حذف نیترات از محلولهای آبی با استفاده از جاذب نانو حفره سیلیکایی MCM-41 عامل‌دار شده با گروههای آلی دی‌آمینی

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی کارشناسی ارشد مهندسی محیط زیست، دانشکده منابع طبیعی و علوم دریایی، دانشگاه تربیت مدرس، نور

2 دانشیار مهندسی محیط زیست، دانشکده منابع طبیعی و علوم دریایی، دانشگاه تربیت مدرس، نور

3 استادیار، پژوهشکده علوم محیطی، دانشگاه شهید بهشتی، تهران

چکیده

نیترات یکی از آلاینده‌های خطرناک محیط‌های آبی است که منجر به بروز مشکلات بهداشتی فراوانی می‌شود. این پژوهش با هدف حذف نیترات از محلولهای آبی با استفاده از میان حفره سیلیکایی MCM-41 عامل‌دار شده با گروه آلی دی‌آمینی (NH2-NH-MCM-41) انجام شد. ابتدا میان حفره MCM-41 سنتز گردید و به‌روش پیوند تکمیلی با گروههای آلی دی آمینی عامل‌دار شد. برای شناسایی مواد سنتز شده، از آنالیزهای XRD، BET و  FTIRاستفاده شد. نتایج به‌دست آمده از آزمایش‌های جذب نیترات در سیستم ناپیوسته جذبی، میزان بالای مقدار جذب و درصد حذف را نشان داد. میزان بهینه pH برابر7، میزان بهینه جاذب 5 گرم در لیتر و غلظت اولیه بهینه آنیون نیترات 110 میلی‌گرم در لیتر محاسبه شد. تأثیر زمان تماس جاذب با آنیون نیترات نشان داد که بالاترین میزان جذب در زمان 15 دقیقه است. مقدار جذب برای جاذب NH2-NH-MCM-41 برابر 74/15 میلی‌گرم در گرم به‌دست آمد و درصد حذف آنیون نیترات توسط این جاذب نیز میزان 75 درصد را نشان داد. همچنین داده‌های جذب تعادلی با استفاده از مدل‌های ایزوترمی لانگمیر و فروندلیچ بررسی و بیشینه ظرفیت جذب تعادلی معادل 8/29 میلی‌گرم بر گرم برآورد گردید. نتایج به‌دست آمده نشان داد که جاذب میان حفره NH2-NH-MCM-41 می‌تواند به‌عنوان جاذبی مناسب برای حذف آنیون‌های نیترات از محیط‌های آبی مورد استفاده قرار گیرد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Nitrate Removal from Aqueous Solution Using Nanoporous MCM-41 Silica Adsorbent Functionalized with Diamine Group

نویسندگان [English]

  • Mehdi Ebrahimi Getkesh 1
  • Habibollah Younesi 2
  • Afsaneh Shahbazi 3
چکیده [English]

Nitrate is one of the contaminants in the aquatic environment and causes health problems. In the present study, removal of nitrate from aqueous solution using the mesoporous MCM-41 silica functionalized with diamine group (NH2-NH-MCM-41) was investigated. The modification of mesoporous MCM-41 materials by grafting diamine functional groups directly to the surface of a solid adsorbent was studied. The structure of the synthesis materials was characterized by XRD, BET and FT-IR. Results revealed that nitrate adsorption in batch system show high adsorption capacity (15.74 mg/g) and removal percentage (75%). The optimal pH, amount of adsorbent and initial concentration for removal of the nitrate anion on NH2-NH-MCM-41 were found at 7, 5 g/l and 110 mg/l, respectively. Maximum adsorption capacity was also attained at contact time 15 min for removal of nitrate anion. The experimental data were analyzed using the Langmuir and Freundlich isotherm models and the maximal equilibrium uptake capacity of 29.8 mg/g was obtained. The results of the present study showed that NH2-NH-MCM-41 adsorbent can be used as an adequate adsorbent for removing anion nitrate from aquatic environments.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Nanoporous materials
  • NH2-NH-MCM-41
  • Adsorption
  • Nitrate
1- Esmaeili-sari, A. (2001). Pollutants, health and standard in environment, Naghsh Mehr Pub., Tehran.
(In Persian)

2- Lin, S.H., and Wu, C.L. (1996). “Removal of nitrogenous compounds from aqueous solution by ozonation and ion exchange.” Water Research, 30(8), 1851-1857.

3- EPA. (2010). “Basic information about nitrate in drinking water.” <http://water.epa.gov /drink/contaminants /basicinformation/nitrate.cfm.> (July 2011).

4- Wright, R.O., Lewander, W.J., and Woolf, A.D. (1999). “Methemoglobinemia: Etiology, pharmacology, and clinical management.” Annals of Emergency Medicine, 34(5), 646-656.

