ساخت نانوالیاف پلی‌وینیل پیرولیدن- سیلیکا به روش الکتروریسی برای جذب توریم از محلول‌های آبی

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشکده‌ی مهندسی شیمی، دانشگاه تهران، صندوق پستی: 4563-11155، تهران ـ ایران

2 پژوهشکده‌ی چرخه‌ی سوخت هسته‌ای، پژوهشگاه علوم و فنون هسته‌ای، سازمان انرژی اتمی ایران، صندوق پستی: 8486-11365، تهران ـ ایران

چکیده

در کار پژوهشی حاضر جاذب نانوالیاف ترکیبی پلی‌وینیل‌پیرولیدن- سیلیکا به روش الکتروریسی تهیه شده و کاربرد آن در جذب یون‌های توریم به صورت ناپیوسته مورد بررسی قرار گرفت. گروه‌های عاملی موجود در نانوالیاف ترکیبی از طریق طیف‌سنجی تبدیل فوریه‌ی زیرقرمز تعیین و ریخت‌شناسی سطح با استفاده از میکروسکوپی الکترون پویشی بهینه شد. اثر پارامترهای مؤثر بر ظرفیت جاذب تهیه شده برای جذب یون‌های توریم از قبیل درصد وزنی نانوذرات سیلیکا، درصد وزنی 3- آمینوپروپیل‌تری‌اتوکسی‌سیلان، pH محیط، مقدار جاذب، زمان تماس، غلظت اولیه‌ی محلول توریم و دمای محلول بررسی شد. بیشینه مقدار جذب توریم به وسیله‌ی جاذب 3/161 میلی‌گرم بر گرم در دمای 45 درجه و pH برابر 5 به دست آمد. داده‌های سینتیکی با سه مدل شبه مرتبه‌ی اول، شبه مرتبه‌ی دوم و دونمایی تحلیل شد. سه مدل هم‌دمای لانگمویر، فروندلیچ و دوبینین- رادشکویچ برای توصیف داده‌های تعادلی استفاده شد. محاسبه‌ی پارامترهای ترمودینامیکی نشان داد که فرایند جذب توریم به وسیله‌ی جاذب نانوالیاف ترکیبی تهیه شده گرماگیر و خودبه‌خودی است. نانوالیاف ترکیبی پلی‌وینیل‌پیرولیدن/ سیلیکای اصلاح شده با گروه عاملی آمینی به وسیله‌ی 5/0 مول بر لیتر نیتریک اسید/ 1/0 مول بر لیتر هیدروکلریدریک اسید با نسبت حجمی یکسان بازیابی شد و در 5 چرخه‌ی جذب- واجذب متوالی مورد استفاده قرار گرفت که تغییر چندانی در ظرفیت جذب مشاهده نشد.
 

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Synthesis of polyvinyl pyrrolidone/ silica nanofiber by electrospinning method for adsorbtion of thorium from aqueous solution

نویسندگان [English]

  • Ali Vaneghi 1
  • Alireza Keshtkar 2
  • Hossein Abolghasemi 1
چکیده [English]

In this study, polyvinyl pyrrolidone/silica composite nanofiber adsorbents were synthesized by the electrospinning method, and their applications for adsorption of thorium ions from aqueous solution in a batch sorption process were studied. The functional groups of the composite nanofiber and its morphology were characterized by FTIR and SEM analyses. The influences of several variables such as SiO2 content, 3-aminpropyltriethoxysilane content, pH, adsorbent dosage, contact time, solution initial concentration and temperature were evaluated. The maximum adsorption capacity of thorium ions was found to be 161.3 mg/g at 45°C and pH 5. The kinetic data were analyzed by the pseudo-first-order, pseudo-second-order and double-exponential kinetic models. The Freundlich, Lanmuir and Dubinin-Radushkevich isotherm models, were applied to describe the equilibrium data. Thermodynamic parameters indicated that the thorium adsorption onto the composite nanofiber adsorbent is an endothermic and spontaneous process. The modified polyvinyl pyrrolidone/silica composite nanofiber with amine functional group is regenerated by 0.5 M HNO3/0.1 M HCl in the equal ratio solution and the adsorption capacity did not change remarkably after the five sorption-desorption cycles.
 
