بهبود راندمان جذب گرافن با استفاده از عاملدار نمودن سطح: بهینه سازی حذف ترکیبات فنلی با استفاده از روش رویه پاسخ

Enhancing the adsorption performance of graphene with a functionalization method: Optimization of phenolic compound removal through response surface methodology


چاپ صفحه
پژوهان
صفحه نخست سامانه
مجری و همکاران
مجری و همکاران
منابع
منابع
علوم پزشکی شهید بهشتی
علوم پزشکی شهید بهشتی

مجریان: رضا سعیدی , احمد علی بابایی , شکوه السادات خالو

کلمات کلیدی: گرافن- نیتروفنل -حذف - رویه پاسخ - آمینوگلیکوزید

اطلاعات کلی طرح
hide/show

کد طرح 7861
عنوان فارسی طرح بهبود راندمان جذب گرافن با استفاده از عاملدار نمودن سطح: بهینه سازی حذف ترکیبات فنلی با استفاده از روش رویه پاسخ
عنوان لاتین طرح Enhancing the adsorption performance of graphene with a functionalization method: Optimization of phenolic compound removal through response surface methodology
کلمات کلیدی گرافن- نیتروفنل -حذف - رویه پاسخ - آمینوگلیکوزید
نوع طرح بنیادی-کاربردی
نوع مطالعه مطالعه تجربی
مدت اجراء - روز 270
ضرورت انجام تحقیق گرافن، ورقه ای دو بعدی از اتم¬های کربن در یک پیکربندی شش ضلعی (لانه زنبوری) می باشد که ویژگی¬های منحصر بفرد آن موجب ظهور کاربردهای متنوع برای این ماده در علوم مختلف گردیده است. در زمینه محیط زیست، تحقیقات زیادی به منظور اصلاح گرافن و اکسیدگرافن و لذا، استفاده از این ترکیبات و مشتقات آنها در حذف آلایندههای گوناگون از آب و هوا صورت گرفته است (15-1). نیتروفنلها از دسته مواد آلی هستند که دارای کاربردهای بسیار وسیع به عنوان ماده اولیه یا حد واسط در صنایع داروسازی، حشره کشها، آفتکشها، صنایع تولید رنگ، مواد منفجره، صنایع چوب و دباغی می باشند. این ترکیبات به علت سرطانزایی که دارند و لذا مخاطرات بهداشتی جدی که ایجاد می نمایند مورد توجه خاص قرار گرفته اند. انجمن حفاظت محیط زیست آمریکا 2-نیتروفنل، 4-نیتروفنل و 2و4- دی نیتروفنل را به عنوان آلایندههای اولیه معرفی کرده و لذا غلظت آنها را در آبهای طبیعی به کمتر از 10 نانوگرم بر لیتر محدود کرده است. روشهای مبتنی بر نانوجاذبها [16-18]، روشهای فوتوشیمیایی [19]، واکنشهای فنتون [20-21]، تخریب در حضور امواج مایکروویو [22-23] از جمله روشهایی هستند که به منظور تخریب و حذف ترکیبات نیتروفنل، مورد استفاده قرار گرفته اند. در این طرح پژوهشی نانوذرات اکسیدگرافن سنتز شده و سطح آن با استفاده از ترکیبات آمینوگلیکوزید (نئومایسین) اصلاح می گردد تا خاصیت جذب سطحی آن بهبود یابد. بعد از مطالعه مرفولوژی ذرات سنتز شده و بررسی خواص سطحی نانوکامپوزیت حاصل، توانایی آن به عنوان یک نانوجاذب کارامد در حذف آلایندههای نیتروفنل مورد آزمایش قرار می گیرد. به منظور بررسی تاثیر پارامترهای فیزیکی و شیمیایی موثر بر راندمان فرایند جذب، از روش طراحی آزمایش و روش رویه پاسخ استفاده خواد شد. هدف در روش رویه پاسخ، بهینه سازی پاسخ (متغیر خروجی) است که متأثر از چندین متغیر مستقل (متغیر های ورودی) می باشد.
هدف کلی تهیه نانوذرات اکسید گرافن و اصلاح سطح آن با استفاده از اصلاحگر آمینوگلیگوزید به منظور بهبود راندمان جذب از طریق بررسی حذف نیتروفنل از محلول آبی با استفاده از روش رویه پاسخ.
خلاصه روش کار این مطالعه در مقیاس آزمایشگاهی و به روش منقطع صورت می گیرد. اکسیدگرافن مورد نیاز در این تحقیق در آزمایشگاه تهیه می شود. به این منظور مخلوط 5 گرم پودر گرافیت و 5/2 گرم سدیم نیترات به 120 میلی لیتر اسید سولفوریک غلیظ(%95) در داخل بالن 500 میلی لیتری در حمام یخ اضافه شد. سپس 13 گرم از پرمنگنات پتاسیم به آرامی به بالن حاوی اسید سولفوریک اضافه می¬شود نمونه مدتی در دمای 10 درجه سانتی گراد نگهداری می¬شود تا کاملا محلول یکنواخت شود. سپس بالن به مدت 24 ساعت در دمای 98 درجه سانتیگراد رفلاکس می¬گردد. در مرحله آخر50 سی¬سی آب اکسیژنه (30%) به مخلوط اضافه شده و به مدت 20 دقیقه مخلوط بهم می¬خورد. بعد از سرد شدن نمونه تا دمای محیط آن را داخل لوله¬هاب فالکن 50 میلی¬لیتری ریخته به مدت 10 دقیقه و سرعت 4000 دور در دقیقه سانتریفوژ می¬شود. نمونه¬ها چندین بار با اسید کلریدریک 10 درصد شستشو داده می¬شوند و سپس به صورت سوسپانسیون 10 گرم بر لیتر نگهداری می¬شود. در مرحله بعد در حضور اصلاحگر آمینوگلیگوزید با استفاده از روش شیمیایی مرطوب حرارتی نانوذرات اکسدگرافن اصلاح می شود و پارامترهای موثر بر فرایند تثبیت از جمله نسبت اصلاحگر به اکسیدگرافن، دمای واکنش و حضور سایر معرفهای شیمیایی بهینه می گردد. لازم است با استفاده از تکنیکهای مختلف نظیر تصویربرداری میکروسکوپ الکترونی روبشی و اسپکتروسکوپی مادون قرمز و انالیز عنصری ساختار نانویی و شبکه کریستالین نانوذرات اکسید گرافن اصلاح شده مورد مطالعه و بررسی قرار گیرد. مرفولوژی و اندازه ذرات تعیین می گردد. سپس در مرحله بعد خواص جذب سطحی نانوکامپوزیت سنتز شده مورد بررسی قرار می گیرد ولذا، توانایی این نانوجاذب در حذف آلاینده¬های آلی از آب مطالعه می گردد. نیتروفنل به عنوان یک آلاینده آلی در این مرحله می¬تواند مورد استفاده قرار گیرد. تاثیر پارامترهای موثر بر فرایند حذف از جمله pH محلول، میزان نانوجاذب، مدت زمان تماس و غلظت اولیه آلاینده به روش رویه پاسخ مورد بررسی و بهینه¬سازی قرار می¬گیرد. و مدل ریاضی حاکم بر فرایند حذف نیتروفنل معرفی و مورد ارزیابی قرار می گیرد.

