توصيفگر ها :
ايروژل سيليس , چارچوب فلزي-آلي MIL-101(Cr) , ساختار متخلخل سلسه مراتبي , تصفيه پساب
چكيده فارسي :
در سال‌هاي اخير استفاده از جاذب‌ها به عنوان يكي از روش‌هاي مهم جهت جذب آلودگي‌ها و تصفيه پساب به ويژه رنگزاهاي نساجي بسيار مورد توجه قرار گرفته است. امروزه تركيبات نانو متخلخل هيبريدي داراي ساختارهاي سلسه مراتبي شامل حفرات ميكرو، مزو و ماكرومتري كه داراي گروه‌هاي عاملي و مراكز فعال بسيار زيادي بوده، به دليل افزايش ظرفيت و سرعت جذب فيزيكي و شيميايي رنگزاها مورد توجه پژوهشگران بسياري قرار گرفته است. نانو ساختار ايروژل سيليس به دليل ويژگي‌هاي منحصر به فردي همچون تخلخل‌هاي مزومتري فراوان و سطح مخصوص بالا، توانايي جذب رنگزاها به صورت فيزيكي را دارد. درحاليكه چارچوب فلزي-آلي MIL-101(Cr) نيز علي‌رغم داشتن ويژگي‌هايي همچون سطح مخصوص و تنوع ساختاري و وجود گروه‌هاي عاملي و مراكز فعال بسيار زياد، جذب رنگزاها صرفا به صورت شيميايي رخ داده و سرعت جذب را كاهش مي‌دهد. پژوهش‌هاي انجام گرفته در اين راستا محدود به استفاده از گرانول‌هاي ايروژل و يا ذرات پودري چارچوب فلزي-آلي MIL-101(Cr) و بررسي برهمكنش‌هاي شيميايي و فيزيكي بين جاذب و رنگزا است. با توجه به چالش‌هاي استفاده از چارچوب‌هاي فلزي-آلي و ايروژل سيليس و نيز خصوصيات منحصر به فرد هر دو نانو ساختار متخلخل، در اين پژوهش قرارگيري چارچوب فلزي-آلي MIL-101(Cr) در شبكه ايروژل سيليس و همچنين پوشش‌دهي اين ساختار تركيبي بر روي سازه ليفي (به منظور تقويت شبكه MOF/ايروژل و ايجاد ساختار سلسه مراتبي) و كاربرد اين ماده در حذف رنگزا از پساب مورد بررسي قرار گرفت. ذرات ايروژل سيليس به روش سل-ژل با استفاده از پيش‌ماده TEOS و خشك كردن در فشار محيط سنتز شد. چارچوب فلزي-آلي MIL-101(Cr) نيز در محدوده دمايي°C160-220 تحت فشار در اتوكلاو و طي فرايند هيدروترمال سنتز شد. ساختار هيبريدي MIL-101(Cr)/ايروژل سيليس بر اساس رشد بلور‌هاي MIL-101(Cr) بر روي بستر ايروژل سيليس در فرايند هيدروترمال تهيه شد. پوشش‌دهي منسوج پلي‌استري با ساختار هيبريدي حاصل بر مبناي روش تركيببي اسپري‌كردن و سنتز درجا انجام شد. ارزيابي ساختار و خواص نمونه‌ها با استفاده از آناليز‌هاي FESEM، XRD، جذب و واجذب نيتروژن، FTIR و EDS انجام شد. همچنين براي ارزيابي عملكرد جذب رنگزاي نمونه‌ها از چهار رنگزاي مختلف آنيونيك و كاتيونيك با غلظت ppm300 استفاده شد.
نتايج نشان دادند كه نمونه ايروژل سيليس سنتز شده از سطح مخصوص m2/g860 و حفرات مزومتري nm7 و تخلخل ٪86 برخوردار است. نمونه‌هاي MIL-101(Cr) سنتز شده داراي سطح مخصوص در محدوده m2/g2486-3195 و متوسط اندازه حفرات 2 نانومتر هستند. با كاهش دماي فرايند هيدروترمال، شكل بلور‌ها از حالت هشت‌وجهي به كروي تغيير كرده و سطح مخصوص افزايش يافت. در دماي °c160 با حضور سودسوزآور به عنوان تعديل كننده، نمونه با بالاترين سطح مخصوص حاصل شد.
