حذف رنگینه رودامین B از محلول‌های آبی با استفاده از نانوکامپوزیت زیست‌سازگار پلی(N- وینیل پیرولیدون-کو-مالئیک انیدرید)-سبوس برنج: مطالعات هم‌دما، سینتیک و ترمودینامیک

نوع مقاله: پژوهشی

نویسندگان

1 دانشگاه دامغان، دانشکده شیمی، صندوق پستی 41167-36716

2 بابلسر، دانشگاه مازندران، دانشکده شیمی، گروه شیمی آلی، صندوق پستی 95447-47416

چکیده

آب ترکیب حیاتی مهمی برای زندگی انسان و منبع ضروری برای تولید مواد غذایی، لباس و حفظ بهداشت و محیط زیست است. بنابراین، دسترسی به آب آشامیدنی سالم در سراسر جهان بسیار مهم است. در این مقاله، ابتدا نانوکامپوزیت زیست‌سازگار پلی(N-وینیل پیرولیدون–کو-مالئیک انیدرید)-سبوس برنج با استفاده از مونومرهای مالئیک انیدرید و N -وینیل پیرولیدون در مجاورت نانوذرات سبوس برنج با روش پلیمرشدن رادیکالی درجا سنتز شد. سپس، نانوکامپوزیت سنتز شده در محیط بازی آبکافت شد. مواد سنتز شده با طیف‌سنجی زیرقرمز (FTIR)، پراش پرتو X (XRD)، میکروسکوپی الکترونی پویشی (SEM) و آزمون گرماوزن‌سنجی (TGA) شناسایی شدند. کاربرد نانوکامپوزیت پلی(N-وینیل پیرولیدون–کو-مالئیک انیدرید) آبکافت شده-سبوس برنج به‌عنوان جاذب مؤثر برای حذف رنگینه رودامین B (RB) از محلول‌های آبی بررسی شد. اثر عواملی از قبیل pH، مقدار جاذب، زمان تماس و غلظت محلول رنگینه در جذب رنگینه RB مطالعه شد. نتایج نشان داد، درصد حذف RB با نانوکامپوزیت سنتز شده بیش از %88 در pH  برابر 8، مقدار جاذب 70mg، غلظت رنگینه  40mg/L و زمان تماس 180min بود. مدل‌های هم‌دمای Langmuir و Freundlic، سینتیک شبه‌مرتبه اول و شبه‌مرتبه دوم و ترمودینامیک جذب برای تعیین سازوکار جذب رنگینه RB روی جاذب نانوکامپوزیتی مطالعه شدند. نتایج نشان داد، نانوکامپوزیت سنتز شده در توافق خوبی با مدل هم‌دمای Freundlich و سینتیک شبه‌مرتبه دوم بود. مدل ترمودینامیکی نشان داد، فرایند جذب رنگینه RB روی نانوکامپوزیت سنتز شده خودبه‌خود است.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Rhodamine B Dye Removal from Aqueous Solutions Using Poly(N-vinylpyrrolidone-co-maleic anhydride)/Rice Husk Biocompatible Nanocomposite: Isothermal, Kinetics and Thermodynamic Studies

نویسندگان [English]

  • Ehsan Nazarzadeh Zare 1
  • Moslem Mansour Lakouraj 2
  • Jafar Alizadeh Feremi 2
1 School of Chemistry, Damghan University, P.O. Box: 36716-41167, Damghan, Iran
2 Department of Organic Chemistry, Faculty of Chemistry, University of Mazandaran, P.O. Box: 47416-95447, Babolsar, Iran
چکیده [English]

Hypothesis: Currently, the dyes/heavy metal ions contamination of wastewater is the most important environmental problem throughout the world. Up to now, many techniques such as ion exchange, precipitation, adsorption, and membrane processes have been employed to remove dyes/heavy metal ions from water. Among them, adsorption is a simple and inexpensive technique for the removal of dye contaminations. The aim of the current work is the development of a low cost material based on hydrolyzed poly(N-vinylpyrrolidone-co- maleic anhydride) and rice husk as an effective adsorbent for Rhodamine B (RB) removal. The adsorption studies on the synthesized nanocomposite were carried out under different conditions, including, pH of solution, contact time, nanocomposite dosages and initial dye concentrations. Furthermore, the kinetic and thermodynamic studies of the adsorption data were examined.
Methods: Hydrolyzed poly(N-vinylpyrrolidone-co-maleic anhydride)/rice husk nanocomposite was prepared by a two-step method. In the first step, the poly (N- vinylpyrrolidone-co-maleic anhydride)/rice husk nanocomposite was synthesized through in-situ radical polymerization technique using benzoyl peroxide as initiator. In the second step, the hydrolyzed poly(N-vinylpyrrolidone-co-maleic anhydride) /rice husk nanocomposite was prepared through hydrolysis using sodium hydroxide solution (2 N).
Findings: The prepared nanocomposite was characterized by FTIR, XRD, SEM and TGA. The SEM images showed that the nanocomposite had a particle size between 50-100 nm and the XRD patterns revealed an amorphous structure. The results demonstrated that more than 88% of RB was removed by a nanocomposite synthesized under the conditions of pH 8, 70 mg adsorbent, 40 mg/L dye concentration and 180 min contact time. Furthermore, the experimental data showed a good agreement with Freundlich isotherm and pseudo-second order kinetic models.

