جذب سطحی کروم از محیط آبی با استفاده از پلی‌آنیلین

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 استادیار گروه مهندسی عمران، دانشکده مهندسی مکانیک و عمران، دانشگاه آزاد اسلامی واحد خمینی‌شهر، خمینی‌شهر، اصفهان

2 استاد دانشکده مهندسی شیمی، دانشگاه صنعتی شریف، تهران

3 استادیار گروه شیمی کاربردی، دانشکده شیمی، دانشگاه تبریز، تبریز

4 استادیار گروه شیمی تجزیه، دانشکده علوم پایه، دانشگاه مازندران، بابلسر

چکیده

دسته جدیدی از پلیمرهای سنتز شده، رسانای جریان الکتریسیته هستند و پلیمرهای رسانا نامیده می‌شوند. یکی از مهم‌ترین پلیمرهای رسانا پلی‌آنیلین است. پلی‌آنیلین از اکسایش آنیلین تحت شرایط اسیدی قوی و با استفاده از پتاسیم یدات به‌عنوان شروع کننده واکنش‌ها سنتز می‌شود. در این پژوهش پودر پلی‌آنیلین به‌روش شیمیایی تهیه شد و به‌منظور جداسازی و احیای کروم 6+ در محیط آبی استفاده گردید. آزمایش‌ها به‌صورت راکتور ناپیوسته انجام شدند و پارامترهایی چون زمان تماس پلی‌آنیلین با محیط آبی،pH  محلول کروم و همدماهای فروندلیچ و لانگمیر مورد بررسی قرار گرفتند. با توجه به حضور کروم 3+ بعد از اختلاط پلی‌آنیلین با محلول کروم، مکانیسم حذف کروم برای پلی‌آنیلین، ترکیبی از جذب سطحی و احیای کروم بیان شد. پلی‌آنیلین بخشی از کروم 6+ را احیا و به کروم 3+ تبدیل کرده و سپس کروم 3+ و کروم 6+ احیا نشده را جذب می‌کند. جذب سطحی به‌دلیل وجود سایت‌های نیتروژن(- NH)  در پلی‌آنیلین است. نیتروژن به‌دلیل داشتن الکترون در مدار sp3 می‌تواند با بار مثبت کروم 6+ و کروم 3+ پیوندهای ضعیف بر قرار کرده و آنها را جذب کند. برای پلی‌آنیلین، زمان بهینه حذف کروم کل در حد 30 دقیقه و زمان بهینه حذف کروم 6+ در حد 5 دقیقه محاسبه شد. پلی‌آنیلین بیشترین درصد حذف کروم کل را در pH بین 3 تا 9 و بیشترین درصد حذف کروم 6+ را در pH‌های اسیدی داشت. فرایند جذب سطحی کروم توسط پلی‌آنیلین مطابقت قابل قبولی با همدماهای لانگمیر و فروندلیچ در جذب داشت. طبق یافته‌های این پژوهش، پلی‌آنیلین برای جداسازی کروم از محیط آبی جاذب مناسبی است.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Adsorption of Chromium from Aqueous Solution Using Polyaniline

نویسندگان [English]

  • Majid Riahi Samani 1
  • Seyyed Mehdi Borghai 2
  • Ali Olad 3
  • Mohammad Javad Chaichi 4
1 Assist. Prof. of Civil Eng., Faculty of Mechanic and Civil Eng., Islamic Azad University, Khomeinishahr Branch, Isfahan, Iran
2 prof., Faculty of Chemical Eng., Sharif University of Tech., Tehran, Iran
3 Assist. Prof., Faculty of Chemistry, Tabriz University, Tabriz, Iran
4 Assist. Prof., Faculty of Chemistry, Mazandaran University, Babolsar, Iran
چکیده [English]

