رزین کیلاتی (Chelating)

رزین های تبادل یونی شامل رزین های کاتیونی، رزین های آنیونی و رزین های کیلاتی (Chelating Resin) می باشد.

رزین های کیلاتی عملکردی مشابه رزین های کاتیونی ضعیف دارند

اما انتخاب گری بالایی نسبت به کاتیون فلزات سنگین دارد. توضیحات بیشتر در خصوص انواع رزین ها در ادامه آورده شده است.

دفع پساب های صنعتی حاوی یون های فلزات سنگین به منابع آب طبیعی آسیب های جدی به محیط آبی وارد می کند.

حتی مقدار کمی از فلزات سنگین جذب شده توسط انسان برای سلامتی خطرناک است (1-3). بنابراین، میزان مجاز یون‌های فلزات سنگین موجود در پساب‌های تخلیه شده به آب‌های عمومی بسیار سخت‌گیرانه است. روش‌های مرسوم برای حذف یون‌های فلزات سنگین از جریان‌های زباله شامل رسوب شیمیایی، فیلتراسیون غشایی، تبادل یونی، جذب کربن و رسوب/جذب همزمان است که در این میان عملیات‌های جذب مانند جذب و تبادل یونی از محبوب‌ترین و مؤثرترین فرآیندها هستند (5، 6). ). فرآیند جذب انعطاف پذیری را در طراحی و بهره برداری ارائه می دهد و در بسیاری از موارد، آب تصفیه شده از طریق فرآیند جذب بی رنگ، بی بو و مناسب برای استفاده مجدد است.

علاوه بر این

به دلیل بازسازی جاذب در جذب برگشت پذیر، عملیات نسبتاً اقتصادی است. اما در فرآیند تبادل یونی، مواد مبادله یونی مدرن از رزین های پلیمری مصنوعی مانند کوپلیمرهای استایرن-دیوینیل بنزن، پلی آکریلات، ملامین فرمالدئید دی اتیلن تری آمین پنتا استیک اسید (MF-DTPA) و پلی (گلیسیدیل متاکریلات-اسید-ایمینودیاستیک) تهیه شد. IDA)] و غیره لازم به ذکر است که IDA، اسید ایمینودی استیک، به عنوان یک گروه کیلیت ایده آل به کار رفته در رزین های تبادل یونی، مورد توجه قابل توجهی قرار گرفته است. به عنوان مثال، وانگ و همکاران. یک نوع رزین با نسبت‌های مختلف مخلوط IDA (گروه‌های کلات‌کننده) و AA (اسید متاکریلیک، گروه‌های تبادل یونی) در رزین کوپلیمر گزارش شده است. رزین ظرفیت جذب خوبی برای چهار یون فلزی رایج سمی محیطی نشان می دهد: Pb2+، Cu2+، Cr3+ و Cd2+ (11).

با این حال، پلیمریزاسیون امولسیونی باعث می شود رزین در هنگام استفاده در تولید صنعتی به خوبی کنترل شود. در این مقاله، ما مونومر IDA را به یک فرآیند پلیمریزاسیون رادیکال رایج برای تشکیل یک رزین کیلیت القا کردیم. رزین به‌دست‌آمده در جذب چندین یون فلزات سنگین شامل Cu2+، Pb2+، Cd2+، Zn2+، Co2+، Ni2+، Cr3+ و Mn2+ استفاده شد. از نتایج مشابه گزارش شده، نتیجه گرفتیم که این رزین ظرفیت جذب بالاتری برای Cd2+ و گزینش پذیری بالاتر برای Zn2+ و Cd2+ نشان داد. مکانیسم جذب نیز به تفصیل مورد مطالعه قرار گرفت.

