سنتز و شناسایی جاذب نانومتخلخل جدید CMK-1/SDS-Fe جهت اندازه‌گیری و حذف ترکیبات آلی PANH با تکنیکSPE-UV در صنعت نفت، گاز و پتروشیمی

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشگاه علم و صنعت ایران، دانشکده شیمی، آزمایشگاه تحقیقاتی مواد نانوپروس

2 دانشگاه آزاد اسلامی واحد رشت، دانشکده شیمی

چکیده

ترکیبات ارتوفنانترولین و 2و '2- بای پیریدین جزء ترکیبات PANH می‌باشند که به وفور در نفت، صنایع شیمیایی، سموم کشاورزی، رنگ‌ها و آزمایشگاه‌های تحقیقاتی مورد استفاده قرار می‌گیرند. این هتروسیکل‌های سمی پس از ورود به محیط با یون‌های فلزی، کمپلکس‌های بسیار پایدار تولید می‌کنند و باعث ایجاد اثرات زیست محیطی مخرب و سرطان می‌گردند. لذا این مقاله به بررسی روشی کارآمد برای اندازه‌گیری و حذف این آلاینده‌ها از محیط آبی و پساب‌های نفتی و صنعتی توسط یک جاذب نانومتخلخل جدید پرداخته است. برای این منظور، ابتدا ترکیب جاذب و نانومتخلخل MCM-48 تحت شرایط هیدروترمال با استفاده از سورفکتانت کاتیونی ستیل تری متیل آمونیوم برمید (CTAB) و ماده معدنی تترا اتیل اورتو سیلیکات (TEOS) سنتز گردید که سورفکتانت CTAB به عنوان قالب برای جهت‌دهی ماده معدنی TEOS به کار برده می‌شد. سپس این ماده نانوساختار سنتز شده به عنوان قالب برای سنتز ترکیب نانومتخلخل کربنی CMK-1  مورد استفاده قرار گرفت. در آخرین مرحله سنتز، این ترکیب نانومتخلخل تولید شده با یون‌های Fe+3 نمک دو دسیل سولفات سدیم (SDS) که یک سورفکتانت آنیونی می‌باشد، اصلاح و عامل‌دار گردید. سپس با استفاده از این جاذب کربنی اصلاح شده (CMK-1 /SDS Fe+3) و روش استخراج با فاز جامد (SPE)، مواد آلی ارتوفنانترولین و 2و '2- بای پیریدین، مورد جذب و استخراج قرار گرفتند. این جاذب نانو متخلخل جدید در زمان تعادل پایین، قابلیت بسیار بالایی برای جذب ترکیبات سمی ارتوفنانترولین و 2و '2- بای پیریدین از محیط آبی نشان داد. حد تشخیص این روش برای ارتوفنانترولین و 2و '2- بای پیریدین با استفاده از دستگاه UV-Vis 280 (λmax (bipy و 264 = (λmax (phen) به ترتیب 75/8 و ppb 1/10 تعیین گردید.
 

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Synthesis and Characterization of New Nanoporous CMK-1/SDS-Fe Sorbent for Determination and Elimination of PANH Organic ComPounds by SPE-UV Technique in Petroleum, Petrochemical and Gas inDustries

نویسندگان [English]

  • Mohammad Bagher Ghasemian 1
  • Mansour Anbia 1
  • Shahab Shariati 2
1 Research Laboratory of Nanoporosus Materials, Faculty of Chemistry, Iran University of Science and Technology
2 Department of Chemistry, Scince and Research Branch, Islamic Azad University
چکیده [English]

The current study investigated the adsorption characteristics of phenanthroline and 2,2’-bipyridine from aqueous solutions on the new modified nanosorbent by the solid phase extraction method and UV spectroscopic technique. The selection of the appropriate extraction system is an important stage in the elaboration of the analytical procedure; also, the knowledge of the relations/interactions between isolated compounds, sorbent, and elution solvents is very important in the selection of the extraction system. In this work, CMK-1 mesoporous carbon molecular sieves were synthesized using mesoporous MCM-48 silica with various pore diameters as template and then modified by sodium dodecyl sulfate surfactant (SDS) and Fe+3 ions. This CMK-1 typed ordered nanoporous carbon was investigated as a novel solid phase extraction sorbent for the first time. The structural order and textural properties of the modified synthesized material were studied by XRD analysis, nitrogen adsorption-desorption analysis, SEM photograph, and FTIR technique. These PANH compounds were selectively adsorbed in a column which was filled up with this modified sorbent. Subsequently, the adsorbed analytes were eluted with dimethyl sulfoxide (DMSO) and their concentrations were measured by UV-vis instrument. The results showed that the limits of detection (based on 3σ) for phenanthroline and 2,2’-bipyridine were 8.75 and 10.1 μg.l-1 respectively. Finally, the extraction and determination of phenanthroline and 2,2’-bipyridine from real aqueous samples were successfully investigated.
 