 New group of polymers have been synthesized that are conductive of electricity so they are called conducting polymers. One of the most conducting polymers is "polyaniline". In the present study, polyaniline was synthesized by oxidizing aniline monomer under strongly acidic conditions using potassium iodate as an initiator of oxidative polymerization. Synthesized polyaniline as a powder used as an adsorbent to remove chromium from aqueous solution. Experiments were conducted in batch mode with variables such as amount of polyaniline, chromium solution pH and adsorbtion isotherms. Due to presence of Cr (III) in solution after using polyaniline, removal mechanism is the combination of surface adsorption and reduction. It seems that polyaniline reduces the Cr(VI) to Cr(III) and adsorbs the Cr(III) and a part of remaining  Cr(VI). It is well known that nitrogen atom in compounds of amine derivative makes co-ordinate bond with positive charge of metals due to the presence of electron in sp3 orbital of nitrogen. The majority of total chromium removal  occurred at 30minute for polyaniline  and the optimum  time for  hexavalent chromium  removal was about 5 min. Polyaniline has the maximum total cheomiume removal at pH, 3-9. The maximum hexavalent chromium removal occurred at acidic pH for polyanilines. The equilibrium adsorption data for polyaniline fitted both Freundlich’s and Langmuir’s isotherms. This research shows that polyaniline can be used as an adsorbent  for removal chromium from aqueous solution.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Polyaniline
  • Environmental pollution
  • Chromium
  • Adsorption
  • reduction
Harrison, R.M. (1999) Understanding our environment Royal Society Chemistry, Edinburgh, UK
Duffus, J. H. (1983) Environment toxicology (Resources and environmental sciences series) Edward Arnold, UK.
Farazmand, A., Orumieh, H. R., and Tashayaouie, H.R. (2005) Determination of heavy metals in the effluent plating units of Isfahan Province J. of Water and Wastewater 55, 69-76
Selvaraj, K., Chandramohan, V., and Pattebhi, S. (1997) Removal of hexavalent chromium using distillery sludge Bioresour. Technol 89, 207-211
Mozafarian, K., Madaeni, S. S., and Khoshnodie, M. (2007) Evaluating the performance of reverse osmosis in arsenic removal form water J. of Water and Wastewater 60, 22-28
Tobin, J. M., and Roux, J. C. (1998) Mucor biosorbent for chromium removal from tanning effluen Water Research 32, 1407-1416
Kozlowski, A., and Walkoriak, W. (2002) Removal of chromium (VI) from aqueous solution by polymer inclusion membranes Water Research 36, 4870-4876
Liu, M., Zhang, H., Zhang, X., Deng ,U., Liu, W., and Zhan, H. (2001) Removal and recovery of chromium (III) from aqueous solutions by a spheroidal cellulose adsorbent Water Research 73, 322-328
Babel, S., and Kurniawan, T.A. (2004) Cr(VI) removal from synthetic wastewater using coconut shell charcoal and commercial activated carbon modified with oxidizing agents and/or chitosan Chemosphere 54, 951-967
Kobya, M. (2004) Removal of Cr(VI) from aqueous solutions by adsorption onto hazelnut shell activated carbon: Kinetic and equilibrium studies Biosour. Technol 91, 317-321
Ghorabani, F., and Younesi, H. (2009) Biosorption of cadmium (II) ions by Saccharomyces Cerevisiae biomass from aqueous solutions J. of Water and Wastewater 68, 33-39
Shamohammadi, Z., Moazed, H., Jafarzadeh, N., and Haghighat Jou, P. (2008) Removal of low concentrations of Cadmium from water using improved rise husk J. of Water and Wastewater 67, 27-33