2 تجربی

2.1 مواد رزین کیلاتی (Chelating)

تمام مواد ذکر شده در فرآیند مصنوعی مانند اسید ایمینو دی استیک، NaOH، گلیسیدیل متاکریلات، N,N’-متیلن بیساکریل آمید (MBA) و 4,4′-azobis (4-سیارووالریک اسید) (V501) همگی دارای درجه معرف بوده و به عنوان -دریافت شده از تامین کننده (Chemically Pure, Shanghai Chemical Reagent Co. Ltd., Shanghai, China) بدون درمان بیشتر. محلول های یون فلزات سنگین از آب دیونیزه شده و نمک های فلزی زیر تهیه می شوند: CuSO4·5H2O، Pb(NO3)2، CdCl2·2.5H2O، ZnSO4·7H2O، CoCl2·6H2O، NiCl2·6H2O، CrCl3·6H2O و Mn(Ac )2·4H2O.

2.2 اندازه گیری رزین کیلاتی (Chelating)

اندازه‌گیری تبدیل فوریه مادون قرمز (FT-IR) با گلوله‌های KBr روی طیف‌سنج Perkin-Elmer 577 FT-IR در محدوده 400-4000 سانتی‌متر-1 انجام شد. برای اندازه گیری مقدار pH مورد انتظار از یک pH متر مدل JENWAY 3010 استفاده شد. در اینجا، غلظت اولیه و نهایی یون‌های فلزی با استفاده از طیف‌سنج جذب اتمی شعله مدل UNICAM 930 مجهز به تصحیح پس‌زمینه لامپ دوتریوم، لامپ کاتد هالو و مشعل استیلن هوا تعیین شد. تجزیه و تحلیل وزن سنجی حرارتی (TGA) بر روی یک دستگاه TA جهانی V3.7A تحت جریان گاز N2 خالص (20 میلی لیتر در دقیقه) با سرعت گرمایش 10 درجه سانتی گراد در دقیقه از دمای اتاق تا 800 درجه سانتی گراد انجام شد. تجزیه و تحلیل عنصری برای C، H و N بر روی یک آنالایزر عنصری EA1110-CHNS انجام شد. تصاویر میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) روی SEM هیتاچی S-4700 گرفته شد.

2.3 سنتز رزین PIDA رزین کیلاتی (Chelating)

رزین پلی (ایمینودی استیک اسید) (PIDA) با پلیمریزاسیون اتصال عرضی همانطور که در طرح 1 نشان داده شده است تهیه شد. مونومر از واکنش گلیسیدیل متاکریلت و سدیم 2،2′-آزاندی ایل دی استات در دمای 65 درجه سانتیگراد به دست آمد. 11). روش پلیمریزاسیون به شرح زیر بود: مخلوط مونومر، MBA و V501، با نسبت مولی 100:10:1 (31.9 گرم: 4.63 گرم: 0.84 گرم)، در دمای 70 درجه سانتیگراد به مدت 3 ساعت به هم زده شد. پلیمر به‌دست‌آمده برای حذف مونومرهای اضافی سه بار با آب مقطر شسته شد و قبل از هر عملیات شیمیایی دیگر خشک شد. این آزمایش همچنین می تواند در واکنش کیلوگرم تقویت شود. نسبت واکنش دهنده ها مشابه موارد فوق است (3.2 کیلوگرم: 5 کیلوگرم: 1 کیلوگرم)، اما دمای واکنش 80 درجه سانتیگراد خواهد بود که برای اطمینان از پلیمریزاسیون کامل، بالاتر است.

فرآیند پلیمریزاسیون رزین کیلیت PIDA.

2.4 آزمایش های جذب رزین کیلاتی (Chelating)

در اغلب موارد، محلول‌های یون فلزی از معرف‌ها با غلظت 3000 میلی‌گرم در لیتر تهیه و تا غلظت مناسب با تنظیم pH رقیق شدند. تمام آزمایش های جذب به صورت دسته ای انجام شد و تعادل جذب با هم زدن مخلوط به دست آمد. هنگامی که فرآیند جذب کامل شد، محلول فیلتر شد و من

