Surface Grafting of Polymeric Ligands onto Magnetite Nanoparticles via Atom Transfer Radical Polymerization (ATRP) For Removal of Toxic Metal Ions

Mirzaeinejad, Masoumeh (2018) Surface Grafting of Polymeric Ligands onto Magnetite Nanoparticles via Atom Transfer Radical Polymerization (ATRP) For Removal of Toxic Metal Ions. Doctoral thesis, University of Mohaghegh Ardabili.

[img]
Preview
Text (پیوند شیمیایی لیگاندهای پلیمری به سطح نانوذرات مگنتيت (Fe3O4) به روش پلیمریزاسیون رادیکالی انتقال اتم (ATRP) به منظور حذف یون¬های فلزی سمی)
Masoumeh Mirzaeinejad.pdf

Download (1MB) | Preview
Official URL: http://www.uma.ac.ir

Abstract

Nowadays, the amount of heavy metal ions in water and waste water is rising due to the different industrial activities. Removing of these harmful heavy metal ions from industrial effluent is one of the most important challenges focused on by many researchers. In the present study, several adsorbents were synthesized and their efficiency toward heavy metal ions removal was evaluated.In the first part, poly(N-2-aminoethylacrylamide) grafted magnetite nanoparticles were obtained via ATRP method of acrylamide on Fe3O4 nanoparticles and a subsequent trans-amidation with ethylenediamine. The final product was characterized by FT-IR, TGA, SEM، TEM, XRD, and VSM analyses. The efficiency of the synthesized magnetic nanoparticles was investigated against the removal of Cu (II) cations in optimum conditions by differential pulse voltammetry (DPV). The maximum adsorption capacity of the sorbent reached 30.34 mg/g of Cu (II) at pH 6.0. The adsorption kinetics followed the pseudo second order kinetic equation and the adsorption equilibrium data obeyed Freundlich isotherm model. The study of the re-usability of the prepared magnetic sorbent revealed that the sorbent could be re-used without a considerable decrease in the extraction efficiency and be recovered after seven cycles. In the second part, a new acrylamide-based monomer, N-(4-(5-(pyridine-2-yl)-1,3,4-oxadiazol-2yl)phenyl)acrylamide (POPA), was synthesized and characterized. Poly(POPA)-grafted magnetite nanoparticles were then obtained via ATRP method. The grafted nanoparticles were characterized by FT-IR, SEM, XRD, TGA and VSM. The capability of poly(POPA)-g-magnetite nanoparticles (MNPs) to remove Co(II) cations, under optimal time period, pH and adsorbent mass, was shown by atomic absorption. The adsorption kinetics obeyed the pseudo–second‐order kinetic equation, and the adsorption isotherm was best described by the Freundlich model with a maximum adsorption capacity of 59.90 mg/g. In addition, the poly(POPA)-g-MNPs were regenerated and no considerable decrease was observed in the extraction efficiency following test of up to 7 cycles.In the last part, an adsorbent resin was obtained by free radical co-polymerization of POPA and acrylamide in the presence of N,N’-methylenebisacrylamide (MBA) as cross-linking agent. Thermal properties of linear poly(POPA), poly(acrylamide)-co-poly(POPA) and the cross-linked resin were assessed by TGA. The capability of the cross-linked resin to remove Co(II) cations was shown under optimal adsorption time, pH and adsorbent mass. The adsorption kinetics obeyed the pseudo-second-order kinetic equation and the Langmuir model described the adsorption isotherm with a maximum adsorption capacity of 24.10 mg g-1. In addition, the resin was regenerated and no significant decrease was observed in the extraction efficiency following the test of up to eight cycles.

