توصيفگر ها :
آيروژل , سل ژل , لينتر پنبه , نانو لوله هاي كربني , حذف فلز سنگين سرب , جذب سطحي
چكيده فارسي :
در اين پژوهش، يك آيروژل نانو كامپوزيتي بر پايه لينتر پنبه، نانو لوله كربني و ZIF-67 به روش سل ژل جهت حذف فلز سنگين pb2+ از محلول هاي آبي مورد استفاده قرار گرفت. نانوكامپوزيت تهيه شده با روشهاي گوناگون مانند طيفسنجي مادون قرمز تبديل فوريه FT-IR))، پراش پرتو XXRD) )، ميكروسكوپ الكتروني روبشي گسيل ميداني FE-SEM))، آناليز تفكيك انرژي پرتو(EDS) X، نقشه عنصري پرتوX (MAP) مورد بررسي و شناسايي قرارگرفت. نتايج آناليز FT-IR حضور گروههاي عاملي مشخصه هر يك از اجزاي كامپوزيت را تأييد كردند و در طيف كامپوزيت، تمامي پيكهاي مربوط به لينتر پنبه، نانولولههاي كربني و ZIF-67 قابل مشاهده بودند. تصاوير FE-SEM نيز حاكي از حضور ساختار چند وجهي و مشخص ZIF-67، توزيع يكنواخت نانولولههاي كربني و همچنين بافت متخلخل و فيبري لينتر پنبه در ساختار آيروژل بودند. در آناليزXRD به دليل مقدار بسيار كمZIF-67 و نانولولههاي كربني در ساختار نهايي، پيكهاي مشخص آنها به ندرت قابل تشخيص بودند اما ساير آناليزها بهخوبي حضور اين اجزا را در آيروژل تأييد كردند. نتايج نشان داد كه حضور درصد هاي مختلف از نانو لوله هاي كربني و ZIF-67 در ساختار آيروژل، تاثير بسزايي در بهبود راندمان جذب دارد. بررسي هاي تجربي نشان داد كه با استفاده از مقدار 15 ميلي گرم آيروژل نانو كامپوزيت لينتر پنبه/ نانو لوله كربني/ZIF-67 ، در مدت زمان كوتاه 30 دقيقه ، ميتوان ميزان حذف يون سرب را به 50% رساند. اين عملكرد مطلوب را ميتوان به ساختار متخلخل آيروژل، افزايش سطح تماس مؤثر، و اثرات هم¬افزايي ناشي از حضور همزمان نانو لولههاي كربني و ZIF-67 نسبت داد. همچنين، دادههاي جذب در شرايط تعادلي با هشت مدل ايزوترمي مختلف برازش شدند و نتايج نشان داد كه فرآيند جذب از نوع فيزيكي، چندلايه و داراي سطوحي با انرژي غير يكنواخت بوده و با مدلهاي ايزوترمي چندلايه از جمله ايزوترم Khan همخواني دارد. يافتههاي اين تحقيق نشان ميدهد كه آيروژل نانوكامپوزيتي تهيه شده ميتواند بهعنوان يك جاذب كارآمد، پايدار و زيست سازگار براي حذف آلايندههاي فلزي از آب مورد استفاده قرار گيرد و جايگزيني مناسب براي روشهاي سنتي تصفيه آب باشد.
چكيده انگليسي :
In this study, a nanocomposite aerogel based on cotton linter, carbon nanotubes (CNTs), and ZIF-67 was synthesized via a sol–gel method for the removal of Pb²⁺ heavy metal ions from aqueous solutions. The prepared nanocomposite was characterized using various techniques such as Fourier-transform infrared spectroscopy (FT-IR), X-ray diffraction (XRD), field-emission scanning electron microscopy (FE-SEM), energy-dispersive X-ray spectroscopy (EDS), and X-ray elemental mapping (MAP). The FT-IR results confirmed the presence of characteristic functional groups of each composite component, and all the distinctive peaks of cotton linter, CNTs, and ZIF-67 were observed in the composite spectrum. FE-SEM images revealed the presence of the well-defined polyhedral structure of ZIF-67, uniform dispersion of CNTs, and the porous fibrous texture of cotton linter within the aerogel matrix. In the XRD analysis, due to the very low content of ZIF-67 and CNTs in the final structure, their characteristic peaks were barely detectable; however, other analyses confirmed their presence within the aerogel. The results demonstrated that incorporating different percentages of CNTs and ZIF-67 significantly enhanced the adsorption efficiency. Experimental investigations showed that using only 15 mg of the cotton linter/CNTs/ZIF-67 nanocomposite aerogel, a lead ion removal efficiency of 50% was achieved within a short time of 30 minutes. This excellent performance can be attributed to the aerogel’s porous structure, increased effective contact surface area, and synergistic effects arising from the simultaneous presence of CNTs and ZIF-67. Furthermore, equilibrium adsorption data were fitted to eight different isotherm models, and the results indicated that the adsorption process was physical, multilayered, and occurred on heterogeneous energy surfaces, fitting well with multilayer isotherm models such as the Khan model. The findings suggest that the synthesized nanocomposite aerogel can serve as an efficient, stable, and eco-friendly adsorbent for removing metal contaminants from water, offering a promising alternative to traditional water purification methods.