بررسی محاسباتی حساسیت نانواکسیدگرافن به یون‌های نیترات و حذف آن در محیط‌آبی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسنده

گروه شیمی، دانشکده فنی مهندسی، واحد دورود، دانشگاه آزاد اسالمی، دورود، ایران

چکیده

جداسازی یون نیترات به دلیل انحلال‌پذیری بالا، به روش‌های مرسوم در تصفیه آب مشکل و پرهزینه است. هدف این مطالعه، بررسی محاسباتی کارایی نانوسطح اکسیدگرافن NGO در حذف و کاهش یون نیترات از محیط آبی می‌باشد. نانواکسیدگرافن دارای گروه عاملی‌های پیوند دوگانه SP2، کربوکسی،‌ هیدروکسی و پروکسی است. پارامترهای ترمودینامیکی و الکتریکی نزدیک شدن یون نیترات به موقعیت‌های مختلف نانوسطح با استفاده از روش محاسباتی B3LYP/6-31 G بررسی گردید. بیشترین احتمال، برای مکان‌های فعال گروه پروکسی بدست آمد، شکاف مابین سطوح انرژی HOMO و LUMO در این حالت کمترین مقدار و نشان‌دهنده انتقال الکترون و رسانایی بالای مابین آلاینده و نانواکسیدگرافن است. بنابراین مکانیسم تبدیل و کاهش یون‌های نیترات، بر روی این موقعیت شبیه‌سازی و پارامترهای ترمودینامیکی و الکتریکی آن محاسبه گردید که نشان دهنده‌ی خودبخودی و گرمازا بودن واکنش مذکور می‌باشد. بنابراین می‌توان از نانواکسیدگرافن در جهت شناسایی، حذف و کاهش یون‌های نیترات در محیط آبی استفاده نمود.
 

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Computational study of the sensitivity of nano-oxygraphene to nitrate ions and its removal in the aqueous environment

[1] K. Govindan, M. Noel, R. Mohan. Removal of
nitrate ion from water by electrochemical
approaches. Journal of Water Process
Engineering, 6, 58-63,(2015).
[2] R. Biddau, R. Cidu,G. Ghiglieri,S. D. Pelo, A.
Carletti, D. Pittalis. Nitrate occurrence in
groundwater hosted in hard-rock aquifers:
estimating background values at a regional scale.
Italian Journal of Geosciences, 136(1), 113-124,
(2017).
[3] H. Song, Y. Zhou, A. Li, S. Mueller. Selective
removal of nitrate from water by a macroporous
strong basic anion exchange resin. Desalination,
296, 53-60, (2012).
[4] A. M. Bergquist, J. K.Choe,T. J.Strathmann, C.
J.Werth. Evaluation of a hybrid ion exchangecatalyst
treatment technology for nitrate removal
from drinking water. Water Research, 96, 177-
187, (2016).
[5] M. Morghi, F. Abidar, A. Soudani, M. Zerbet, M.
Chiban, H. Kabli andF. Sinan. Removal of nitrate
Ions from aqueous solution using chitin as natural
adsorbent. Int. J. Res. Environ. Stud. 2, 8-20,
(2015).
[6]I. Fux, L. Birnhack, S.C.N. Tang, O. Lahav.
Removal of Nitrate from Drinking Water by Ion-
Exchange Followed by nZVI-Based Reduction
and Electrooxidation of the Ammonia Product to
N2(g). Chem. Engineering 1(1), 2-19, (2017).
[7] Y.C. Lee, E.J. Kim, H.J. Shin, M. Choi, J.W. Yang.
Removal of F−, NO3
−, and PO4
3− ions from
aqueous solution by aminoclays. Journal of
Industrial and Engineering Chemistry, 18(3),
871-875,(2012).
[8] F.Fallahi, B. Ayati, H. Ganjidoust. Lab scale study
of nitrate removal by phytoremediation. Journal
of Water and Wastewater, 23(1), 57-65, (2012).
[9] A. Bhatnagar, M. Sillanpää. A review of emerging
adsorbents for nitrate removal from water.
Chemical Engineering Journal, 168, 493–504.
(2011).
[10] K. Seifpanahi Shabani and A.Vaezian. Magnetic
Nano mineral and acid mine drainage interaction:
An experimental study. Journal of Mining &
Environment, 8(3), 447-453, (2017)
[11] A. Battas , A. El Gaidoumi, A. Ksakas, and A.
Kherbeche. Adsorption Study for the Removal of
Nitrate from Water Using Local Clay. The
Scientific World Journal, 34, 9529618-9529628,
(2019).
[12] S.T. Ramesh, N. Rameshbabu, R. Gandhimathi,
M. Srikanth Kumar, P.V.Nidheesh. Adsorptive
removal of Pb(II) from aqueous solution using
nano-sized hydroxyapatite. Applied Water
Science, 3(1), 105–113,(2013).
[13]R. Katal, M.V. Sefti, M. Jafari, A. H. S.
Dehaghani, Seyed mehdi Sharifian, Mohammed
Ali Ghayyem. Study effect of different
parameters on the sulphate sorption onto nano
alumina. Journal of Industrial and Engineering
Chemistry, 18(1), 230-236, (2012).
[14] E. Eroglu, W, Zang, P.K. Eggers, X. Chen, R.A.
Boulos, M.H. Wahid, S.M. Smith, C.L. Raston.
Nitrate uptake by p-phosphonic acid
calix[8]arene stabilized graphene. Chemical
Communications, 49, 8172-8174, (2013).
[15] A. Eslami, A.R. Yazdabakhsh, H. Daraee, F.S.
Karimi. Removal of 4-Chlorophenol from
aqueous solutions using graphene oxide
nanoporous adsorbent. Journal of Water and
Wastewater, 26 (1), 19-26, (2015).
[16] G.Z. Kyzas, E.A. Deliyanni, K.A. Matis. The
Route to Functional Graphene Oxide.Chem.
Phys. Chem., 11(10), 2131-2139, (2010).
[17] Z.P. Smith , B.D. Freeman. Graphene Oxide: A
New Platform for High-Performance Gas- and
Liquid-Separation Membranes.Angewandte
chemie., 53(39), 10286-10288,(2014).
[18] S. Yang , C. Chen, Y. Chen, J. Li, D. Wang, X.
Wang, W. Hu. Competitive Adsorption of PbII,
NiII, and SrII Ions on Graphene Oxides: A
Combined Experimental and Theoretical Study.
Chem. Plus. Chem., 80(3), 480-484, (2015).
[19] M. Oftadeh, M. Gholamian, H.H. Abdallah.
Investigation of interaction hydrogen sulfide with
(5,0) and (5,5) single-wall carbon nanotubes by
density functional theory method. International
Nano Letters., 3(7), 1-8, (2013).
[20] A.D. Becke. Density-functional thermochemistry.
V. Systematic optimization of exchangecorrelation
functionals. J. Chem. Phys., 107,
8554-8560, (1997).
[21] A.D. Becke, Density-functional thermochemistry.
III. The role of exact exchange J. Chem. Phys. 98,
5648-5652, (1993).
[22]L.Mahdavian. Using of B12N12 Nano-Cage for
Detection and Reduction of 2,3,7,8-
Tetrachlorodibenzodioxine (TCDD). Sensor
Lett. 14(3), 280-284, (2016).