Item Type: Thesis (Doctoral)
Persian Title: پیوند شیمیایی لیگاندهای پلیمری به سطح نانوذرات مگنتيت (Fe3O4) به روش پلیمریزاسیون رادیکالی انتقال اتم (ATRP) به منظور حذف یون¬های فلزی سمی
Persian Abstract: امروزه غلظت یون¬های فلزی سنگین درآب¬ها و پساب¬ها در نتیجه فعالیت¬های صنعتی مختلف در حال افزایش هستند.حذف این یون¬های فلزی سنگین مضر از پساب¬های صنعتی یکی از مهم¬ترین چالش هایی است که توسط محققان زیادی مورد ملاحظه قرارگرفته است. در مطالعه حاضر چندین جاذب سنتز شدند و کارایی آن¬ها نسبت به حذف یون¬های فلزی سنگین مورد ارزیابی قرار گرفت. در بخش اول ، پلی )2- آمینو اتیل اکریل آمید( گرافت شده به سطح نانوذرات مگنتیت، از طریق پلیمریزاسیون آکریل آمید به روش پلیمریزاسیون رادیکالی زنده (ATRP) روی سطح نانو ذرات Fe3O4 و سپس انجام واکنش ترانس آمیداسیون به دست آمد. محصول نهایی توسط آنالیزهای FTIR،SEM ،TEM ،TGA ، XRD،VSM شناسایی شد.کارایی نانو ذرات سنتز شده جهت حذف کاتیون مس(II) به روش ولتامتری پالس تفاضلی (DPV)در شرایط بهینه بررسی شد. ماکزیمم ظرفیت جذب برای کاتیون مس (II) در pH 6 ،34/30 میلی گرم بر گرم به دست آمد.سینتیک جذب از معادله سینتیک شبه درجه دوم پیروی کرد و ایزوترم جذب از مدل جذب فروندلیچ پیروی نمود. مطالعه بازیابی جاذب مغناطیسی تهیه شده، استفاده از جاذب را تا هفت چرخه استفاده، بدون کاهش قابل توجه در کارایی آن آشکار نمود.در بخش دوم، مونومر جدید آکریل آمیدی، ترکیب N-(4-(5-(پیریدین2-ایل)-1،3،4- اکسادیازول-2-ایل)فنیل) آکریل آمید، (POPA) سنتز و شناسایی شد.سپس پلیمر حاصل به سطح نانوذرات مگنتیت از طریق روش پلیمریزاسیون رادیکالی زنده (ATRP) به دست آمد. نانوذرات گرافت شده توسط FTIR، SEM ،XRD ،TGA ، VSM شناسایی شد. کارایی پلیمر گرافت شده به نانوذرات مگنتیت، جهت حذف کاتیون کبالت (II) در شرایط بهینه از قبیل زمان، pH و مقدار جاذب توسط روش جذب اتمی نشان داده شد. سینتیک جذب از معادله سینتیک شبه درجه دوم پیروی کرد و ایزوترم جذب با ظرفیت جذب 90/59 میلی گرم بر گرم با مدل فروندلیچ شرح داده شد. علاوه بر این ها مطالعه بازیابی جاذب مغناطیسی تهیه شده، استفاده از جاذب را تا هفت چرخه استفاده، بدون کاهش قابل توجه در کارایی آن آشکار نمود. در بخش نهایی، رزین جاذب توسط کوپلیمریزاسیون رادیکالی مونومر POPA و آکریل آمید با در حضور N,N متیلن بیس آکریل آمید (MBA) به عنوان کراس لینکربه دست آمد. خواص گرمایی پلیمر خطی Poly POPA، کوپلیمر آکریل آمید و مونومر POPA، رزین کراس لینک شده آکریل آمید بررسی شدند. کارایی رزین کراس لینک ، جهت حذف کاتیون کبالت (II) در شرایط بهینه از قبیل زمان، pH و مقدار جاذب توسط روش اسپکتروسکوپی UV-Visible نشان داده شد.سینتیک جذب از معادله سینتیک شبه درجه دوم پیروی کرد و ایزوترم جذب از مدل جذب لانگمویر با ظرفیت جذب 10/24 میلی گرم بر گرم شرح داده شد. به علاوه بازیابی رزین بدون کاهش قابل ملاحظه در کارایی آن پس از هشت چرخه استفادهمشاهده شد. كليدواژه¬ها: پلی (اکریل آمید)، حذف یون¬های فلزی، گرافت، نانوجاذب مغناطیسی ، ATRP
Supervisor:
SupervisorE-mail
Mansoori, YagoubUNSPECIFIED
Advisor:
AdvisorE-mail
Zamanloo, Mohammad RezaUNSPECIFIED
Amiri, MandanaUNSPECIFIED
Subjects: Faculty of Basic Sciences > Department of Chemistry
Divisions > Faculty of Basic Sciences > Department of Chemistry
Divisions: Subjects > Faculty of Basic Sciences > Department of Chemistry
Faculty of Basic Sciences > Department of Chemistry
Date Deposited: 07 Oct 2018 12:39
Last Modified: 07 Oct 2018 12:39
URI: http://repository.uma.ac.ir/id/eprint/507

Actions (login required)

View Item View Item