ساخت ، مشخصه یابی و بررسی فرآیند حذف رنگ متیلن بلو توسط نانوذرات اکسید پروسکایت La0.9Sr0.1FeO3

فصلنامه علمی - پژوهشی مواد نوین

مقاله 12، دوره 10، شماره 35، اردیبهشت 1398، صفحه 145-168   

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

فاطمه پیامی¹؛ هامان توکلی^{* 2}

¹گروه شیمی، واحد اهواز، دانشگاه آزاد اسلامی، اهواز، ایران

²استادیار، گروه شیمی، واحد اهواز، دانشگاه آزاد اسلامی، اهواز، ایران

تاریخ دریافت: 20 بهمن 1397،  تاریخ بازنگری: 06 اردیبهشت 1398،  تاریخ پذیرش: 16 اردیبهشت 1398 

چکیده

در این پژوهش نانوپودر اکسید مضاعف از نوع پروسکایت با فرمول شیمیایی La0.9Sr0.1FeO3با استفاده از روش سل ژل یک بار با عامل کمپلکس ساز اسید سیتریک و بار دیگر با سورفکتانت ستیل تری متیل آمونیوم برمید (CTAB) در دمای ˚c 750 به مدت 6 ساعت سنتز گردید. برای مشخصه یابی کریستالی، مورفولوژی، سطح ویژه و اندازه دانه ای نانوذرات از یک سری آنالیزهای تجزیه ای مانند XRD ،SEM ، DLS،BET استفاده گردید. الگو پراش اشعه ایکس(XRD) نشان داد که بعد از عملیات تکلیس ، تنها فاز پروسکایت با ساختار مورد نظر تشکیل شده است. ترکیب بدست آمده توسط میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) مورد بررسی قرار گرفت و چگونگی مورفولوژی آنها و گستره سایز اندازه ذرات تحلیل گردید. در ادامه با آنالیز (DLS) مطالعه بر روی ریز ساختارهای نمونه انجام شد. در آنالیز (BET) بررسی میزان تخلخل نانوپودر صورت گرفت و قطر حفرات حدود 75 نانومتر بدست آمد. پس از شناسایی و مشخصه یابی پروسکایت سنتز شده با عامل (CTAB) به بررسی حذف رنگ متیلن بلو پرداخته شد. برای حذف رنگ پارامترهای مختلفی از جمله: زمان، غلظت جاذب، غلظت رنگ و pH مورد مطالعه قرار گرفتند. با بررسی و مقایسه درصدهای حذف و سنتیک جذب مشخص گردید که نانو پودر سنتز شده جاذبی مناسب برای حذف رنگ متیلن بلو می باشد.

کلیدواژه‌ها

نانوپودر؛ پروسکایت؛ سل ژل؛ جذب سطحی؛ رنگ متیلن بلو

عنوان مقاله [English]

Synthesis, Characterization and investigation of removal process of methylene blue dye by perovskite-type oxides nanoparticles La0.9Sr0.1FeO3

نویسندگان [English]

fatemeh payami¹؛ Haman Tavakkoli²

¹Department of chemistry, islamic azad university, ahvaz, iran

²Department of chemistry, faculty of science, Islamic azad university, ahvaz, iran

چکیده [English]

In this study, double oxide nanopowders with perovskite type La0.9Sr0.1FeO3 were synthesized by sol-gel method in 750 ˚C for 6 hours. Two factors of citric acid and cetyltrimethyl ammonium bromide (CTAB) were used as a complex agent and surfactant, respectively. The crystalline characterization, morphology, specific surface area, and grain size of nanoparticles were investigated using a series of analytical analyzes such as XRD, SEM, DLS, BET. The X-ray diffraction pattern (XRD) showed that after the calcination, only the pericardial phase with perovskite structure was formed. The obtained material was studied by scanning electron microscope (SEM) and its morphology and particles size range was analyzed. The microstructure of the samples was studied by DLS analysis. By the BET analysis, the porosity of the nanopowder was measured and pores diameter about 75 nm were resulted. After identification and characterization of CTAB-synthesized perovskite, methylene blue dye removal process was investigated. In this process, various parameters such as time, adsorption concentration, dye concentration and pH were studied. By studying and comparing removal percent and adsorption kinetic was revealed that the synthesized nanoparticles were suitable for removal of methylene blue dye.