 

کلیدواژه‌ها [English]

  • Composite nanofiber
  • Electrospinning
  • Thorium
  • Polyvinylpyrrolidone
  • Silica

[1] T.S. Anirudhan, S. Rijith, A. Tharun, Adsorptive removal of thorium(IV) from aqueous solutions using poly(methacrylic acid)-grafted chitosan/bentonite composite matrix: Process design and equilibrium studies, Colloid Surface., 368 (2010) 13-22.

[2] T.S. Anirudhan, S.S. Sreekumari, S. Jalajamony, An investigation into the adsorption of thorium(IV) from aqueous solutions by a carboxylate-functionalised graft copolymer derived from titanium dioxide-densified cellulose, J. Environ. Radioactiv., 116 (2013) 141-147.

[3] M. Metaxas, V. Kasselouri, P. Galiatsatou, C. Konstantopoulou, D. Oikonomou, Thorium removal by different adsorbents, J. Hazard. Mater., 97 (2003) 71-82.

[4] A. sattari Vaneghi, A.R. Keshtkar, H. Abolghasemi, Synthesis of polyvinyl pyrrolidone /silica/ 3-amino propyltriethoxy silane nanofiber by electrospinning method and investigation of its heavy metals adsorption properties, the first national conference of new technologies in chemical and chemical engineering, Tehran, Iran, 16 May (2013).

[5] A.C. Chao, Preparation of porous chitosan/GPTMS hybrid membrane and its application in affinity sorption for tyrosinase purification with Agaricus bisporus, J. Memb. Sci., 311 (2008) 306-318.

[6] H.C. Chiua, C.H. Liua, S.C. Chenb, S.Y. Suena, Adsorptive removal of anionic dye by inorganic–organic hybrid anion-exchange membranes, J. Memb. Sci., 337 (2009) 282-290.

[7] W. Shipeng, L. Li, Z. Lifeng, C. Qi, Z. Liqun, F. Fong, Hierarchical electrospun SiO2 nanofibers containing SiO2 nanoparticles with controllable surface-roughness and/or porosity, Mater. Lett., 64 (2010) 1517-1520.

[8] M. Teng, H. Wang, F. Li, B. Zhang, Thioether-functionalized mesoporous fiber membranes: Sol–gel combined electrospun fabrication and their applications for Hg2+ removal, J. Colloid. Interf. Sci., 355 (2011) 23-28.
[9] S. Abbasizadeh, A. Keshtkar, M.A. Mousavian, Preparation of a novel electrospun polyvinyl alcohol/titanium oxide nanofiber adsorbent modified with mercapto groups for uranium(VI) and thorium(IV) removal from aqueous solution. Chem. Eng. J., 220 (2013) 161-171.

[10] A. Bandyopadhayay, M. Sarkar, A.K. Bhowmick, Poly (vinyl alcohol)/silica hybrid nanocomposite by sol-gel technique: synthesis and properties. Mater Sci., 40 (2005) 5233-5241.

[11] L. Cromieres, V. Moulin, B. Fourest, R. Guillaumont, E. Giffaut, Sorption of thorium onto hematite colloids, Radiochim. Acta., 82 (1998) 249-256.

[12] B.H. Hameed, D.K. Mahmoud, A.L. Ahmad, Equilibrium modeling and kinetic studies on the adsorption of basic dye by a low-cost adsorbent: Coconut (Cocos nucifera) bunch waste, J. Hazard. Mater., 158 (2008) 65-72.

[13] L. Yanhui, L. Fuqiang, X. Bing, Qiuju Du, Pan Zhang, Dechang Wang, Zonghua Wang, Yanzhi Xia, Removal of copper from aqueous solution by carbon nanotube/calcium alginate composites, J. Hazard. Mater., 177 (2010) 876-880.

[14] X. Zhao, G. Zhang, Q. Jia, Ch. Zhao, W. Zhou, W. Li, Adsorption of U(II), Pb(II), Co(II), Ni(II) and Cd(II) from aqueous solution by poly (aryl ether ketone) containing pendant carboxyl groups (PEK-L): Equilibrium, kinetics, and thermodynamics, Chem. Eng. J., 171 (2011) 152-158.

[15] N. Chiron, R. Guilet, E. Deydier, Adsorption of Cu(II) and Pb(II) onto a grafted silica, isotherms and kinetic models, Water Res., 37 (2003) 3079-3086.

[16] A.U. Itodo, H.U. Itodo, Sorption energies estimation using dubinin-radushkevich and temkin adsorption isotherms, Life Sci., 7 (2010).