MIL-53 حذف ترکیبات دارویی و رنگزا از محیط آبی با قالب فلز-آلی نانوساختار بر پایه

Abstract

هدف: رويكرد اصلي در اين پژوهش، سنتز و بررسي ترکیبات بر پایه قالب فلز-آلی MIL-53(Fe) پركاربرد و پايدار در زمينه تصفيه آبهای آلوده و بهبود خواص و ويژگيهاي آنها از طريق اصلاح سطح و كامپوزيت كردن با کیتوسان (پلیمر زیست سازگار طبیعی) و در نهايت استفاده از آنها در سيستمهاي جذب سطحی آلايندههای رنگزا (قرمز مستقیم 23) و ترکیبات دارویی (مترونیدازول و تتراسایکلین) ميباشد. روش کار: در ابتدا، MIL-53(Fe) به روش حلال گرمایی تهیه شد. برای ساخت MIL-53(Fe)، از سه مقدار مختلف پیش‌ساز و حلال استفاده شد که به ‌عنوان MIL-53A، MIL-53B و MIL-53C مشخص شدند. به منظور بهبود کارایی، سطوح آنها با مقادیر مختلف 3-آمینو پروپیل تری متوکسی سیلان (APTMS) اصلاح شد. در ادامه همچنین، بایوکامپوزیت دوستدار محیط زیست (SFMOF/BM) با استفاده از قالب فلز - آلی اصلاح سطح شده(MIL-53A/NH2(0.2)) و کیتوسان، سنتز شد. از تکنیکهای جامع توصیف ساختاری شامل XRD، FESEM، TEM، EDX، BET، TGA، FTIR و Ramanبرای بررسی سنتز موفقیتآمیز نمونهها استفاده شد. آزمایشهای جذب سطحی برای بررسی و منطقی‌سازی تفاوت‌ها در رفتار و کارایی جاذبهای سنتز شده در حذف آلایندههای آلی با استفاده از ترکیبات دارویی مترونیدازول (MNZ: Metronidazole)و تتراسایکلین (TC: Tetracycline) و نیز رنگزای قرمز مستقیم 23 (DR23: Direct Red 23) به عنوان آلایندههای آلی مدل، انجام شد. پارامترهای موثر در واکنش و شرایط ایده آل برای حداکثر حذف آلاینده از محلولهای آبی مورد مطالعه و بهینهسازی قرار گرفت. از برجسته ترین مدلهای ایزوترمی و سینتیکی برای تفسیر و پیش بینی دادههای جذب و عوامل موثر بر سرعت واکنش استفاده شد و در نهایت، قابلیت استفاده مجدد از جاذب-ها از طریق بازسازی جاذبهای اشباع مورد بررسی قرار گرفت. نتایج: مطابق با نتایج ارائه شده، MIL-53(Fe) های خالص ظرفیتهای جذب متفاوتی را ارائه دادند. همچنین اصلاح سطح با گروه عاملی آمینی کارایی حذف آنها را به میزان قابل توجهی افزایش داد. جاذب SFMOF/BM بالاترین راندمان حذف و ظرفیت جذب را در میان تمام جاذبهای سنتز شده در این مطالعه به نمایش گذاشت. نتایج به وضوح نشان داد که میزان جذب رنگزا به شدت تحت تاثیر pH قرار میگیرد و فرآیند جذب آن، اساسا یک فرایند وابسته به pH است؛ که بیانگر این است که جاذبه الکترواستاتیک مکانیسم غالب جذب میباشد. بعلاوه سایر نیروهای تعاملی یعنی پیوند هیدروژنی و تعامل π-π ممکن است جذب آلایندهها را بر روی MOFها بیشتر توضیح دهد. ایزوترم جذب لانگمویر و مدل سینتیکی شبه مرتبه دوم پیش بینیهایی را در توافق عالی با دادههای تعادل تجربی فراهم کردند. بایوکامپوزیت SFMOF/BM با ظرفیت جذب 12500 میلیگرم برگرم بالاترین و بهترین ظرفیت جذب را در بین تمام نمونهها به نمایش گذاشت و بهترین جاذب این مطالعه بود. قابلیت استفاده مجدد و پایداری بالای این ترکیب حتی پس از پنج بار احیا بر مزیت آن به عنوان ماده جاذب قوی میافزاید. نتیجه گیری: بر اساس نتایج بدست آمده جاذب زیست کامپوزیت توسعه یافته SFMOF/BM به دلیل ظرفیت جذب بالا، بازیابی آسان جاذب اشباع شده و قابلیت استفاده مجدد از آن میتواند به عنوان یک جاذب جدید امیدوارکننده برای کاربردهای تصفیه آب برای حذف آلایندههای آلی (رنگزا و مواد دارویی) در نظر گرفته شود.