کلیدواژه‌ها [English]

Nanopowder, Perovskite, Sol-Gel, Adsorption, Methylene Blue

مراجع

References:
1- E. Shinn, A. Hubler, D. Lyon, M. G. Perdekamp, A. Bezryadin, and A. Belkin, “Nuclear energy conversion with stacks of graphene nanocapacitors,” Complexity, vol. 18, no. 3, pp. 24–27, 2013.
2-K. Eric Drexler, Engines of Creation,pp 37-50, 1986.
3 ع. سیم چی، آشنایی با نانوذرات ،خواص،روش های -
تولید و کاربرد، ص 265،1387 .
4- C.N.R . Rao, "The effects of lanthanide elements on the La/Sr sites," Annual
165 مجله مواد نوین/ جلد 9/شماره 3 / بهار 1398
Review of Physical Chemistry, no.40, pp. 291-326, 1989.
5-M.Darroudi, M.B.Ahmad, R.Zamiri, A.H.Abdullah, N.A. Lbrahim, K.Shameli, and M.Shahril Husin, “Preparation and characterization of gelatin mediated silver nanoparticles by laser ablation,” J. Alloys Compd, vol. 509, no. 4, pp. 1301–1304, 2011.
6 ا. سلیمانی، شیمی معدنی - 2 ، چاپ اول، تهران، نشر
پژوهشی نوآوران شریف، ص 489 ، 1389 .
7- M. Yazdanbakhsh, H. Tavakkoli, and S. M. Hosseini, “Electrical and optical properties of nanosized perovskite-type La0. 5Ca0. 5MO3 (M= Co, Ni) prepared using a sol-gel method,” South African J. Chem, vol. 64, pp. 71–78, 2011.
8- H. Tavakkoli and M. Yazdanbakhsh, “Fabrication of two perovskite-type oxide nanoparticles as the new adsorbents in efficient removal of a pesticide from aqueous solutions: Kinetic, thermodynamic, and adsorption studies’’ Micropor. Mesopor. Mater., vol. 176, pp. 86–94, 2013.
9- Y. Wang, J. Ren , Y.Wang, F. Zhang, X. Liu,and Y.Guo, “Nanocasted synthesis of mesoporous LaCoO3 perovskite with extremely high surface area and excellent activity in methane combustion,” J. Phys. Chem. C, vol. 112, no. 39, pp. 15293–15298,2008.
10- M. Yazdanbakhsh, H. Tavakkoli and S. M. Hosseini, “Characterization and evaluation catalytic efficiency of La0.5Ca0.5NiO3 nanopowders in removal of reactive blue 5 from aqueous solution’’Desalination, vol. 281, pp. 388-395, 2011.
11- J. Luo, P. Ye, M. Q. Li, and L. Y. Liu, “Effect of the alpha grain size on the deformation behavior during isothermal compression of Ti–6Al–4V alloy,” Mater. Des, vol. 88, pp. 32–40, 2015.
12 ص. ع . منافی ، م. رضایی کلج ، ص. جوقه دوست - و
ا. فرحبخش،" سنتز و بررسی خواص پروویسکیت
LaMno3 به روش حالت جامد،"مجله نانومواد،دوره 8 ،
شماره 27 ، ص 163 _ 169 ، پاییز 1395 .
13- M. S. Bernardo, T. Jardiel, M. Peiteado, A. C. Caballero, and M. Villegas, “Reaction pathways in the solid state synthesis of multiferroic BiFeO3,” J. Eur. Ceram. Soc, vol. 31, no. 16, pp. 3047–3053, 2011.
14- M. N. Sithole, B. Omondi, and P. G. Ndungu, “Synthesis and characterization of Ce0. 6Sr0. 4Fe0. 8Co0. 2O3–δ perovskite material: Potential cathode material for low temperature SOFCs,” J. Rare Earths, vol. 35, no. 4, pp. 389–397, 2017.
15- A. Kahoul, A. Hammouche, F. Naamoune, P. Chartier, G. Poillerat, and J. F. Koenig, “Solvent effect on synthesis of perovskite-type La1− xCaxCoO3 and their electrochemical properties for oxygen reactions,” Mater. Res. Bull, vol. 35, no. 12, pp. 1955–1966, 2000.
16-U. Megha, K. Shijina, and G. Varghese, “Nanosized LaCo0. 6Fe0. 4O3 perovskites synthesized by citrate sol gel auto combustion method,” Process. Appl. Ceram, vol. 8, no. 2, pp. 87–92, 2014.
17- F. Augusto, E. Carasek, R. G. C. Silva, S. R. Rivellino, A. D. Batista, and E. Martendal, “New sorbents for extraction and microextraction techniques,” J. Chromatogr. A, vol. 1217, no. 16, pp. 2533–2542, 2010.
