سنتز و شناسايي جاذب نوين بر پايه سيليكاي مزوپور رشته‌اي (KCC-1) براي حذف فلز سنگين از محلول آبي با رهيافت جذب

Synthesis and Characterization of Novel Adsorbent Based on Mesoporous Fibrous Silica (KCC-1) for Removal of Heavy Metal from Aqueous Solution via Adsorption Approach

آلودگي فلزات سمّي در منابع آبي يك نگراني بزرگ محيط‌زيستي‌ در سرتاسر دنياست. در اين ميان، كادميوم به‌عنوان يكي از سمّي‌ترين فلزات سنگين قلمداد مي‌شود زيرا آن نه تنها تهديدي براي گياهان، بلكه تهديدي براي انسانهاست. ازاين‌رو، توسعه روش‌هاي جديد براي حذف فلز كاديوم اهميت زيادي براي پژوهشگران دارد. اين پژوهش را مي‌توان به‌طور كلي به سه بخش تقسيم كرد: 1) سنتز و شناسايي مزوپور سيليكاي رشته‌اي KCC-1، 2) اصلاح سطح و شناسايي KCC-1 عامل‌دارشده با گروه‌هاي تري‌آمين (TA-KCC-1، 3) بررسي عملكرد TA-KCC1- به‌عنوان جاذب با هدف حذف فلز كادميوم (Cd) از محيط آبي به‌روش جذب. مواد سنتزشده با آناليزهاي FTIR، FESEM و ايزوترم جذب واجذب نيتروژن شناسايي و بررسي شدند. به‌منظور بررسي ويژگي‌هاي جذبي و تعيين بهترين ظرفيت جذب براي جاذب TA-KCC-1 شرايط جذبي مانند pH، مقدار جاذب، غلظت اوليه آلاينده، و زمان بررسي و بهينه شد. سپس، به‌منظور بررسي و پيش‌بيني ويژگي‌هاي جذبي و مكانيزم جذب اين آلاينده توسط جاذب TA-KCC-1 ستز شده، از مدل‌هاي غيرخطي سينتيكي و ايزوترمي مختلف استفاده شد. پارامترهاي تئوري به‌دست آمده از داده‌هاي تجربي نشان دادند كه جذب كاتيون Cd(II)، توسط TA-KCC1- از مدل سينتيكي شبه‌درجه دوم و مدل ايزوترمي لانگمير پيروي مي‌كند. در شرايط بهينه زمان= 300 دقيقه، دما = 298 درجه كلوين، مقدار جاذب = 5 ميلي‌گرم، pH=7 بيشينه ظرفيت جذب 378 ميلي‌گرم بر گرم به‌دست آمد. نتايج حاصل از اين پژوهش نشان داد كه جاذب نوين گزارش شده در اين كار پژوهشي داراي پتانسيل بالايي به‌منظور حذف آلاينده فلز سمّي Cd(II) از محيط‌هاي آبي است. همچنين، زيست تخريب‌پذيري، طراحي‌پذيري، و ظرفيت جذب بالاي اين جاذب مي‌تواند نويدي براي كارهاي پژوهشي مشابه آينده در زمينه حذف ديگر آلاينده‌ها از محيط‌هاي آبي باشد.

Heavy metal pollution in water sources is a great environmental issue worldwide. In this line, Cd(II) is considered to be one of the top toxic heavy metals because it is a threat not only to plants, but also to humans. Accordingly, development of new strategies for removal of Cd(II) is of great importance for scientists. This study could be divided into three overall sections: 1) synthesis and characterization of fibrous mesoporous silica KCC-1, 2) surface modification and characterization of triamine-functionalized KCC-1 (TA-KCC-1), 3) investigation of the applicability of TA-KCC-1 as an adsorbent for the removal of Cd(II) from aqueous solution via adsorption method. Synthesized materials were analyzed and investigated by FTIR, FESEM, and N2 adsorption-desorption isotherms. In order to investigate adsorption features and determine the better adsorption capacity for TA-KCC-1, adsorption conditions such as pH, adsorbent dosage, initial concentration of pollutants, and contact time were monitored and optimized. Then, to investigate and predict the adsorption properties and adsorption mechanism of Cd(II) by synthesized TA-KCC-1, various nonlinear kinetic and isotherm models were used. Theoretical parameters obtained from experimental data revealed that the adoption of Cd(II) cations by TA-KCC-1 follows the Langmuir isotherm model with the maximum adsorption capacity of 378 mg g–1 under optimum conditions (pH=7.0; adsorbent dosage=5.0 mg; time=300 min; temperature=298 K). The results of this study showed that the novel adsorbent reported in this study possesses the high potential for adsorptive removal of Cd(II) from aqueous solution. Also, biodegradability, designability, and high adsorption capacity of this adsorbent may be promising for similar research in the field of adsorption pollutants in the future.