نتايج جذب رنگزا نشان داند كه ايروژل سيليس قابليت جذب رنگزاي كاتيونيك به ميزان محدود را داشته و رنگزاي آنيونيك را جذب نمي‌كند. درحاليكه MIL-101(Cr) راندمان جذب رنگزاي آنيونيك تا 89٪ را نشان داد و از قابليت جذب رنگزاي كاتيونيك برخوردار نيست. ساختار هيبريدي حاصل ظرفيت جذب رنگزاي آنيونيك متيل اورانژ و كنگو رد به ترتيب تا mg/g290 و mg/g300 افزايش داد. همچنين قابليت جذب رنگزاهاي كاتيونيك(متيلن بلو) توسط ساختار هيبريدي حدود 7 برابر نسبت بهMIL-101(Cr) و 5/2 برابر نسبت به ايروژل سيليس افزايش يافت. روش پوشش‌دهي مورد استفاده براي قرارگيري ساختار هيبريدي حاصل بر سطح منسوج پلي‌استري منجر به حفظ حفرات ماكرومتري منسوج شده كه از عوامل مهم در فرايند جذب رنگزا است .همچنين نتايج، يكنواختي پوشش هيبريدي حاصل را تاييد كرد. نتايج جذب رنگزاي اين نمونه حاكي از آن است كه پوشش ساختار هيبريدي حاصل بر روي منسوج پلي‌استر اوليه، ظرفيت جذب رنگزاي كاتيونيك متيل‌بلو و مالاخيت گيرين را از mg/g02/0 به حدود mg/g70 و رنگزاي آنيونيك كنگو رد و متيل‌اورانژ از mg/g02/0 به mg/g300 افزايش داد.
چكيده انگليسي :
In recent years, the use of absorbents as one of the important methods to absorb pollution and treat wastewater, especially textile dyes, has received much attention. Today, hybrid nanoporous compounds with hierarchical structures including micro, meso, and macrometric cavities, which have many functional groups and active centers, have attracted the attention of many researchers due to the increased capacity and speed of physical and chemical absorption of dyes. Silica aerogel nanostructure has the ability to physically absorb dyes due to its unique features such as abundant mesometric porosity and high specific surface area. While the metal-organic framework MIL-101(Cr) also has features such as special surface and structural diversity and the presence of many functional groups and active centers, the absorption of dyes occurs only chemically and reduces the absorption speed. The research done in this direction is limited to using aerogel granules or powder particles of metal-organic framework MIL-101(Cr) and investigating chemical and physical interactions between absorbent and dye. Considering the challenges of using metal-organic frameworks and silica aerogel, as well as the unique characteristics of both porous nanostructures, in this research, the placement of the metal-organic framework MIL-101(Cr) in the silica aerogel network and also the coating of this composite structure on On the fibrous structure (in order to strengthen the MOF/aerogel network and create a hierarchical structure) and the application of this material in removing dyes from wastewater was investigated. Silica aerogel particles were synthesized by sol-gel method using TEOS precursor and drying at ambient pressure. The metal-organic framework MIL-101(Cr) was also synthesized in the temperature range of 160-220°C under pressure in an autoclave and during the hydrothermal process. The MIL-101(Cr)/silica aerogel hybrid structure was prepared based on the growth of MIL-101(Cr) crystals on the silica aerogel substrate in the hydrothermal process. Polyester textile coating with the resulting hybrid structure was done based on the method of non-spraying and in-situ synthesis. The structure and properties of the samples were evaluated using FESEM, XRD, nitrogen absorption and desorption, FTIR and EDS analyses. Also, four different anionic and cationic dyes with a concentration of 300 ppm were used to evaluate the dye absorption performance of the samples.The results showed that the synthesized silica aerogel sample has a specific surface area of 860 m2/g, mesometric voids of 7 nm, and a porosity of 86%. The synthesized MIL-101(Cr) samples have a specific surface area in the range of 2486-3195 m2/g and an average pore size of 2 nm. By lowering the temperature of the hydrothermal process, the shape of the crystals changed from octahedral to spherical and the specific surface area increased. At a temperature of 160 °C with the presence of caustic soda as a moderator, the sample with the highest specific surface was obtained.
The results of dye absorption show that silica aerogel has the ability to absorb cationic dye to a limited extent and does not absorb anionic dye.