اطلاعات مجری و همکاران
hide/show

نام و نام‌خانوادگی سمت در طرح نوع همکاری درجه‌تحصیلی پست الکترونیک
رضا سعیدیمجری دکترای تخصصی پی اچ دیreza.saeedi@gmail.com
احمد علی باباییمجری دکترای تخصصی پی اچ دیbabaei@gmail.com
میلاد احمدی مرزالههمکار فوق لیسانسmiladahmadimarzaleh@yahoo.com
شکوه السادات خالومجری اصلی دکترای تخصصی پی اچ دیsh_khaloo@yahoo.com

منابع
hide/show

[1] M. Seredych, T.J. Bandosz, Manganese oxide and graphite oxide/MnO2 composites as reactive adsorbents of ammonia at ambient conditions, Microporous and Mesoporous Materials, 150 (2012) 55-63. [2] C. Petit, T.J. Bandosz, Graphite Oxide/Polyoxometalate Nanocomposites as Adsorbents of Ammonia, The Journal of Physical Chemistry C, 113 (2009) 3800-3809. [3] M. Seredych, T.J. Bandosz, Effects of Surface Features on Adsorption of SO2 on Graphite Oxide/Zr(OH)4 Composites, The Journal of Physical Chemistry C, 114 (2010) 14552-14560. [4] C. Petit, B. Mendoza, T.J. Bandosz, Hydrogen Sulfide Adsorption on MOFs and MOF/Graphite Oxide Composites, ChemPhysChem, 11 (2010) 3678-3684. [5] Y. Matsuo, Y. Nishino, T. Fukutsuka, Y. Sugie, Removal of formaldehyde from gas phase by silylated graphite oxide containing amino groups, Carbon, 46 (2008) 1162-1163. [6] J. Li, S. Zhang, C. Chen, G. Zhao, X. Yang, J. Li, X. Wang, Removal of Cu(II) and Fulvic Acid by Graphene Oxide Nanosheets Decorated with Fe3O4 Nanoparticles, ACS Applied Materials & Interfaces, 4 (2012) 4991-5000. [7] L. Fan, C. Luo, M. Sun, X. Li, H. Qiu, Highly selective adsorption of lead ions by water-dispersible magnetic chitosan/graphene oxide composites, Colloids and Surfaces B: Biointerfaces, 103 (2013) 523-529. [8] G. Zhao, X. Ren, X. Gao, X. Tan, J. Li, C. Chen, Y. Huang, X. Wang, Removal of Pb(ii) ions from aqueous solutions on few-layered graphene oxide nanosheets, Dalton Transactions, 40 (2011) 10945-10952. [9] Y. Ren, N. Yan, Q. Wen, Z. Fan, T. Wei, M. Zhang, J. Ma, Graphene/δ-MnO2 composite as adsorbent for the removal of nickel ions from wastewater, Chemical Engineering Journal, 175 (2011) 1-7. [10] X. Luo, C. Wang, S. Luo, R. Dong, X. Tu, G. Zeng, Adsorption of As (III) and As (V) from water using magnetite Fe3O4-reduced graphite oxide–MnO2 nanocomposites, Chemical Engineering Journal, 187 (2012) 45-52. [11] G. Zhao, J. Li, X. Ren, C. Chen, X. Wang, Few-layered graphene oxide nanosheets as superior sorbents for heavy metal ion pollution management, Environmental Science and Technology, 45 (2011) 10454-10462. [12] L. Fan, C. Luo, M. Sun, X. Li, F. Lu, H. Qiu, Preparation of novel magnetic chitosan/graphene oxide composite as effective adsorbents toward methylene blue, Bioresource Technology, 114 (2012) 703-706. [13] N. Li, M. Zheng, X. Chang, G. Ji, H. Lu, L. Xue, L. Pan, J. Cao, Preparation of magnetic CoFe2O4-functionalized graphene sheets via a facile hydrothermal method and their adsorption properties, Journal of Solid State Chemistry, 184 (2011) 953-958. [14] Y. Gao, Y. Li, L. Zhang, H. Huang, J. Hu, S.M. Shah, X. Su, Adsorption and removal of tetracycline antibiotics from aqueous solution by graphene oxide, Journal of Colloid and Interface Science, 368 (2012) 540-546. [15] Z. Pei, L. Li, L. Sun, S. Zhang, X.