بررسي كارايي نانو رس اصلاح شده با سورفكتانت كاتيوني در حذف 4-كلروفنل از محيط‌هاي آبي

Performance Evolution of Cationic Surfactant Modified Nanoclay in Removing 4-Chlorophenol from Aqueous Solutions

زمينه و هدف: كلروفنل‌ها به طور معمول در فاضلاب بسياري از صنايع وجود دارند و تركيباتي مقاوم در محيط زيست محسوب مي‌شوند. هدف از اين مطالعه بررسي كارايي نانو رس سديم مونت موريلونيت اصلاح شده با سورفكتانت كاتيوني تترا دسيل تري متيل آمونيوم برومايد در حذف 4-كلروفنل از محيط‌هاي آبي بود. روش كار: اين مطالعه در مقياس آزمايشگاهي و در سيستم جذب ناپيوسته انجام شد. تاثير پارامتر‌هاي مختلف نظير؛ اصلاح در شرايط با pH مختلف، pH اوليه محلول، ميزان بارگذاري سورفكتانت، دوز جاذب، غلظت اوليه 4-كلروفنل، و زمان تماس بررسي گرديد. ساختار نانو رس خام و اصلاح شده با طيف سنجي تبديل فوريه مادون قرمز (FTIR) و طيف سنج پراش اشعه ايكس (XRD) بررسي شد. داده‌هاي حاصل از آزمايشات جذب، با مدل ايزوترم لانگمير و فروندليچ و سينتيك جذب درجه يك كاذب و درجه دو كاذب بررسي شد. يافته ها: نتايج نشان داد با افزايش pH محلول از 3 به 11 حذف 4-كلروفنل افزايش داشت به طوري كه بيشترين جذب 4-كلروفنل در pH اوليه محلول برابر 11 و براي نانو رس اصلاح شده در شرايط اسيدي با pH برابر 5/4 بود، در اين شرايط و بعد از 120 دقيقه كارايي حذف 4-كلروفنل برابر 5/94 درصد به دست آمد. كارايي حذف 4-كلروفنل با افزايش ميزان بارگذاري سورفكتانت از 25/0 تا 2 برابر ميزان ظرفيت تبادل كاتيون نانو رس كارايي حذف را از 25/69 درصد به 5/94 درصد افزايش داد و با افزايش اين پارامتر از 3 به 4، كارايي حذف 4-كلروفنل كاهش يافت. با افزايش غلظت 4-كلروفنل و دوز جاذب كارايي حذف 4-كلروفنل به ترتيب كاهش و افزايش يافت. جذب 4-كلروفنل بر نانو رس اصلاح شده با مدل لانگمير و سينتيك درجه دو كاذب مطابقت داشت. ظرفيت جذب حداكثري (qm) برابر 77/25 mg/g به دست آمد. آناليز طيف FTIR نشان داد اصلاح به دليل ايجاد باند‌هاي جديد در جايگاه 2919، 2851 و cm-11469 موفقيت آميز بوده است. طيف XRD نشان داد فاصله بين لايهاي رس بعد از اصلاح از 17 به Ao 24 افزايش داشت. نتيجه گيري: اصلاح نانو رس با سورفكتانت كاتيوني تترا دسيل تري متيل آمونيوم برومايد با تغيير خاصيت جاذب از آب دوست به آب گريز سبب افزاش كارايي جاذب در جذب 4-كلروفنل از محيط هاي آبي شد.

Background & Objectives: Chlorophenols, commonly found in most industrial waste products are persistent compounds in the environment. The purpose of this study was to investigate performance of modified Na-MMT nanoclay using cationic surfactant tetradecyltrimethyl ammonium bromide in the removal of 4-chlorophenol from aqueous solutions. Methods: This study was implemented under laboratory scale and in a batch flow adsorption reactor. The influence of various parameters such as modification in different pH conditions, initial pH of solution, loading rates of the surfactant, adsorbate concentration, 4-chlorophenol concentration, contact time were evaluated, the raw and modified nanoclay structure was investigated using XRD and FTIR spectrum.The experimental data were evaluated with the Langmuir and Freundlich isotherm models and pseudo-first-order and pseudo-second-order adsorption kinetic. Results: The results showed that removal of 4-chlorophenol increased by increasing the pH of solution from 3 to 11, as the maximum absorption of 4-chlorophenol was achieved at initial solution pH of 11 and for modified nanoclay in acidic conditions pH was4.5.Onthese conditions and after 120 min, the removal efficiency was obtained by 94.5%.Removal efficiency of 4-chlorophenol increased from 69.25% to 94.5% as surfactant loading increased from 0.25 to 2 CEC of the nanoclay, while increased loading surfactant from 3 to 4decreasedremoval efficiency. With increasing concentrations of 4-chlorophenol and adsorbent dose the removal efficiency, respectively, decreased and increased. Absorption of 4-chlorophenol on cationic modified nanoclay was consistent with Langmuir model and pseudo-second-order kinetics. Maximum absorption capacity (qm) was obtained 25.77 mg/g FTIR analysis revealed that the modification was successfully achieved due to the bands at 2919, 2851 and 1469 cm−1. After modification, XRD results showed that basal spacing value increase from 17 Ao to 24 Ao Conclusion: Cationic surfactant-modified nanoclay with tetradecyltrimethyl ammonium bromide by changing the properties of the adsorbent from hydrophilic to hydrophobic leads to increased efficiency of the absorbent in the absorption of 4-chlorophenol in aqueous environments.