تهیه نانوالیاف پلی‌اکریلو‌نیتریل و اصلاح شده سطحی با دی‌اتیلن‌تری‌آمین برای جذب یون کادمیم

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی کارشناسی ارشد مهندسی شیمی، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه آزاد اسلامی واحد تهران جنوب

2 استاد، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه آزاد اسلامی واحد تهران جنوب

3 مربی و عضو هیئت علمی، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه آزاد اسلامی واحد تهران جنوب، تهران

چکیده

در این پژوهش نانوالیاف پلی‌اکریلونیتریل به روش الکتروریسی ‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌تهیه شد. به‌این منظور محلول پلی‌اکریلو نیتریل و د‌‌‌‌‌‌‌‌‌ی‌متیل فرمامید با غلظت 10 درصد وزنی ‌در میدان الکتریکی 21 کیلوولت و فاصله صفحه 16 سانتی‌متر تحت ریسندگی ‌قرار گرفت و نانوالیاف با قطر متوسط 100 نانومتر تولید شد. الیاف به‌دست آمده دارای قطرهای یکنواخت و متفاوتی بود. مورفولوژی نانو الیاف به‌وسیله SEM بررسی شد. در مرحله بعد سطح نانوالیاف توسط دی‌اتیلن‌تری‌آمین عامل‌دار شد و سپس با استفاده از اسپکتروفتومتر FTIR از وجود گروه‌های آمین در سطح نانوالیاف اطمینان حاصل شد و از این الیاف آمین‌دار شده برای جذب یون کادمیم استفاده شد. در فرایند جذب خصوصیات شیمیایی ‌الیاف و تاثیرات پارامترهایی مانند pH، دما و زمان مورد مطالعه قرار گرفت. بررسی‌ها نشان ‌داد در pH برابر 5 تا 7، بیش از 80 درصد یون‌های کادمیم در مدت 10 دقیقه اول جذب الیاف شد و پس از 10 دقیقه با گذشت زمان بیشتر، تغییر اندکی ‌در افزایش میزان جذب مشاهده شد و با افزایش دما، مقدار جذب اندکی ‌افزایش یافت. بر اساس نتایج به‌دست آمده جذب یون‌های کادمیم از مدل لانگمیر تبعیت می‌کند. در این پژوهش برای اولین بار جذب یون کادمیم توسط نانوالیاف پلی‌اکریلونیتریل آمین‌دار انجام شد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Preparation of Diethylenetriamine Modified Polyacrylonitrile Nanofibers for Cadmium Ion Adsorption

نویسندگان [English]

  • Zahra Mokhtari- shorijeh 1
  • mehdi Rafizadeh 2
  • Mehrnoosh Mohammadi 3
1 MSc Student of Chemical Engineering, Faculty of Engineering, Azad Islamic University, Tehran South Branch, Tehran
2 Prof., Faculty of Engineering, Azad Islamic University, Tehran South Branch, Tehran
3 Istructor and Faculty Member, Faculty of Engineering, Azad Islamic University, Tehran South Branch, Tehran
چکیده [English]

In this study, the electrospinning method was used to manufacture polyacrylonitrile (PAN) nanofibers. The procedure involved spinning a solution of 10%wt PAN in dimethyl formamide (DMF) in an electric field of 21 kV and with a tip to collector distance of 16 cm. The nanofibers thus obtained had an average diameter of 100 nm. Then, scanning electron microscopy (SEM) images were used to investigate the morphology of the nanofibers. In the next step, the nanofiner surface was modified with diethylenetriamine and FTIR was employed to ensure the presence of amines on the nanofiber surface. The functionalized nanofibers were then used for the first time to adsorb ions of cadmium (a heavy metal with industrial applications) and its adsorption capacity was evaluated. The chemical charactristics of the nanofibers and the effects of such parameters as pH, temprature, and contact time on adsorption efficiency were investigated. The results showed that maximum adsorption efficiency was achieved within the first 10 minutes of the process at a pH in the range of 5‒7 when about 80% of the cadmium ions were adsorbed.. Moreover, only slight changes were observed with longer contact times or with increasing temperature. Finally, the adsorption data fitted well with the Langmuir isotherm

کلیدواژه‌ها [English]

  • Nanofibers
  • Polyacrylonitrile
  • Cadmium
  • Modified
  • Adsorption
1. Bowen, H. J. M. (1979). Environmental chemistry of the elements, Academic press, London

2. Sigel, H.و and Sigel, R. (2005). Metal Ions in biological systems, Marcel Deckker Inc., New York.

3. Ding, B., and Yu, J. (2014). Electrospun nanofibers for energy and environmental applications, Springer-verlag, Berlin.

