حذف فنل از محیط‎های آبی توسط نانوجاذب‎های کربنی: مطالعه عوامل مؤثر و سینتیک فرآیند جذب

Abstract

فنل و مشتقات آن به‎دلیل سمیت، سرطان‎زایی و تجزیه بیولوژیکی کم، از آلاینده‌های مهم اکوسیستم‌های آبی محسوب می‌شود. هدف مطالعه حاضر مقایسه سه جاذب نانوساختار کربنی در جذب فنل از محیط آبی و مطالعه سینتیکی حذف آن است. در این پژوهش، ابتدا جاذب‎های گرافن، کربن مزوپور (CMK-3) و نانولوله کربنی چند‎دیواره (MWCNT) سنتز شده و سپس براساس روش‎های استاندارد XRD ،SEM، BET و BJH ساختار آنها ارزیابی شد. در گام بعد عوامل مؤثر بر فرآیند جذب مانند میزان بارگذاری جاذب، pH محلول و زمان تماس بررسی گردید. جهت پیش‌بینی رفتار سنتیکی جاذب‎ها نیز از مدل‎های شبه درجه یک، شبه درجه دو و الوویچ استفاده شد. نتایج نشان داد که با افزایش بارگذاری جاذب، راندمان جذب افزایش و ظرفیت جاذب‎ها، روند کاهشی دارد که در هر دو حالت این تغییرات به‎صورت غیرخطی می‌باشد. بررسی تغییرات pH نشان داد که بالاترین درصد حذف برای جاذب‎های گرافن، CMK-3 و MWCNT در pH برابر 8 اتفاق می‌افتد. در بررسی اثر زمان تماس مشخص گردید برای هر سه جاذب زمان بهینه جهت اشباع سایت‌های فعال جذب حدود min 40 است و زمان بیشتر تغییر چندانی در راندمان فرآیند نخواهد داشت. نتایج بررسی سینتیکی فرآیند نشان دهنده تطبیق بسیار خوب مدل شبه درجه دو بر داده‌های آزمایشگاهی است. براساس نتایج تجربی این پژوهش مکانیزم جذب مورد بحث قرار گرفت و مشخص گردید علاوه‎بر تعاملات π-π در تمامی جاذب‎ها، نیروی قوی بین فنل و ناخالصی مس موجود در MWCNT و نیز پیوند قوی هیدروژنی بین فنل و گروه‎های هیدروکسیل/کربوکسیل موجود در ساختار CMK-3 عوامل مهم فرآیند جذب فنل هستند. در بین جاذب‎های بررسی شده، CMK-3 به‎دلیل عملکرد و کارایی بالاتر به‎عنوان جاذب بهینه برای حذف فنل از محیط‎های آبی انتخاب گردید.