بررسی حذف فلز نیکل از آب توسط جاذب الکترولیسی آلومینای نانولیفی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دکترای مهندسی محیط‌زیست گرایش آب و فاضلاب، دانشکده منابع طبیعی و محیط‌زیست، دانشگاه آزاد اسلامی، واحد علوم و تحقیقات تهران، تهران، ایران

2 دانشجوی دکترای مهندسی محیط‌زیست گرایش آب و فاضلاب، دانشکده منابع طبیعی و محیط‌زیست، دانشگاه آزاد اسلامی، واحد علوم و تحقیقات تهران، تهران، ایران

3 استاد، دانشکده منابع طبیعی و محیط‌زیست، دانشگاه آزاد اسلامی، واحد علوم و تحقیقات تهران، تهران، ایران

چکیده

امروزه استفاده از فناوری‌های نو برای حذف فلزات سنگین و ارتقای کیفیت آب یکی از الزامات رفع آلودگی محیط‌زیست ناشی از فلزات سنگین است. تکنولوژی الکتروریسی یکی از مؤثرترین روش‌ها برای تولید نانوالیاف است. در این پژوهش فناوری‌ ساخت آلومینای نانولیفی برای جداسازی حداکثری نیکل از طریق فرایند جذب بررسی شد. در این پژوهش سنتز آلومینای نانولیفی به‌روش موردنظر الکتروریسی بود. محلول ریسندگی با غلظت 10 درصد وزنی پیش ماده آلومینیوم انتخاب شد و با در نظر گرفتن نسبت‌های مختلف وزنی پلیمر به پیش ماده، فرایند الکترولیسی بهتر انتخاب شد. ولتاژ ریسندگی پایدار در محدوده 17 تا 20 کیلوولت و نرخ جریان 5/0 میلی‌لیتر بر ساعت تنظیم بود. برای اطمینان از تشکیل نانوذرات و تعیین ساختار فیزیکی، شیمیایی و ریخت‌شناسی آنها آنالیزهای XRD، SEM، FTIR و Raman انجام شد. متغیرهای بررسی شده شامل pH، زمان تماس، مقدار نانوجاذب، غلظت آلاینده و حجم محلول بوده‌اند. پس از تعیین بهینه شرایط جذب فلز نیکل توسط جاذب الکترولیسی آلومینای نانولیفی، محاسبات ایزوترم‌ها و سینتیک جذب با رسم نمودارهای مقایسه‌ای انجام شده است. نتایج‌ها حاکی از آن است که بهترین شرایط برای جذب و حذف نیکل توسط نانوجاذب الکترولیسی آلومینای نانولیفی در pH برابر 8، زمان تماس 60 دقیقه، مقدار نانوجاذب 05/0 گرم، غلظت 5 میلی‌گرم در لیتر فلز نیکل و حجم محلول 50 میلی‌لیتر اتقاق افتاده و به مقدار 99 درصد بوده است. همچنین رفتار جاذب در فرایند جذب با ایزوترم‌های لانگمیر و فروندلیچ و مدل‌های سینتیک شبه‌درجه اول و دوم تطبیق داشته است. در نهایت آنچه مسلم است روش سنتز نانوجاذب آلومینای نانولیفی به روش الکترولیسی در این پژوهش پیچیده، اما در عین حال بسیار کاربردی و مؤثر است که می‌تواند به‌عنوان راهکاری نوین و نویدبخش در حذف یون فلز نیکل از آب استفاده شود.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Investigation of Nickel Removal from Water by Electrospun Alumina Nanofiber Adsorbent

نویسندگان [English]

  • Helia Sadat Hosseini Shekarabi 1
  • Farzad Hashemzadeh 2
  • Amir Hosein Javid 3
  • Amirhesam Hasani 3
1 PhD in Environmental Engineering (Water and Wastewater), Faculty of Natural Resources and Environment, Science and Research Branch, Islamic Azad University, Tehran, Iran
2 PhD Student of Environmental Engineering (Water and Wastewater), Faculty of Natural Resources and Environment, Science and Research Branch, Islamic Azad University, Tehran, Iran
3 Prof., Dept. of Environmental Engineering (Water and Wastewater), Faculty of Natural Resources and Environment, Science and Research Branch, Islamic Azad University, Tehran, Iran
چکیده [English]

