سنتز كامپوزيت ژل كربوكسي متيل سلولز-مونت مورلونيت و كارايي آن در حذف كاتيون مس دو ظرفيتي از محلول‌هاي آبي

Synthesis of Carboxymethyl Cellulose-Montmorillonite Hydrogel Composite and Studying its Function for Copper Cation Removal from Aqueous Solutions

در اين پژوهش كامپوزيت ژلي بر پايه كربوكسي متيل سلولز و نانو ذره مونت مورلونيت با استفاده از روش پليمريزاسيون راديكال آزاد تهيه و به‌عنوان جاذب كاتيون مس از محلول آبي مورد ارزيابي قرار گرفت. سنتز كامپوزيت هيدروژل و تأثير پارامترهاي مختلف مانند pH، مقدار جاذب، غلظت اوليه كاتيون مس، حضور كاتيون‌هاي سرب و كبالت و زمان تماس روي ظرفيت جذب مس به‌صورت ناپيوسته بررسي شد. نتايج آزمون طيف سنجي تبديل فوريه زير قرمز گروه‌هاي كربوكسيليك اسيد و Si-O-Al و Si-O-Mg را در هيدروژل سنتز شده نشان دادند. نتايج به‌دست آمده نشان داد كه با افزايش pH محلول اوليه تا 5 ، مقدار ظرفيت جذب تعادلي افزايش يافت. داده‌هاي سينتيكي و تعادلي آزمايشگاهي بيشترين تطابق را با مدل سينتيكي شبه درجه دوم و همدماي لانگمير نشان داد. حداكثر ظرفيت جذب به‌‌ترتيب 111، 100 و 83/3 ميلي‌گرم در گرم در دماهاي 273، 303 و 333درجه كلوين به‌دست آمد. نتايج نشان داد كه جذب كاتيون مس توسط كامپوزيت ژل سنتز شده مطلوب است و همچنين مقدار منفي انرژي آزاد و آنتالپي نشان‌دهنده خودبه خودي و گرمازا بودن فرايند جذب بود. در محلول‌هاي چند يوني (جذب رقابتي) تمايل هيدروژل سنتز شده به جذب كاتيون، به‌صورت +Pb2+>>Cu2+>Co2 به‌دست آمد.

In this study, composite hydrogel was provided based on carboxymethyl cellulose and nano-sized montmorillonite by situ radical polymerization method and evaluated as copper cation adsorbent from aqueous solution. Synthesis of hydrogel composite and the effect of various parameters such as pH of solution, adsorbent dosage, initial concentration of copper cation, presence of lead and cobalt cations in solution and contact time on adsorption capacity of copper were studied through batch experiments. The results of FTIR spectra showed that functional groups like Si-O-Mg, Si-O-Al and –COOH exist in synthesized hydrogel. The results indicated that with pH increasing of initial Cu2+ solution up to 5, the adsorption capacity increased subsequently. The experimental kinetic and equilibrium data had the most conformity with pseudo-second order kinetic model and Langmuir adsorption isotherm. The maximum obtained adsorption capacity were 111, 100 and 83.3 mg/g at 273, 303 and 333K respectively. The results showed that the Cu2+ ion adsorption is favorable, also the standard free Gibbs energy and standard enthalpy indicated a spontaneous and exothermic adsorption process. In competitive adsorption experiments, composite hydrogel tended to adsorb cations with an affinity order of Pb2+>> Cu2+ > Co2+.