نانو جاذب مغناطيسي Fe3O4@SiO2 عامل دار شده با EDTA به منظور حذف كادميوم دو ظرفيتي از محلول هاي آبي

EDTA-functionalized Fe3O4@SiO2 magnetic nanoadsorbent for divalent cadmium removal from aqueous solutions

موضوع تحقيق در اين پژوهش، نانو كامپوزيت هاي مغناطيسي Fe3O4@SiO2 عامل دار شده با اتيلن دي آمين تترااستيك اسيد با ساختار هسته-پوسته به منظور حذف يون هاي كادميوم دوظرفيتي از محلول هاي آبي سنتز شده و مورد بررسي قرار گرفتند. روش تحقيق در مرحله اول، نانو ذرات كروي هسته-پوسته Fe3O4@SiO2 با به كارگيري نانوذرات Fe3O4 به عنوان هسته، تترااتيل اورتوسيليكات (TEOS) به عنوان منبع سيليكا و پلي وينيل الكل (PVA) به عنوان فعال كننده سطحي سنتز شدند. سپس در مرحله بعدي، خصوصيات گروه هاي عاملي سطحي، ساختار كريستالي، خواص مغناطيسي، اندازه و مورفولوژي سطحي اين نانوذرات با به كارگيري طيف سنجي مادون قرمز تبديل فوريه (FT-IR)، پراش اشعه ايكس (XRD)، ميكرسكوپ الكتروني عبوري (TEM)، ميكرسكوپ الكتروني روبشي (FE-SEM)، توزيع اندازه ذرات (DLS(، مغناطيس سنج نمونه مرتعش (VSM) و اندازه گيري سطح ويژه و تخلخل (BET) مورد بررسي، شناسايي و تجزيه و تحليل قرار گرفتند. به خاطر خصوصيات مغناطيسي جاذب، اين نانوذرات قابليت جداسازي ساده از مخلوط واكنش با به كارگيري يك مگنت مغناطيسي و استفاده مجدد در پنج چرخه متوالي بدون كاهش جدي در فعاليت را دارا مي باشد. نتايج اصلي به منظور بررسي طبيعت جاذب، آزمايش هاي گوناگون همچون مقدار جاذب و زمان تماس بررسي و بهينه شدند. تاثير مقادير مختلف و زمان تماس جاذب به منظور حذف يون هاي كادميوم دوظرفيتي از محلول هاي آبي، مقدار جذب ماكزيمم 94% را در دماي محيط نشان مي دهد. تمامي نتايج مطالعات نشان مي دهند كه نانو كامپوزيت سنتزي Fe3O4@SiO2-EDTA يك جاذب موثر، قابل بازيافت با عملكرد عالي براي حذف كادميوم دوظرفيتي مي باشد. همچنين قابليت بازيافت Fe3O4@SiO2-EDTA به منظور حذف كاتيون دوظرفيتي براي چرخه هاي متوالي جذب-واجذب مورد بررسي قرار گرفت.

Research subject: In this study, EDTA-functionalized Fe3O4@SiO2magnetic nanocomposites with core-shell structure were synthesized to remove divalent cadmium ions from aqueous solutions. Research approach: During the first step, Fe3O4@SiO2 nanosphere core-shell is synthesized using nano Fe3O4 as the core, TEOS as the silica source and PVA as the surfactant. This strategy relies on the covalently bonding of ethylendiaminetetraacetic acid to bis(3-aminopropyl)amine and cyanuric chloride functionalized magnetic nanoparticles. In the next step, characteristics of surface functional groups, crystal structure, magnetic properties, size and surface morphology of these nanoparticles were investigated, identified and analyzed using physico-chemical characterization techniques including Fourier transform infrared spectroscopy (FT-IR), X-ray diffraction (XRD), transmission electron microscopy (TEM), field emission scanning electron microscopy (FE-SEM), dynamic light scattering (DLS), vibration sample magnetometry (VSM) and Brunauer-Emmett-Teller (BET) surface area analyzer. The adsorbent, due to its magnetic property, could be simply separated from the reaction mixture by a permanent magnet and reused in five consecutive cycles without considerable loss in its activity. Main results: To probe the nature of the adsorbent, various experiments were investigated like adsorbent dose and contact time were optimized. Kinetic studies and the effect of different amounts of adsorbent to remove divalent cadmium ions from aqueous solutions show a maximum adsorption of 94% at ambient temperature. Moreover, the recyclability of Fe3O4@SiO2-EDTA was investigated in order to remove the divalent cation for successive adsorption-desorption cycles. All the results of studies show that the synthetic nanocomposite Fe3O4@SiO2-EDTA is an effective, recyclable adsorbent with excellent performance for the removal of divalent cadmium.