حذف متیلن بلو از محلول‌های آبی با استفاده از نانوصفحات گرافن اکساید: مطالعه‌ سینتیک و ایزوترم

- امروزه رنگ‌های مصنوعی به طور گسترده در صنایع مختلفی از قبیل نساجی، کاغذ، چرم، مواد غذایی، صنایع آرایشی، پلاستیک‌سازی، لاستیک‌سازی، چاپ و کارخانجات تولید رنگ مورد استفاده قرار می‌گیرند. تخلیه‌ی این ترکیبات به درون منابع آبی، به دلیل ماهیت بسیار پایدار این ترکیبات یکی از منابع مهم آلودگی آب محسوب می‌شود. در این مطالعه نانوصفحات گرافن‌اکساید برای حذف رنگ کاتیونی متیلن‌بلو از محلول آبی مورد استفاده قرار گرفته است. گرافن اکساید با استفاده از روش اصلاح شدهی هامر که شامل اکسیداسیون گرافیت در حضور اکسیدکنندههای قوی و در دماهای مختلف است، سنتز گردید. برای بررسی خصوصیات فیزیکی گرافن اکساید از الگوی طیف مادون قرمز و پراش پرتو ایکس استفاده شد. نتایج پراش اشعه ایکس شان‌دهنده ساختار کریستالی 0 0 1 برای گرافن اکساید و تایید کننده سنتز صحیح گرافن اکساید به همراه گروه‌های عاملی اکسیژن دار بر روی سطح آن بود. همچنین الگوی مربوط به طیف مادون قرمز نشان دهنده‌ی ساختار لایه ای کربن به همرا گروه‌های عاملی مختلف مانند کربوکسیل، هیدروکسیل، کربونیل و غیره بر روی سطح جاذب بود. طی این مطالعه جذب متیلن‌بلو بر روی گرافن‌اکساید در شرایط مختلف از قبیل زمان تماس (1 تا 4 ساعت)، دوز جاذب (05/0 تا 7/0 گرم بر لیتر)، ph محلول (3 تا 9) و غلظت اولیه رنگ (50 تا 400 میلی‌گرم بر لیتر) مورد آزمون قرار گرفت. نتایج نشان داد که با افزایش دوز جاذب، درصد جذب متیلن بلو بر روی گرافن اکساید افزایش مییابد. با افزایش ph محلول رنگی از 3 به 6، مقدار جذب متیلن بلو افزایش یافته و پس از آن با افزایش ph محلول از 6 به 9 مقدار جذب کاهش مییابد. همچنین با افزایش غلظت اولیهی محلول رنگی درصد جذب رنگ به طور معنیداری کاهش مییابد. نتایج آزمایشات نشان داد که بیشترین مقدار جذب (910 میلی گرم بر گرم)، در شرایطی با دوز جاذب 05/0 گرم بر لیتر، غلظت اولیه 50 میلی‌گرم بر لیتر، زمان تماس 2 ساعت و 6ph= اتفاق می‌افتد که این مقدار جذب در مقایسه با تحقیقات مشابه صورت گرفته توسط دیگر محققان بسیار زیاد است و نشان دهندهی کارایی بالای گرافن اکساید سنتز شده در این پژوهش است. سینتیک جذب با استفاده از سه مدل سینتیکی الوویچ، شبه مرتبه اول و شبه مرتبه دوم مورد بررسی قرار گرفت. مطالعه سینتیک نشان داد که حداکثر مقدار جذب پس از دو ساعت اتفاق می‌افتد و سینتیک جذب از فرم خطی مدل سینتیکی شبه مرتبه دوم پیروی میکند و همبستگی نسبتا بالایی نیز با مدل سینتیکی الوویچ دارد. ایزوترم جذب در محدوده‌ی ph 3 تا 9، غلظت اولیه‌ی 50 تا 400 میلی‌گرم بر لیتر و دوز جاذب 05/0 تا 7/0 گرم بر لیتر در دمای 25 درجه سلسیوس و با استفاده از دو مدل ایزوترمی فروندلیچ و لانگمیر بررسی شد. داده‌های تعادلی نشان از همبستگی بسیار بالای ایزوترم با مدل لانگمیر و عدم همبستگی داده ها با مدل فروندلیچ داشت. نتایج این تحقیق نشان داد که گرافن اکساید با داشتن سطح ویژهی بسیار بالا و وجود گروههای عاملی اکسیژن دار متعدد بر روی سطح آن از کارایی بسیار بالایی برای حذف آلایندههای کاتیونی از محیطهای آبی برخوردار است.