج نشان داد كه نانوگرافن ظرفیت جذب بالاتری نسبت به دیگر جاذب‌های نانوگرافن اكسید و كربن فعال برای حذف زایلن از جریان هوا دارد. اصلاح جاذب نانو گرافن و نانو گرافن اكسید با مواد دیگر به منظور افزایش امكان به‌دام افتادن آلاینده بر روی آن پیشنهاد می‌گردد.

Introduction: Volatile organic compounds from industrial activities are one of the most important pollutants released into the air and have adverse effects on human and environment. Therefore, they should be removed before releasing into atmosphere. The aim of the study was to evaluate xylene removal from air by nano-grapheme and nano-graphene oxide in comparison with activated carbon adsorbent. Material and Method:  After preparing adsorbents of activated carbon, nano-graphene, and nano-graphene oxide, experiments adsorption capacity in static mode (Batch) were carried out in a glass vial. Some variables including contact time, the amount of adsorbent, the concentration of xylene, and the temperature were studied. Langmuir absorption isotherms were used in order to study the adsorption capacity of xylene on adsorbents. Moreover, sample analysis was done by gas chromatography with Flame Ionization Detector (GC-FID). Results: The adsorption capacities of activated carbon, nano-graphene oxide and nano-graphene for removal of xylene were obtained 349.8, 14.5, and 490 mg/g, respectively. The results of Scanning Electron Microscope (SEM) for nano-graphene and nano-graphene oxide showed particle size of less than 100 nm. While, the results of Transmission Electron Microscope (TEM) showed particle size of 45nm for nano-graphene and 65 nm for nano-graphene oxide. Also, X-Ray Diffraction (XRD) showed cube structure of nano-adsorbents. Conclusion: In constant humidity, increase in exposure time and temperature caused an increase in the adsorption capacity. The results revealed greater adsorption capacity of xylene removal for nano-graphene compared to the activated carbon, and nano-graphene oxide.