5- Öztürk, N., and Bektas, T.E. (2004). “Nitrate removal from aqueous solution by adsorption onto various materials.” J. of Hazardous Materials, 112(1-2), 155-162.

6- Hamoudi, S., Saad, R., and Belkacemi, K. (2007). “Adsorptive removal of phosphate and nitrate anions from aqueous solutions using ammonium-functionalized mesoporous silica.” Industrial and Engineering Chemistry Research, 46(25), 8806-8812.

7- Selvam, P., Bhatia, S.K., and Sonwane, C.G. (2001). “Recent advances in processing and characterization of periodic mesoporous MCM-41 silicate molecular sieves.” Industrial and Engineering Chemistry Research, 40(15), 3237-3261.

8-Heidari, A., Younesi, H., and Mehraban, Z. (2009). “Removal of Ni(II), Cd(II), and Pb(II) from a ternary aqueous solution by amino functionalized mesoporous and nano mesoporous silica.” Chemical Engineering Journal, 153(1-3), 70-79.

9- Srisuda, S., and Virote, B. (2008). “Adsorption of formaldehyde vapor by amine-functionalized mesoporous silica materials.” J. of Environmental Sciences, 20(3), 379-384.

10- Lam, K.F., Ho, K.Y., Yeung, K.L., and Mckay, G. (2004). “Selective adsorbents from chemically modified ordered mesoporous silica, in studies in surface science and catalysis. ” Proc. of the 14th International Zeolite Conf., Cape Town, South Africa, 2981-2986.

11- Shahbazi, A., Younesi, H., and Badiei, A. (2011). “Functionalized SBA-15 mesoporous silica by melamine-based dendrimer amines for adsorptive characteristics of Pb(II), Cu(II) and Cd(II) heavy metal ions in batch and fixed bed column.” Chemical Engineering Journal, 168(2), 505-518.

12- Juang, L.-C., Wang, C.-C., and Lee, C.-K. (2006). “Adsorption of basic dyes onto MCM-41.” Chemosphere, 64(11), 1920-1928.

13- Mangrulkar, P.A., Kamble, S. P., Meshram, J., and Rayalu, S.S. (2008). “Adsorption of phenol and o-chlorophenol by mesoporous MCM-41.” Journal of Hazardous Materials, 160(2-3), 414-421.

14- Kisler, M. J., Dahler, A., Stevens, G.W., O'connor, A.J. (2001). “Separation of biological molecules using mesoporous molecular sieves.” Microporous and Mesoporous Materials, 44-45, 769-774.

15- Chen, H., and Wang, Y. (2002). “Preparation of MCM-41 with high thermal stability and complementary textural porosity.” Ceramics International, 28(5), 541-547.

16- Vasconcelos, H.L. (2008). “Chitosan crosslinked with a metal complexing agent: Synthesis, characterization and copper(II) ions adsorption.” Reactive and Functional Polymers, 68(2), 572-579.

17- Parida, K.M., and Rath, D. (2009). “Amine functionalized MCM-41: An active and reusable catalyst for Knoevenagel condensation reaction.” J. of Molecular Catalysis A: Chemical, 310(1-2), 93-100.

18- Wang, X., Lin, K.S., Chan, J.C.C., and Cheng, S. (2007). “Direct synthesis and catalytic applications of ordered large pore aminopropyl-functionalized SBA-15 mesoporous materials.” J. of Physical Chemistry B, 109(5), 1763-1769.

19- Li, J., Miao, M., Hao, Y., Zhao, J., Sun, X., and Wang, L. (2008). “Synthesis, amino-functionalization of mesoporous silica and its adsorption of Cr(VI).” J. of Colloid and Interface Science, 318(2), 309-314.

20- Bhatnagar, A., Kumar, E., and Sillanpää, M. (2010). “Nitrate removal from water by nano-alumina: Characterization and sorption studies.” Chemical Engineering Journal, 163(3), 317-323.

21-. Baldrian, P. (2003). “Interactions of heavy metals with white-rot fungi.” Enzyme and Microbial Technology, 32(1), 78-91.

22- SarI, A., and Tuzen, M. (2009). “Kinetic and equilibrium studies of biosorption of Pb(II) and Cd(II) from aqueous solution by macrofungus (Amanita rubescens) biomass.” J. of Hazardous Materials, 164(2-3),
1004-1011.

23- Özer, A., and Özer, D. (2003). “Comparative study of the biosorption of Pb(II), Ni(II) and Cr(VI) ions onto S. cerevisiae: Determination of biosorption heats.” J. of Hazardous Materials, 100(1-3), 219-229.