Environmental pollution due to heavy metals has increased enormously in the world in the last two centuries. The presence of some heavy metals in aquatic ecosystems is a continuous hazard to human health. Electrospinning technology is the most effective way to produce nanofibers. In this study, the technology of producing nanofiber aluminum for maximum separation of nickel through the adsorption process has been investigated. In this research, nanofiber alumina has been synthesized by electrospinning method. Spinning solution with a concentration of 10% by weight of aluminum precursor was selected. Considering different weight ratios of polymer to precursor, the electrolysis process was better selected. The stable spinning voltage was in the range of 17-20 kV and the flow rate was 0.5 ml/h. Eventually, XRD, SEM, FTIR, and Raman tests were performed to ensure the formation of nanoparticles and to determine their physical, chemical, and morphological structure. The pH, contact time, nano-adsorption value, pollutant concentration, and solution volume parameters were evaluated. Therefore, the optimal conditions for separating nickel-metal were provided and isothermal and kinetic absorption calculations were performed for it. The results indicate that the best conditions for nickel adsorption by this type of nano-adsorbent occurs at pH=8, a contact time of 60 minutes, nano-adsorbent in the amount of 0.05 gr, concentration of 5 mg/L of nickel metal and the solution volume of 50 ml and it has been 99%. In addition, the adsorbent behavior was consistent with the Langmuir and Freundlich isotherms and the first and second-degree quasi-quintet kinetic models. Finally, it is clear that the method of nanofiber aluminum synthesis by electrospinning is complex but at the same time very practical and effective, leading to its use as a new and promising solution in removing nickel metal ions from water.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Alumina Nanofibers
  • Electrospinning
  • Nickel Adsorption
  • Water Treatment
Abbas, A., Al-Amer, A. M., Laoui, T., Al-Marri, M. J., Nasser, M. S., Khraisheh, M., et al. 2016. Heavy metal removal from aqueous solution by advanced carbon nanotubes: critical review of adsorption applications. Separation and Purification Technology, 157, 141-161.
Ahmed, K., Mehedi, Y., Haque, R. & Mondol, P. 2011. Heavy metal concentrations in some macrobenthic fauna of the Sundarbans mangrove forest, south west coast of Bangladesh. Environmental Monitoring and Assessment, 177, 505-514.
Berenjian, A., Maleknia, L., Fard, G. C. & Almasian, A. 2018. Mesoporous carboxylated Mn2O3 nanofibers: synthesis, characterization and dye removal property. Journal of the Taiwan Institute of Chemical Engineers, 86, 57-72.
Carnes, M., Buccella, D., Chen, J. Y. C., Ramirez, A. P., Turro, N. J., Nuckolls, C., et al. 2009. A stable tetraalkyl complex of nickel (IV). Angewandte Chemie International Edition, 48, 290-294.
Farkas, A., Erratico, C. & Vigano, L. 2007. Assessment of the environmental significance of heavy metal pollution in surficial sediments of the River Po. Chemosphere, 68, 761-768.
Huang, X., Yang, J., Wang, J., Bi, J., Xie, C. & Hao, H. 2018. Design and synthesis of core–shell Fe3O4@ PTMT composite magnetic microspheres for adsorption of heavy metals from high salinity wastewater. Chemosphere, 206, 513-521.
Kim, J. H., Yoo, S. J., Kwak, D. H., Jung, H. J., Kim, T. Y., Park, K. H., et al. 2014. Characterization and application of electrospun alumina nanofibers. Nanoscale Research Letters, 9, 44.
Mahapatra, A., Mishra, B. & Hota, G. 2013. Studies on electrospun alumina nanofibers for the removal of chromium (VI) and fluoride toxic ions from an aqueous system. Industrial and Engineering Chemistry Research, 52, 1554-1561.
Nalbandian, M. J., Zhang, M., Sanchez, J., Nam, J., Cwiertny, D. M. & Myung, N. V. 2017. Mesoporous-alumina/hematite (Al2O3/Fe2O3) composite nanofibers for heavy metal removal. Science of Advanced Materials, 9, 22-29.
Noordin, M. & Liew, K. Y. 2010. Synthesis of alumina nanofibers and composites. Nanofibers, 21, 406-418.
Onder, S., Dursun, S., Gezgin, S. & Demirbas, A. 2007. Determination of heavy metal pollution in grass and soil of city centre green areas (Konya, Turkey). Polish Journal of Environmental Studies, 16(1), 145-154.
Piri, S., Piri, F., Rajabi, B., Ebrahimi, S., Zamani, A. & Yaftian, M. R. 2015. In situ one‐pot electrochemical synthesis of aluminum oxide/polyaniline nanocomposite; characterization and its adsorption properties towards some heavy metal ions. Journal of the Chinese Chemical Society, 62, 1045-1052.
Sajid, M., Nazal, M. K., Baig, N. & Osman, A. M. 2018. Removal of heavy metals and organic pollutants from water using dendritic polymers based adsorbents: a critical review. Separation and Purification Technology, 191, 400-423.
Sany, S. B. T., Hashim, R., Rezayi, M., Salleh, A., Rahman, M. A., Safari, O., et al. 2014. Human health risk of polycyclic aromatic hydrocarbons from consumption of blood cockle and exposure to contaminated sediments and water along the Klang Strait, Malaysia. Marine Pollution Bulletin, 84, 268-279.
Shekarabi, H. H., Javid, A., Azar, P. A. & Hasani, A. 2017. Comparison of fast elimination of Cr (VI) by alumina nanofiber and alumina nanoporous. International Journal of Environmental Science and Technology, 14, 803-812.
Wcisło, E., Ioven, D., Kucharski, R. & Szdzuj, J. 2002. Human health risk assessment case study: an abandoned metal smelter site in Poland. Chemosphere, 47, 507-515.
Xia, Z., Baird, L., Zimmerman, N. & Yeager, M. 2017. Heavy metal ion removal by thiol functionalized aluminum oxide hydroxide nanowhiskers. Applied Surface Science, 416, 565-573.
Yuen, F. K. & Hameed, B. 2009. Recent developments in the preparation and regeneration of activated carbons by microwaves. Advances in Colloid and Interface Science, 149, 19-27.
Zhu, J., Deng, B., Yang, J. & Gang, D. 2009. Modifying activated carbon with hybrid ligands for enhancing aqueous mercury removal. Carbon, 47, 2014-2025.