اصلاح مواد نانومتخلخل سیلیسی (sba-15) و کاربرد آن جهت حذف نیترات از محلول های آبی
Abstract
ترکیبات نیتروژن دار از جمله نیترات یکی از مهمترین آلاینده های آب های شرب محسوب می شوند که راهیابی بیش از اندازه این ترکیبات به آب مخاطرات زیست محیطی و بهداشتی متعددی را به دنبال خواهد داشت. در حال حاضر از میان تمامی روش های موجود در حذف نیترات، روش جذب بسیار مورد توجه قرار گرفته است. ازطرف دیگر در دو دهه اخیر ساختارهای نانومتخلخل سیلیسی به سبب دارا بودن ویژگی های منحصر به فرد در زمینه های بسیاری، از جمله جذب، کاربرد پیدا کرده اند. لذا هدف از انجام این تحقیق امکان سنجی جذب نیترات توسط sba-15 به عنوان یکی از اعضای خانواده مزوپورهای سیلیسی بوده است. در نخستین گام از انجام این تحقیق، sba-15 سنتز و ساختار آن با استفاده از آزمایش های xrd و جذب/واجذب نیتروژن مورد بررسی قرار گرفت. داده های حاصل از انجام آزمایش xrd نشان داد که طیف ساختار سنتز شده، منطبق بر الگوهای ساختارهای هگزاگونال است. به علاوه سطح مخصوص و حجم کل حفرات در sba-15 ، که به ترتیب برابر با m2/g 14/659 و cm3/g 88/0 به دست آمد. درگام بعدی به منظور ایجاد قابلیت جذب نیترات توسطsba-15، سطوح این ماده در ابتدا آمین دار و سپس پروتونه شد. به کار گیری این جاذب در جذب نیترات که در اصطلاح با nh3+-sba-15 نشان داده می شود،گواه این واقعیت بود که این جاذب ظرفیت قابل توجهی در جذب نیترات دارد. نتایج آزمایش های xrd و جذب/واجذب نیتروژن انجام گرفته بر روی nh3+-sba-15، نشان داد که ساختار nh3+-sba-15 نیز منطبق بر الگوهای ساختارهای هگزاگونال است. به علاوه سطح مخصوص و حجم کل حفرات در این ساختار به ترتیب برابر با m2/g 49/313 و cm3/g 41/0 بود که به صورت محسوسی کمتر از مقادیر متناظر در sba-15 است. مطالعه داده های آزمایشگاهی نشان دادند که این فرآیند در کمتر از 10 دقیقه به تعادل رسیده و بیش از 90 درصد جذب در 5 دقیقه ابتدایی رخ می دهد. در ادامه و با انجام آزمایشات مقتضی، مدل سینتیکی شبه درجه دوم به عنوان بهترین مدل در تفسیر سینتیکی جذب نیترات توسط nh3+-sba-15 تعیین شد. در این تحقیق دو مدل جذب لانگمیر و فرندلیخ در تفسیر رفتار جذب نیترات توسط nh3+-sba-15 مورد بررسی قرار گرقتند. ضریب رگرسیون و ثابت های به دست آمده برای این دو مدل نشان داد که این دو مدل می توانند با دقت قابل قبولی در تفسیر رفتار جذب نیترات توسط nh3+-sba-15 به کار روند. هدف بعدی از انجام این تحقیق، تعیین میزان تاثیر شرایط حاکم بر جذب نظیر دز جاذب، غلظت اولیه آلاینده، ph و دما بود. نتایج این آزمایشات نشان دادند که افزایش دز جاذب در غلظت ثابتی از آلاینده، باعث افزایش میزان جذب می شود. به علاوه در دز ثابتی از جاذب، افزایش غلظت اولیه، افزایش qe را به دنبال خواهد داشت. مطالعات انجام گرفته نشان دادند که اسیدیته، تاثیر قابل توجهی در میزان جذب نیترات با nh3+-sba-15 دارد. به طوری که با افزایش ph تا محدوده 6-7، مقدار جذب افزایش و پس از آن کاهش می یابد. با بررسی تاثیر تغییرات حرارتی، ملاحظه شد که افزایش دما باعث کاهش میزان جذب نیترات با nh3+-sba-15 می شود.