بررسي كارايي نانولوله‌هاي كربني چند جداره مغناطيسي شده با نانو ذرات اكسيد آهن در حذف فلورايد از محلول هاي آبي

Performance Evaluation of Magnetized Multiwall Carbon Nanotubes by Iron Oxide Nanoparticles in Removing Fluoride from Aqueous Solution

سابقه و هدف: آلوده شدن آب‌هاي آشاميدني به فلورايد بر اثر فعاليت‌هاي طبيعي و انساني تهديدي براي سلامت انسان‌ها است. مصرف طولاني مدت و زياد آب حاوي فلورايد منجر به آسيب غدد درون ريز و بيماري آلزايمر مي‌شود. فرايند جذب يك روش موثر در حذف فلورايد است، لذا هدف از اين تحقيق مغناطيسي كردن كربن نانو لوله چند جداره با نانو ذرات اكسيد آهن و استفاده از آن به عنوان جاذب در حذف فلورايد از محيط آبي مي‌باشد. مواد و روش‌ها: روش هم ترسيبي به منظور سنتز نانو كامپوزيت مغناطيسي مورد استفاده قرار گرفت و خصوصيات آن با آناليزهاي SEM، TEM، XRDو VSM بررسي شد. تاثير پارامترهاي مستقل مانند زمان تماس، pH، دما، مقادير جاذب و غلظت اوليه بر درصد حذف فلورايد با روش سطح پاسخ (روش باكس بانكن) و با استفاده از آناليز واريانس مورد ارزيابي قرار گرفت. يافته‌ها: pH برابر با 3، ميزان جاذب 2 گرم در ليتر در زمان تماس2 ساعت و دماي 45 درجه سلسيوس به عنوان شرايط بهينه به دست آمد. بررسي روابط ايزوترم و سينتيك نشان داد داده‌هاي تجربي به ترتيب با ضرايب 0/98 و 0/941 با مدل لانگموير و سينتيك شبه درجه دو همبستگي دارند. مطالعه ترمودينامك نيز بيانگر انجام يك واكنش گرماگير و خود به‌خودي مي‌باشد. استنتاج: جاذب سنتز شده راندمان مناسبي درحذف فلورايد دارا بوده (98/5 درصد جذب در شرايط بهينه) و به دليل خاصيت مغناطيسي مي‌تواند به سادگي به وسيله آهن‌رباي .خارجي از نمونه جداسازي شود، بنابراين مي‌تواند به سادگي براي حذف فلورايد از آب آشاميدني استفاده شود

Background and purpose: Contamination of drinking water with fluoride due to natural and human activities is a serious problem that threatens human health. Long-term and excessive consumption of water containing fluoride could lead to endocrine glands diseases and Alzheimer's disease. Adsorption process is an effective and popular method for removal of fluoride, so the purpose of this research was magnetizing multiwall carbon nanotubes with nano iron oxide and using it as an adsorbent for fluoride removal from aqueous solution. Materials and methods: Co-precipitation method used for synthesized magnetic nano composite and its characteristics were investigated by SEM, TEM, XRD and VSM techniques. The effect of independent variables such as contact time, pH, temperature, adsorbent dose and initial concentration on fluoride removal was analyzed by response surface methodology (box-Behnken design method) and ANOVA. Results: The optimum condition was obtained at pH= 3, 2g/L sorbent dosage in 2h contact time and 45oC temperature. Isotherms and kinetics results showed that the Langmuir model and pseudo-second order were correlated by data with R2>0.98 and R2>0.941, respectively. Thermodynamic values revealed that fluoride adsorption process was endothermic and spontaneous. Conclusion: In this study synthesized adsorbent was found efficient in fluoride removal (98.5% adsorption in optimal condition) and due to magnetic ability it can be easily separated from the samples by an external magnet. Therefore, it can be applied in removal of fluoride from drinking water.