-q. Shan, S. Yang, B. Wen, Adsorption characteristics of 1,2,4-trichlorobenzene, 2,4,6-trichlorophenol, 2-naphthol and naphthalene on graphene and graphene oxide, Carbon, 51 (2013) 156-163. [16] G.E.P. Box, K.B. Wilson, On the Experimental Attainment of Optimum Conditions (with discussion), Journal of the Royal Statistical Society Series B, 13 (1951) 1-45. [17] F. Liu, Z. Wu, D. Wang, J. Yu, X. Jiang, X. Chen, Magnetic porous silica–graphene oxide hybrid composite as a potential adsorbent for aqueous removal of p-nitrophenol, Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects, 490 (2016) 207-214. [18] L. Obeid, N.E. Kolli, D. Talbot, M. Welschbillig, A. Bée, Influence of a cationic surfactant on adsorption of p-nitrophenol by a magsorbent based on magnetic alginate beads, Journal of Colloid and Interface Science, 457 (2015) 218-224. [19] W. Yang, Z. Yu, B. Pan, L. Lv, W. Zhang, Simultaneous organic/inorganic removal from water using a new nanocomposite adsorbent: A case study of p-nitrophenol and phosphate, Chemical Engineering Journal, 268 (2015) 399-407. [20] A. Shokri, K. Mahanpoor, D. Soodbar, Evaluation of a modified TiO2 (GO–B–TiO2) photo catalyst for degradation of 4-nitrophenol in petrochemical wastewater by response surface methodology based on the central composite design, Journal of Environmental Chemical Engineering, 4 (2016) 585-598. [21] Y. Nakatsuji, Z. Salehi, Y. Kawase, Mechanisms for removal of p-nitrophenol from aqueous solution using zero-valent iron, Journal of Environmental Management, 152 (2015) 183-191. [22] A. Zhang, N. Wang, J. Zhou, P. Jiang, G. Liu, Heterogeneous Fenton-like catalytic removal of p-nitrophenol in water using acid-activated fly ash, Journal of Hazardous Materials, 201–202 (2012) 68-73. [23] C. Yin, J. Cai, L. Gao, J. Yin, J. Zhou, Highly efficient degradation of 4-nitrophenol over the catalyst of Mn2O3/AC by microwave catalytic oxidation degradation method, Journal of Hazardous Materials, 305 (2016) 15-20. [24] H. Zhou, L. Hu, J. Wan, R. Yang, X. Yu, H. Li, J. Chen, L. Wang, X. Lu, Microwave-enhanced catalytic degradation of p-nitrophenol in soil using MgFe2O4, Chemical Engineering Journal, 284 (2016) 54-60. [25] W. Gao, M. Majumder, L.B. Alemany, T.N. Narayanan, M.A. Ibarra, B.K. Pradhan, P.M. Ajayan, Engineered Graphite Oxide Materials for Application in Water Purification, ACS Applied Materials & Interfaces, 3 (2011) 1821-1826. [26] X.-L. Wu, L. Wang, C.-L. Chen, A.-W. Xu, X.-K. Wang, Water-dispersible magnetite-graphene-LDH composites for efficient arsenate removal, journal of Materials Chemistry, 21 (2011) 17353-17359. [27] Sh. Khaloo, M. Ahmadi, M. Kavousian, S. Bahramzadeh, Graphene oxide coated wad as a new sorbent in fixed bed column for the removal of crystal violet from contaminated water, Separation Science and Technology, (2015).