کلیدواژه‌ها [English]

  • biocompatible nanocomposite
  • poly(N-vinylpyrrolidone-co-maleic anhydride)
  • rice husk
  • Rhodamine B removal kinetics
  1. Zare E.N., Motahari A., and Sillanpaa M., Nanoadsorbents Based on Conducting Polymer Nanocomposites with Main Focus on Polyaniline and Its Derivatives for Removal of Heavy Metal Ions/Dyes: A Review, Environ. Res., 162, 173-195, 2018.
  2. Weber E.J. and Stickney V.C., Hydrolysis Kinetics of Reactive Blue 19-Vinyl Sulfone, Water. Res., 27, 63-67, 1993.
  3. Zare E.N., Lakouraj M.M., and Kasirian N., Fabrication and Characterization of Dextrin-g-Polypyrrole/Graphene Oxide Nanocomposite for Effective Removal of Pb (II) and Methylene Blue Dye from Aqueous Solutions, Iran. J. Polym. Sci. Technol. (Persian), 30, 447-462, 2017-2018.               
  4. Ghasemzadehm H. and Shidrang S., Methyl Violet Dye Absorption from Aqueous Solutions by Nanomagnetic Hydrogels Based on κ-Carrageenan and Acrylic Acid, Iran. J. Polym. Sci. Technol. (Persian), 29, 376-365, 2016.
  5. Seyrani R. and Marandi Bagheri G., Carrageenan-based Hydrogel Nanocomposites Prepared in Presence of Carbon Nanotubes and Their Adsorption of Brilliant Green, Iran. J. Polym. Sci. Technol. (Persian), 28, 528-517, 2016.
  6. LimL B.L., Priyantha N., Fang X.Y., and Mohamad Zaidi N.A.H., Artocarpusodoratissimus Peel as a Potential Adsorbent in Environmental Remediation to Remove Toxic Rhodamine B dye, J. Mater. Environ. Sci., 8, 494-502, 2017.
  7. Sharma J., Chadha A.S.,  Pruthi V.,  and Anand P., Sequestration of Dyes from Artificially Prepared Textile Effluent Using RSM-CCD Optimized Hybrid Backbone Based Adsorbent-Kinetic and Equilibrium Studies, J. Environ. Manage, 190,176-187, 2017.
  8. Hasanzadeh R., Moghadam P.N., Bahri-Laleh N., and Zare E.N., Sulfonated Magnetic Nanocomposite Based on Reactive PGMA-MAn Copolymer@Fe3O4 Nanoparticles: Effective Removal of Cu (II) Ions from Aqueous Solutions, Int. J. Polym. Sci., 2016, 1-12, 2016.
  9. Lakouraj M.M., Hasanzadeh F., and Zare E.N., Nanogel and Super-Paramagnetic Nanocomposite of Thiacalix[4]arene Functionalized Chitosan: Synthesis, Characterization and Heavy Metal Sorption, Iran. Polym. J., 23, 933-945, 2014.
  10. Lakouraj M.M., Mojerlou F., and Zare E.N., Nanogel and Superparamagnetic Nanocomposite Based on Sodium Alginate for Sorption of Heavy Metal Ions, Carbohydr. Polym., 106, 34-41, 2014.
  11. Zare E.N. Lakouraj M.M., and Ramezani A., Effective Adsorption of Heavy Metal Cations by Super-paramagnetic Poly(aniline-co-m-phenylenediamine)@Fe3O4 Nanocomposite, Adv. Polym. Technol., 34, 21501(1 of 11), 2015.
  12. Abdi J., Vossoughi M., Mahmoodi N.M., and Alemzadeh I., Synthesis of Metal-Organic Framework Hybrid Nanocomposites based on GO and CNT with High Adsorption Capacity for Dye Removal, Chem. Eng. J.326, 1145-1158, 2017.
  13. Vahedi S., Tavakoli O., Khoobi M., Ansari A., and Faramarzi M.A., Application of Novel Magnetic β-Cyclodextrin-Anhydride Polymer Nano-Adsorbent in Cationic Dye Removal from Aqueous Solution, J. Taiwan Ins. Chem. Eng., 80, 452-463, 2017.
  14. Pourjavadi A., Abedin-Moghanaki A., and Tavakoli A., Efficient Removal of Cationic Dyes Using a New Magnetic Nanocomposite Based on Starch-g-Poly(vinylalcohol) and Functionalized with Sulfate Groups, RSC Adv. 6, 38042-38051, 2016.
  15. Aziz S., Sabzi M., Fattahi A., and Arkan E., Electrospun Silk Fibroin/PAN Double-Layer Nanofibrous Membranes Containing Polyaniline/TiO2 Nanoparticles for Anionic Dye Removal, J. Polym. Res., 24, 140, 2017.
  16. Ghorbani M., Eisazadeh H., and Ghoreyshi A.A. Removal of Zinc Ions from Aqueous Solution Using Polyaniline Nanocomposite Coated on Rice Husk, Iran. J Energ. Environ., 3, 66-71, 2012.
  17. Hemalatha P., Veeraiah M.K. Prasannakumar S., and Anasuya K.V., Synthesis, Characterisation and Antibacterial Activity of Copolymer (N-vinylpyrrolidone-maleic anhydride) with N-Diethylethanolamine, Int. J. Res. Eng. Technol., 3, 56-64, 2014.
  18. Ciannamea E.M., Stefani P.M., and Ruseckaite R.A., Medium-density Particleboards from Modified Rice Husks and Soybean Protein Concentrate-Based Adhesives, Bioresour. Technol., 101, 818-825, 2010.
  19. Zare E.N., Lakouraj M.M., and RamezaniA., Efficient sorption of Pb (II) from an Aqueous Solution Using a Poly(aniline-co-3-aminobenzoic acid)-Based Magnetic Core–Shell Nanocomposite, New. J. Chem., 40, 2521-2529, 2016.
  20. Arshadi M., Amiri M.J., and Mousavi S., Kinetic, Equilibrium and Thermodynamic Investigations of Ni (II), Cd (II), Cu (II) and Co (II) Adsorption on Barley Straw Ash, Water Resour. Indust.,6, 1-17, 2014.