دنیای نانو

دنیای نانو

سنتز و مشخصه‌یابی پودر کمپلکس گاما آلومینا-نانولوله کربن با هدف جذب سطحی رنگ مصنوعی ایندیگو کارماین از آب

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
1 دانشگاه صنعتی شریف
2 دانشکده مهندسی و علم مواد، دانشگاه صنعتی شریف، تهران، ایران
چکیده
رنگ‌های مصنوعی مانند ایندیگو کارماین به دلیل پایداری بالا و زیست‌تخریب‌پذیری ضعیف، تهدیدی برای محیط‌زیست و سلامت انسان محسوب می‌شوند. جذب سطحی به دلیل بازدهی بالا، هزینه پایین و سهولت کاربرد، از روش‌های برتر حذف این آلاینده‌ها می باشد. در این پژوهش کمپلکس گاما آلومینا و نانولوله کربنی (γ-Al2O3/CNT) با هدف بررسی جذب رنگ صنعتی ایندیگو کارماین از آب سنتز و با استفاده از XRD، آنالیز توزین حرارتی، جذب-واجذب نیتروژن (BET/BJH) و FESEM مشخصه‌یابی شد. افزودن نانولوله‌های کربنی سطح ویژه را از cm2/g ۳۳۲٫۴ به cm2/g ۲۷۷٫۴ کاهش داد، در حالی که میانگین اندازه حفرات از ۲٫۷ به nm ۳٫۲ افزایش یافت و حجم ویژه حفرات تقریبا ثابت باقی ماند (cm3/g ۰٫۲۲)؛ این پدیده با تصاویر FESEM که پرشدن برخی از حفرات ماتریس آلومینا توسط نانولوله‌های کربنی را با حضور شبکه‌های نانولوله‌ای درهم‌تنیده در اطراف ذرات آلومینا نشان می‌دهند، همخوانی داشت. ارزیابی قابلیت جذب در دمای °C ۲۵، pH برابر ۷ و غلظت اولیه ۱۰۰ میکرومولار ایندیگو کارماین انجام شد. پس از ۲۴ ساعت، بازده حذف به ۶۰٫۶۴٪ و ظرفیت جذب تعادلی تجربی به mg/g ۵۶٫۲۸ رسید. بررسی کینتیک جذب نشان داد مدل شبه‌مرتبه دوم (R2 = 0٫۹۹۵) در مقایسه با مدل شبه‌مرتبه اول (R2 = ۰٫۹۴۵) برازش بهتری دارد و ظرفیت جذب محاسبه‌شده توسط این مدل (mg/g ۵۷٫۲۸) تطابق مناسبی با مقدار تجربی نشان می‌دهد. مقایسه نتایج با دانه‌های کروی گاما آلومینا نشان داد این کمپلکس ظرفیت جذب تجربی بالاتری دارد (۵۶٫۲۸ در برابر mg/g ۳۹٫۴۷) که می‌توان به اثر همزمان مکانیزم‌های ذاتی جذب گاما آلومینا و برهم‌کنش‌های مکمل π-π نانولوله‌های کربنی نسبت داد. این نتایج نشان می‌دهد کمپلکس γ-Al2O3/CNT جاذبی مناسب برای حذف ایندیگو کارماین از آب است
کلیدواژه‌ها
موضوعات

عنوان مقاله English

Synthesis and characterization of γ-Alumina/carbon nanotube complex powder for the adsorption of the synthetic dye Indigo carmine from water

نویسندگان English

Shaghayegh Shabani 1
Yasaman Akbari 2
Sara Radman 2
1 Department of Materials Science and Engineering, Sharif University of Technology, Tehran, Iran
2 Department of Materials Science and Engineering, Sharif University of Technology, Tehran, Iran
چکیده English

Synthetic dyes such as indigo carmine pose a serious threat to the environment and human health due to their high stability and poor biodegradability. Adsorption is considered one of the superior methods for removing such pollutants owing to its high efficiency, low cost, and ease of application. In this study, a γ-Al2O3/carbon nanotube (CNT) complex was synthesized to investigate its adsorption performance toward indigo carmine dye removal from water, and was characterized using XRD, thermogravimetric analysis, N2 adsorption-desorption, and FESEM. The incorporation of CNTs decreased the specific surface area from 332.4 to 277.4 m2/g, while the average pore diameter increased from 2.7 to 3.2 nm and the specific pore volume remained nearly constant (0.22 cm3/g); this behavior was consistent with FESEM images showing entangled carbon nanotube networks partially occupying the pores of the alumina matrix around the alumina particles. Adsorption experiments were performed at 25 °C, pH 7, and an initial indigo carmine concentration of 100 μM. After 24 hours, a removal efficiency of 60.64% and an experimental equilibrium adsorption capacity of 56.28 mg/g were obtained. Kinetic analysis revealed that the pseudo-second-order model (R2 = 0.995) provided a better fit, with the calculated adsorption capacity (57.28 mg/g) showing good agreement with the experimental value. Comparison with spherical γ-alumina beads showed that the synthesized composite exhibited a higher experimental adsorption capacity (56.28 vs. 39.47 mg/g), attributed to the synergistic effect of γ-Al2O3 adsorption mechanisms combined with π-π interactions provided by the carbon nanotubes.

کلیدواژه‌ها English

Adsorption
γ-Al2O3/CNT
Indigo carmine
γ-Alumina
Carbon nanotubes

مقالات آماده انتشار، پذیرفته شده
انتشار آنلاین از 02 شهریور 1405

  • تاریخ دریافت 01 مرداد 1405
  • تاریخ بازنگری 29 مرداد 1405
  • تاریخ پذیرش 02 شهریور 1405