جذب انتخابي جيوه (II) از محلول آبي با استفاده از نانو ذرات كيتوزان عامل ‌دار شده با كربن دي سولفيد

Selective Adsorption of Mercury (II) From Aqueous Solution Using Functionalized Nanochitosan by Carbon Disulfide

حذف جيوه از محيط‌هاي آبي به سبب مشكلات محيط زيستي آن، توجه زيادي را به خود معطوف داشته است. لذا هدف از اين پژوهش حذف جيوه (II) از محلول آبي با سنتز نانو كيتوزان اصلاح شده با گروه عاملي كربن دي سولفيد است. در ابتدا نانوكيتوزان با استفاده از اسيد سيتريك به‌عنوان عامل اتصال دهنده عرضي دوستدار محيط زيست، سنتز شد و سپس با گروه كربن دي سولفيد عامل‌دار شد. آناليز‌هاي طيف‌سنجي رزونانس مغناطيسي هسته‌اي پروتون، طيف‌سنجي مادون قرمز تبديل فوريه، تصويربرداري ميكروسكوپ الكتروني روبشي و تصويربرداري ميكروسكوپ الكتروني عبوري به‌منظور تشخيص و بررسي ويژگي‌هاي نانوجاذب سنتز شده انجام شد. فرايند جذب يون جيوه در محلول سنتز شده يون فلزي در سيستم ناپيوسته در شرايط مختلف (pH، دما، زمان تماس، غلظت اوليه يون فلزي و ميزان جاذب) بررسي شد. روند جذب براي بررسي ميزان تطابق داده‌ها با مدل‌هاي همدماي فروندليچ و لانگمير و نيز سينتيك و ترموديناميك جذب در سيستم ناپيوسته صورت گرفت. استفاده مجدد از جاذب سنتز شده توسط اسيد كلريدريك 0/5 مولار انجام و همچنين اثر يون‌هاي مداخله‌گر براي انتخاب‌پذيري نانوجاذب سنتز شده بررسي شد. آناليزها انجام موفق مراحل سنتز و عاملدار كردن نانوجاذب را تأييد كردند. 7=pH، مقدار 0/15 گرم در ليتر جاذب، غلظت 30 ميلي‌گرم بر گرم يون جيوه و زمان تماس 120 دقيقه به‌عنوان مقدار بهينه تعيين شد. از ميان مدل‌هاي همدماي جذبي، مدل لانگمير به‌عنوان مدل مناسب براي اين جاذب برازش شد. بيشترين ظرفيت جذب تعادلي براي يون جيوه 303/03 ميلي‌گرم بر گرم به‌دست آمد. نتايج سينتيك و مكانيسم جذب نيز نشان داد كه روند جذب يون جيوه پيروي بهتري از مدل سينتيكي شبه درجه دوم داشته است. نتايج ترموديناميك نشان داد كه فرايند جذب يك فرايند خودبخودي و گرماده است. نتايج بازيابي جاذب سنتز شده طي 5 چرخه متوالي جذب- بازجذب، بيش از 95 درصد بازيابي را نشان داد. نتايج اثر يون‌هاي مزاحم نشان داد كه درصد حذف جيوه با عامل‌دار كردن نانوكيتوزان با گروه عاملي كربن دي سولفيد تا حدود بيش از 88 درصد افزايش يافت و جاذب سنتز شده داراي گزينش‌پذيري زيادي براي يون جيوه است. باتوجه به اينكه در پساب واقعي، ميزان يون جيوه و ساير عناصر مداخله‌گر، در مقدار كمتري است، بنابراين با توجه به راندمان زياد حذف جاذب، انتظار كاهش مقدار جيوه تا به حد مجاز تعيين شده به‌وسيله جاذب سنتز شده وجود دارد. به‌طور كلي نتايج نشان داد نانوكيتوزان گوگرددار سنتز شده، به‌علت ظرفيت جذب زياد جيوه و توانايي حذف آن به مقدار مجاز تعيين شده توسط EPA، قابليت استفاده مجدد و گزينش‌پذيري براي جذب يون فلزي جيوه، به‌عنوان جاذب مؤثر ارزان قيمت براي حذف جيوه از پساب واقعي مي‌تواند استفاده شود.

Mercury (Hg) is one of the water pollutants and its removal from the aqueous environment is important. The major goal of this study was to remove the Hg (II) from aqueous solution by synthesizing a modified nanochitosan with carbon disulfide functional groups. Nanochitosan was synthesized using citric acid as an environmentally friendly crosslinking agent, and then it was modified with a carbon disulfide functional group. The characteristics of synthesized nanocomposite were studied by using proton nuclear magnetic resonance (1HNMR), transmission electron microscopy (TEM), scanning electron microscopy (SEM), and Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR). Batch adsorption experiments of Hg (II) in metal ion solution were conducted under different conditions such as pH, temperature, contact time, initial concentration of metal ion and adsorbent dosage. The adsorption process was conducted to investigate the compatibility of data with isotherms models (Freundlich and Langmuir), kinetics (pseudo-first-and second-order rate equations) and adsorption thermodynamics in a batch system. Reusability of adsorbent using 0.5 mol/L HCl and also effect of ion interferences were investigated for selectivity of adsorbent. Obtained results from this study confirmed the successful synthesis and functionalizing process of the nano-adsorbent. The optimal values were reported as pH=7, adsorbent dosage of 0.2 g/L, initial concentration of 30 mg/g Hg (II) and contact time of 120 min. Sorption of mercury agreed well with the Langmuir isotherm model, confirming a monolayer adsorption. The maximum equilibrium adsorption capacity for mercury ions was 303.03 mg/g. The results of kinetic studies showed that the sorption process followed the second order model. The results of thermodynamics showed that the adsorption process was exothermic and spontaneous. Possibility of recovery of adsorbent was investigated up to five cycles and desorption percentage of mercury ions was more than 95%.Also, the results of ion interferences effect in mixed solution showed that the percentage of mercury removal with the functionalization of nanochitosan by carbon disulfide increased up to 88% and the synthesized adsorbent has a high selectivity for mercury ions. Based on the high adsorption efficiency obtained for mercury ions in the mixed solution, the synthesized adsorbent can be at promising approach in treatment of real wastewaters with low concentrations of mercury ions and other interfering ions in order to obtain an admissible effluent standard. The results showed that the synthesized nanoadsorbent is an efficient low cost adsorbent for mercury removal from wastewater due to its high adsorption capacity , as well as its reusability and selectivity for mercury.