18-S. J. Allen and B. Koumanova, “Decolourisation of water/wastewater using adsorption,” J. Univ. Chem. Technol. Metall, vol. 40, no. 3, pp. 175–192, 2005.
La0.9Sr0.1FeO 166 ساخت، مشخصه یابی و بررسی فرآیند حذف رنگ متیلن بلو توسط نانوذرات اکسید پروسکایت 3
19- V. K. Gupta, “Application of low-cost adsorbents for dye removal–a review,” J. Environ. Manage, vol. 90, no. 8, pp. 2313–2342, 2009.
20 اچ .زوتلینگر ، ع. خسروی، ک. قرنجیگ، س. مرادیان -
و م. حسین نژاد،" شیمی رنگ سنتز، خواص و کاربردهای
مواد رنگزا و پیگمنت های آلی،" چاپ اول،تهران، دانشگاه
صنعتی امیرکبیر، 1391 .
21 ا. حیدری، م. جعفری و ع. صفارتلوری،" سنتز و -
مشخصه یابی کامپوزیت های نانوکریستالی اکسیدروی با
سطح ویژه بالا نشانده شده در زمینه سیلیکا آلومینا به -
روش سل ژل،"مجله مواد نوین، دوره 4 ، شماره 13 ، ص 1 -
12 ، پاییز 1392 .
22 اس ای. دان، واکنشها و شناسایی جامدات، چاپ – -
اول. ترجمه ن.ارسلانی و م. قاسمیان خجسته، تهران،
نوپردازان، ص 231 ، 1388.
23- A. Obeydavi, K. Dastafkan, M. Rahimi, and M. A. Ghadam Dezfouli, “Insights into post-annealing and silver doping effects on the internal microstructure of ZnO nanoparticles through X-ray diffraction probe,” Solid State Sci, vol. 69, pp. 71–81, 2017.
24- D. McMullan, “Scanning electron microscopy 1928–1965,” Scanning, vol. 17, no. 3, pp. 175–185, 1995.
25- A. Bogner, P.-H. Jouneau, G. Thollet, D. Basset, and C. Gauthier, “A history of scanning electron microscopy developments: towards ‘wet-STEM’ imaging,” Micron, vol. 38, no. 4, pp. 390–401, 2007.
26 ز.شریعتی نیا، ط.رحیمی اقدم ،"مشخصه یابی نانو -
ساختارها از اصول تا تفسیر نتایج،"چاپ دوم ، تهران
،دانشگاه صنعتی امیرکبیر، 1396 .
27 ص . صادق حسنی و ل. سمیعی، "روش دینامیک -
تفرق نوری برای مطالعه اندازه نانوذرات،"ماهنامه فناوری
نانو، سال هفتم، شماره 130 ، مرداد 1387.
28- R. Xu, Particle characterization: light scattering methods, vol. 13. Springer Science & Business Media, 2001.
29- H.-J. Butt, H.-J. B. Butt, K. Graf, and M. Kappl, Physics and chemistry of interfaces. John Wiley & Sons, 2003.
30- T. P. Rao, P. Metilda, and J. M. Gladis, “Preconcentration techniques for uranium (VI) and thorium (IV) prior to analytical determination—an overview,” Talanta, vol. 68, no. 4, pp. 1047–1064, 2006.
31- V. Camel, “Solid phase extraction of trace elements,” Spectrochim. acta. Part B, At. Spectrosc, vol. 58, no. 7, pp. 1177–1233, 2003.
32- S. Nhatasha and S. Jaafar, “Adsorption study-Dye removal using clay.” Universiti Malaysia Pahang, 2006.
33- Y. B. C. Ani, “Adsorption Studies of Dyes using Clay-Based and Activated Carbon Adsorbents,” Univ. Sains Malaysia, 2004.
34- A. Kumar, B. Prasad, and I. M. Mishra, “Adsorptive removal of acrylonitrile by commercial grade activated carbon: kinetics, equilibrium and thermodynamics,” J. Hazard. Mater, vol. 152, no. 2, pp. 589–600, 2008.
35- H. Tavakkoli and F. Hamedi, “Synthesis of Gd 0.5 Sr 0.5 FeO 3 perovskite-type nanopowders for adsorptive removal of MB dye from water,” Res. Chem. Intermed, vol. 42, no. 4, pp. 3005–3027, 2016.
36- M. Cheng Shih, ‘’Kinetics of the batch adsorption of methylene blue from aqueous solutions onto rice husk: effect of acid-modified process and dye concentration’’Des. Water Treat., vol. 37, pp. 200-214, 2012.
167 مجله مواد نوین/ جلد 9/شماره 3 / بهار 1398
37- H. Zhu, M. Zhang, Y. Liu, L. Zhang and R. Han, “Study of congo red adsorption onto chitosan coated magnetic iron oxide in batch mode concentration’’ Des. Water Treat., vol. 37, pp. 46-54, 2012.
38- S. Langergren, and B. K. Svenska,‘’Zur theorie der sogenannten adsorption geloester stoffe’’. Veternskapsakad Handlingar, vol. 24, pp. 1-39, 1898.