بررسي سينتيك رفتار جذب سطحي كاتيون‌ فلزات سنگين توسط نانوجاذب نايلون 6/ زيركونيا

Kinetic Study on Surface Adsorption of Heavy Metal Cations by Nylon6/Zirconia Nano-absorbent

تصفيه انواع پساب­ هاي صنعتي و بازگرداني آب به چرخه مصرف از اهميت زيادي برخوردار است. در اين پژوهش با توليد نانوجاذب كامپوزيتي نايلون6/ نانوذرات زيركونيا شرايط براي جداسازي كاتيون­ فلزات سنگين (مانند Cu، Ni و Co) به عنوان يكي از آلاينده ­هاي مهم آب بررسي شده است. نانوجاذب كامپوزيتي با مقادير مختلف زيركونيا توسط روش الكتروريسي توليد شد. به منظور بررسي ريزساختار و بنيان­ هاي مولكولي در نانوجاذب كامپوزيتي به ترتيب از آزمون­ هاي SEM و FTIR استفاده شد. نتايج ريزساختارشناسي نشان داد كه با افزايش نسبت سراميك به پليمر ميانگين قطر الياف از 387 به 105 نانومتر و تخلخل سطحي از 83/1 به 65/6 درصد كاهش يافت. علاوه بر اين، از توزيع همگن نانوذرات روي الياف كاسته و عيوب الكتروريسي مانند آگلومراسيون نانو­ذرات روي برخي الياف مشاهده شد. افزودن نانوذرات زيركونيا بنيان­ هاي مولكولي نايلون 6 را تغيير نداد. با توجه به توزيع و ايجاد مواضع فيزيكي همگن توسط نانوذرات زيركونيا، نسبت سراميك به پليمر برابر 0/88 (g/g) به عنوان تركيب بهينه انتخاب شد. تغييرات زاويه تماس آب روي سطح نانوجاذب نشان داد كه سطح مورد مطالعه در لحظه ابتدايي تماس آب­گريز و در ادامه آب­دوست است. بررسي سينتيك جذب كاتيون فلزات سنگين توسط نانوجاذب نشان داد كه از مدل شبه درجه اول تبعيت مي­ كند. بيشينه مقدار جذب كاتيون فلزات Cu، Ni و Co به ترتيب برابر 9/6، 8/7 و 4/8 ميلي­ گرم بر سانتي­ متر مربع بود كه بيانگر بهره ­وري بالاي نانوجاذب كامپوزيتي نايلون 6/ زيركونيا در جذب كاتيون­ هاي فلزات سنگين است. بنابراين با توسعه انواع مختلف نانوجاذب پليمر- سراميك امكان بازچرخاني پساب صنعتي فراهم مي­ شود.

Industrial wastewater treatment and recycling the treated water are drawn to attention. In this study, the removal of heavy metal cations (e.g. Cu, Ni, Co) as an important pollutants, has been investigated by applying the Nylon6/zirconia nano-composite absorbent. Nano-composite membranes containing different amount of zirconia nano-particles (NPs) were synthesized via electrospinning method. To study the microstructure and functional molecule groups of nano-absorbent, SEM and FTIR techniques were used, respectively. The results showed that the average diameter size of fibers and surface porosity decreased from 387 to 105 nm and 83.1 to 65.6 % with increasing the zirconia content, respectively. Furthermore, zirconia NPs were distributed heterogeneously and also electrospinning defects such as zirconia agglomerates were observed in the mat. Adding the zirconia NPs did not affect the functional molecule groups of Nylon6. According to the homogenous distribution and also creation of active sites by zirconia NPs, the ratio of zirconia to Nylon6 equals to 0.88 (g/g) was selected as the optimized composition. Water contact angle variations on the surface of nano- absorbent indicated that the mentioned surface had hydrophobic behavior at the beginning time of contact and then it switched to the hydrophilic manner. Kinetic study on the adsorption of heavy metal cations showed that it was followed by first-pseudo order model. The maximum adsorption was recorded 9.6, 8.7 and 4.8 mg/cm2 respect to the Cu, Ni, and Co cations. It suggests that the Nylon6/zirconia nano-composite has high efficiency to adsorb heavy metal pollutants. Eventually, the water recycling will be achieved by development of polymer-ceramic nano-composite.