Saeedi, M., Jamshidi, A., Abessi, O., and Bayat, J. (2009) Removal of dissolved cadmium by adsorption onto walnut and almond shell charcoal: Comparison with granular activated carbon (GAC). J. of Water and Wastewater 70, 16-22
Mosaferi, M., and Mesdaghinia, A. R. (2005) Removal of arsenic from drinking water suing modified activated alumina J. of Water and Wastewater 55, 2-14
Fouladi Fard, R., Azimi, A., and Nabi Bidhendi, Gh. (2008) Cadmium biosorption in a batch reactor using excess municipal sludge powder J. of Water and Wastewater 67, 2-8
Srivastava, K., Balasubramanian, N., and Ramakhrisna, T. V. (1988) Studies on chromium removal by rice busk carbon Indian J. of Environment Health 30, 376-387
Gupta, V. K., Morhan, D., Sharms, S., and Park, K. T. (1992) Removal of chromium from electroplating industry wastewater using bagasse fly ash-a sugar industry waste materials Environmentalist 19, 129-136
Khan, S. A., Rehman, R., and Khan, M. A. (1995) Adsorption of Chromium and Silver on bentonite Waste Material 15, 271-282
Ansari, R., and Khoshbakht, N. (2007) Application of polypyrrole coated on wood sawdust for removal of Cr (VI) ion from aqueous solution. Reactive and Functional Polymer 67, 367-374
Farrell, S. T., and Breslin, C. B. (2004) Reduction of Cr(VI) at a polyaniline film: Influence of film thickness and oxidation state Environmental Science Technology 38, 4671-4676
Ruotolo, L. A. M., and Gubulin J. C. (2005) Chromium (VI) reduction using conducting polymer films Reactive and Functional Polymer 62, 141-151
Kumar, P. A., Chakraborty, S., and Ray, M. (2008) Removal and recovery of Chromium from wastewater using short chain polyaniline synthesized on jute fiber J. of Chemical Engineering 141, 130-140
Kaner, R. B., and MacDiramrid, A.G. (1988) Plastics that conduct electricity J. Appl. Polym. Sci. 258, 106-111
MacDiarmid , A.G., Yang, L.S., Huang, W.S., and Humphrey, B.D. (1987) Polyaniline: Electrochemistry and application to rechargeable batteries Synth. Met 18, 393-398
Wang, J., To, C.O., Zhou, D., and Wallace, G.G. (2005) Novel electrode substrates for rechargeable lithium/polypyrrole batteries J. Power Sources 140, 162-167
Mirmohseni, A., and Solhjo, R. (2003) Preparation and characterization of aqueous polyaniline battery using a modified polyaniline electrode Eur. Polym 39, 219-223
Mirmohseni, A., and Oladegaragoze, A. (2002) Detection and determination of Cr(VI) in solution using polyaniline modified quartz crystal electrode J. Appl. Polym. Sci 85, 2772-2780
Ram, M.K., Yavuz, O., Lahsangah, V., and Aldissi, M. (2005) CO gas sensing from ultrathin nano-composite conducting polymer film Sens. Actuators B Chem. 106, 750-757
Anderson, M.R., Mattes, B.R., Reiss, H., and Kaner, R.B. (1991) Conjugated polymer films for gas separations Science 252, 1412-1414
Kuwabata, S., and Martin, C.R. (1994) Investigation of the Gas-transport properties of polyaniline J. Membrane Sci. 91, 1-12
Armes, S.P., Gottesfeld, S., Beery, J.G., Garzon, F., and Agnew, S.F. (1991) Conducting polymer-colloidal silica composites Polymer 32, 2325-2330
Ohtani, A., Abe, M., Ezoe, M., Doi, T., Miyata, T., and Miyake, A. (1993) Synthesis and properties of high-molecular-weight soluble polyaniline and its application to the 4MB-capacity barium ferrite floppy disks antistatic coating Synth. Met. 57, 3696-3701
Schoch, K.F., Byers, W. A., and Buckley, L. J. (1995) Deposition and characterization of conducting polymer thin films on insulating substrates Synth. Met. 72, 13-23
Hosseini, S. H., Oskooei, S. H. A., and Entezami A. A. (2005) Toxic gas and vapour detection by polyaniline gas sensors Iranian polymer 14, 333-344