یون های تال باقی مانده در محلول پس از رقیق سازی اندازه گیری شدند. هر آزمایش حداقل سه بار برای اطمینان از صحت داده ها تکرار شد. مقدار جذب یون فلزی از نسبت اختلاف مقدار بین غلظت اولیه و نهایی در محلول آبی محاسبه شد. مقدار یون فلزی جذب شده در زمان t, qt از معادله تعادل جرم محاسبه شد

که در آن Q مقدار یون های فلزی جذب شده روی مقدار رزین (mmolg-1)، غلظت C0 و Ct یون های فلزی در غلظت اولیه و تعادل یون های فلزی در فاز آبی (mmoll-1) است. V حجم فاز آبی (L) و M وزن خشک رزین (g) است.

3. نتایج و بحث

3.1 خصوصیات رزین کیلاتی (Chelating)

رزین به دست آمده مات بود و مورفولوژی رزین با اسکن SEM، همانطور که در شکل 1A نشان داده شده است، مشاهده شد. سطح متخلخل به وضوح مشاهده شده یکی از دلایل اصلی ظرفیت کیلیت زیاد و سرعت جذب سریع بود. علاوه بر این، ما زاویه تماس رزین را اندازه‌گیری کردیم. مطابق شکل 1B، زاویه تماس کوچک نشان داد که رزین فوق آبدوست است و آب می تواند جامد را به راحتی خیس کند.

آنالیز حرارتی TGA و کالریمتری اسکن تفاضلی پلیمر پیوند متقابل PIDA در محدوده 20-600 درجه سانتی گراد اندازه گیری شد. همانطور که در شکل S1 نشان داده شده است، PIDA پایداری حرارتی خوبی را با دمای تجزیه نزدیک به 200 درجه سانتیگراد نشان داد. دمای انتقال شیشه ای آن حدود 72 درجه سانتیگراد است، مشابه آنالوگ هایی مانند پلیمر متیل متاکریلات.

3.2 اثر مقدار pH

به خوبی شناخته شده است که مقدار pH محلول ها نقش مهمی در واکنش های هماهنگی و برهمکنش های الکترواستاتیکی در فرآیندهای جذب فیزیکی دارد. گروه های آبدوست مانند گروه های هیدروکسیل، کربوکسیل و کربونیل موجود در PIDA بر مقدار pH محلول آن تأثیر می گذارند. اثر مقدار pH بر جذب یون های فلزی با تغییر مقدار pH اولیه محلول ها با افزودن محلول اسید کلریدریک رقیق و محلول هیدروکسید پتاسیم مورد بررسی قرار گرفت (13). نتایج در شکل 2 نشان داده شده است. لازم به ذکر است که جذب Pb2+ و Co2+ با افزایش pH اندکی بهبود یافته است. با توجه به نتایج سایر یون‌های فلزی، تمام ظرفیت‌های جذب یون‌های فلزی مختلف به ویژه در مقادیر pH پایین پایین بود. ممکن است به جذب رقابتی بین یون‌های H3O+ و یون‌های فلزی برای مکان‌های جذب فعال محدود در رزین PIDA نسبت داده شود.

با این حال، با افزایش مقدار pH، با کاهش غلظت پروتون، ظرفیت جذب به طور قابل توجهی افزایش یافت. هنگامی که مقادیر pH در محدوده مناسب افزایش یافت، برهمکنش بین رزین و یون‌های فلزی افزایش یافت که ظرفیت جذب را افزایش داد. مقادیر pH بهینه که در آن رزین حداکثر ظرفیت جذب را نشان داد برای Cu2+ و Cd2+ 5.0 و برای Mn2+، Co2+، Ni2+، Cr3+، Pb2+ و Zn2+ 6.0 بود. در مقایسه با گزارش‌های قبلی (14)، مقدار pH بهینه جذب رزین Cu2+، Cd2+ و Pb2+ حدود 5.0 بود که به جز تفاوت جزئی با Pb2+ با نتیجه ما مطابقت داشت. ممکن است به دلیل ساختارهای مختلف این دو نوع رزین باشد.