سنتز نانوکامپوزیت‌های هیدروژلی بر پایه کلاژن با استفاده از مونت‌موریلونیت و مطالعه رفتار جذب سطحی کادمیم از محلول‌های آبی

نوع مقاله: پژوهشی

نویسندگان

1 تهران، دانشگاه تهران، پردیس کشاورزی و منابع طبیعی

2 کرج، دانشگاه آزاد اسلامی

چکیده

در این مطالعه نانوکامپوزیت‌های هیدروژلی جدیدی بر پایه کلاژن با استفاده از کوپلیمرهای آکریل آمید و مالئیک انیدرید و مقادیر مختلف نانوذرات مونت‌موریلونیت در مجاورت متیلن بیس‌آکریل آمید (MBA) و آمونیوم پرسولفات (APS) به ترتیب به عنوان شبکه‌ساز و آغازگر تهیه شدند. اثر مقدار خاک در رفتار تورمی نمونه‌ها بررسی شد. نتایج مشخص کرد، نانوکامپوزیت‌های هیدروژلی در مقایسه با هیدروژل‌های بدون خاک رفتار تورمی بهتری نشان می‌دهند. همچنین نتایج بررسی محتوای ژل نشان داد، نفوذ مونت‌موریلونیت سبب افزایش محتوای ژل می­‌شود. رفتارهای جذب یون فلز سنگین از محلول‌های آبی با تغییر پارامترهای مختلف مانند pH‌، زمان، غلظت اولیه یون فلزی و نیز مقدار مونت‌موریلونیت نانوکامپوزیت‌های سنتز شده بررسی شد. داده‌های تجربی نشان داد، جذب یون کادمیم با افزایش غلظت اولیه این یون در محلول و مقدار خاک نمونه‌ها افزایش می‌یابد. همچنین نتایج مشخص کرد، بیش از %۸۸ ظرفیت جذب یون کادمیم نمونه‌ها تقریباً در ۱۰ قیقه اولیه جذب قابل دست‌یابی است. گروه‌های عاملی هیدروژل‌های تهیه شده، قابلیت کی‌لیت شدن با یون فلزی را نشان می‌دهند و خواص جذب را بهبود می­‌بخشند. بنابراین، مواد مزبور می‌توانند به عنوان جاذب‌های سریع و پرظرفیت برای فرایندهای زدایش یون کادمیم استفاده شوند. ساختار نمونه‌ها به وسیله  پراش پرتو X ، روش تجزیه گرماوزنی (TGA) و طیف‌سنجی زیرقرمز (IR) شناسایی شد. پراش پرتو X نانوکامپوزیت‌ها نشان داد، فاصله لایه‌های داخلی مونت‌موریلونیت تغییر کرده است و صفحات خاک ورقه‌ای شده‌اند. همچنین با افزایش مقدار خاک پایداری گرمایی نانوکامپوزیت‌ها به‌وضوح بهبود یافته است.

عنوان مقاله [English]

Synthesis of Collagen-Based Hydrogel Nanocomposites Using Montmorillonite and Study of Adsorption Behavior of Cd from Aqueous Solutions

نویسندگان [English]

  • Gholam Bagheri Marandi 1
  • Zohreh Peyvand Kermani 2
  • Mehran Kurdtabar 2
1 Department of Soil Science Engineering, Campus of Agriculture and Natural Resources, University of Tehran,
2 Karaj Branch, Islamic Azad University
چکیده [English]

Novel collagen-based hydrogel nanocomposites were synthesized by graft copolymerization of acrylamide and maleic anhydrid in the presence of different amounts of montmorillonite, using methylenebisacrylamide (MBA)
and ammonium persulfate (APS) as crosslinker and initiator, respectively. The optimum amount of clay on the swelling properties of the samples was studied. It was found that the hydrogel nanocomposites exhibited improved swelling capacity compared with the clay-free hydrogel. Gel content was also studied and the results
indicated that the inclusion of montmorillonite causes an increase in gel content. The sorption behavior of heavy metal ion from aqueous solutions was investigated by its relationship with pH, contact time, initial concentration of metal ion and also, montmorillonite content of the nanocomposites. The experimental data showed that
Cd2+ ion adsorption increases with increasing initial concentration of Cd2+ ion in solution and the clay content. Also, the results indicated that more than 88% of the maximum adsorption capacities toward Cd2+ ion were achieved within the initial 10 minute. Functional groups of the prepared hydrogels have shown complexation ability
with metal ions and improving hydrogels' adsorption properties. It was concluded that the nanocomposites could be used as fast-responsive, and high capacity sorbent materials in Cd2+ ion removing processes. The prepared hydrogel nanocomposites were characerized by means of XRD patterns, TGA thermal methods and FTIR
spectroscopy. The XRD patterns of nanocomposites showed that the interlayer distance of montmorillonite was changed and the clay sheets were exfoliated. Furthermore, the results showed that by increasing the montmorillonite content, thermal stability of the nanocomposites was clearly improved.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Hydrogel
  • Nanocomposite
  • collagen
  • Cd2+ adsorption
  • montmorillonite