4. Liu, R. Zhang, B., and Tang, H. (1998). “Dynamic adsorption and desorption of heavy metal ions on poly(acrylaminophosphonic-carboxyl-hydrazide) chelating fiber, Fresenius.” J. Anal. Chem., 362, 258-262.

 5. Abdouss, M., and Musavi, A. (2012). “Fabrication of chelating diethylenetriamine pan micro and nano firbers for heavy metal removal.” Chemical Industry and Chemical Engineering Quartetly, 18(1), 27-34.

6. Wang, J., Lua, CH., and Cao, B. (2014). “Mechanism study of selective heavy metal ion removal with polypyrrole-functionalized polyacrylonitrile nanofibers mats.” Appliedv Surface Science, 316, 245-250.

7. Kampalanonwat, P., and Supaphol, P. (2011). “Preparation and adsorption behavior of aminated electrospun polyacrylonitrile nanofibers mats for heavy metal ion removal.” Applied Materials and Interface, 12 (12) 3619-3627.

8. Karimi Neghlani, P., Rafizadeh, M., and Afshar Taromi, F. (2011). “Preparation of aminated-polyacrylonitrile nanofiber membranes for the adsorption of metal ions: Comparison with microfibers Nanofiber membranes.” Journal of Hazardous Materials, 186, 182-189.

9. Saeed, K., Park, S., and Oh, T. (2011). “Prepartion and adsorption behavior of aminated electrospun polyacrylonitrile nanofiber mats for heavy metal ion removal.” ACS Applied Materials and Interfaces, 2 (12), 869-873.

10. Feng, Q., Wang, X., Wei A., Wei, Q., Hou, D., Luo, W., Liu, X., and Wang, Z. (2011). “Surface modified polyacrylonitrile nanofibers and application for metal ions chelation.” Fibera and Polymers, 12(8),
1025-1029.

11. Kiani, G. R., Sheikhloie, H., and Arsalani, N. (2011). “Heavy metal ion removal from aqueous solutions by functionalized polyacrylonitrile.” Desalination, 269 (1-3), 266-270.

12. Ma, H., Hsiao, B. S., and Chu, B. (2013). “Electrospun nanofibrous membrane for heavy metal ion adsorption.” Current Organic Chemistry, 17 (13), 1361-1370.

13. Mohamed, A., Fiikry, N. M., Shalaby, Th., and Aloufy, A. (2014). “The adsorption behavior polyacrylonitrile nanofiber by hexamethylenen diamine for removing Pb(II), Cu(II) and Ni(II) metal ions from water.” International Journal of  Chemical and Applied Biolojical Sciences, 1, 52-56

14. Moghimi, A., Keyvani, P., and Abdouss, M. (2011). “Modified nano polyacrylonitrile fibers using for preconcentration of Hg(II) from sample water.” Australian Journal of Applied Sciences, 5 (9), 1164-1171.

15. Zhao, X., Dong, Y., and Cheng, B. (2013). “Removal of textile dyes from aqueous solution by heterogeous photo-fenton reaction using modified pan nanofibers fe complex as catalyst.” Hindawi publishing corporation. International Journal of Photoeneergy, Vol. 2013, Article IB: 820165.

16. Foo, K.Y., and Hameed, B.H. (2010). “Insights into the modeling of adsorption isotherm systems.” Chemical Engineering Journal, 156,  2-10

17. Huang, F., Xu, Y., Liao, Sh., Yang, D., and Hsieh, Y. (2013). “Preparation of amidoxime polyacrylonitrile chelating nanofibers and their application for adsorption of metal ions.” Materials, 6, 969-980.