کلیدواژه‌ها [English]

  • PANH Compounds
  • Phenanthroline
  • 2
  • 2’-Bipyridine
  • Solid Phase Extraction (SPE)
  • Nanoporous Carbon Sorbents
[1]. Phenol U. S. EPA Reports, Toxicological Profile for Nitrophenols, No: 205-88-0608, 2002.

[2]. Phenol Hazards and Precautions, Environmental, Health and Safty information for the Berkeley campus, university of California, 2003.

[3]. kuhn E. P. and Suflita J. M., Microbial degradation of nitrogen, oxygen and sulfur heterocyclic compounds under anaerobic conditions: Studies with aquifer samples, Environmental Toxicology and Chemistry, 8, 1149, 1989.

[4]. Ferreiro E. A., de Bussetti S. G., “Adsorption of 1,10-phenanthroline on montmorillonites|poly(vinyl alcohol) complexes as a function of pH”, Applied Clay Science 31, pp. 142–153, 2006.

[5]. pearlman R. S., Yalkowsky S. H. and Banerjee S. J., Journal of Physical and Chemical Reference Data 13 pp. 555-562, 1984.

[6]. Huang J., Huang K., Liu S., Wang A. and Yan Ch., Adsorption of Rhodamine B and methyl orange on a hypercrosslinked polymeric adsorbent in aqueous solution, Colloids and Surfaces A: Physicochem. Eng. Aspects 330 pp. 55–61, 2008.

[7]. Anbia M. and Mohammadi N., “A nanoporous adsorbent for removal of furfural from aqueous solutions”, Desalination 249, pp. 150-153, 2009.

[8]. Ryoo R., Joo S. H. and Jun S., “Synthesis of highly ordered carbon molecular sieves via template-mediated structural transformation”, J. Phys. Chem. B 103, pp. 7743–7746, 1999.

[9]. Jun S., Joo S. H., Ryoo R., Kruk M., Jaroniec M., Liu Z., Ohsuna T. and Terasaki O., “Synthesis of new nanoporous carbon with hexagonally ordered mesostructure”, J. Am. Chem. Soc. 122, pp. 10712–10713, 2000.

[10]. Ho Y. S., “Review of second-order models for adsorption systems”, J. Hazard. Mater. 136, pp. 681–689, 2006.

[11]. Eisert R. and Pawliszyn J., New Trends in Solid-Phase microextraction, Critical Reviews in Anal. chem, 27 pp. 103, 1997.

[12] انبیاء م.، محمدی ک. و محمدی ن.ع.، مواد نانوپروس (سنتز، شناسایی وکاربردها)، انتشارات دانشگاه علم وصنعت ایران سال١٣٨٧.

[13]. Kresge C. T., Leonowicz M. E., Roth W. J., Vartuli J. C. and Beck J. S., “Ordered mesoporous molecular sieves synthesized by a liquid-crystal template mechanism”, Nature 359, pp. 710–712, 1992.

[14]. Ball P., Made to measure, Princeton University Press Princeton NJ, USA, 1997.

[15]. Sing K. S. W., Everett D. H., Haul R. A. W., Moscou L. and Pierotti R. A., “Reporting physisorption data for gas/solid systems — with special reference to the determination of surface area and porosity”, J. Pure Appl. Chem. 57, pp. 603–619, 1985.

[16]. Anbia M. and Lashgari M., “Synthesis of amino-modified ordered mesoporous silica as a new nano sorbent for the removal of chlorophenols from aqueous media”, Chem. Engin. J. 150 (2-3), pp. 555-560, 2009.

[17]. Shao Y., Wang L., Zhang J. and Anpo M., “Synthesis of hydrothermally stable and longrange ordered Ce-MCM-48 and Fe-MCM-48 materials”, Micropor. Mesopor. Mater. 109, pp. 20835–20841, 2005.

[18]. Anbia M. and Ghaffari A., “Adsorption of phenolic compounds from aqueous solutions using carbon nanoporous adsorbent coated with polymer”, Appl. Surf. Sci. 255, pp. 9487–9492, 2009.

[19]. Anbia M. and Moradi S. E., “Removal of naphthalene from petrochemical wastewater streams using carbon nanoporous adsorbent”, Appl. Surf. Sci. 255, pp. 5041–5047, 2009.

[20]. Li S-Z and Wu P-X, “Characterization of sodium dodecyl sulfate modified iron pillared montmorillonite and its application for the removal of aqueous Cu(II) and Co(II)”, Journal of Hazardous Materials. 173, pp. 62-70, 2009.

[21]. Zygler A., Wasik A. and Namiesnik, “Retention behaviour of some high-intensity sweeteners on different SPE sorbents”, J Talanta. 82, pp. 1742-1748, 2010.

[22]. Sakintuna B., Yurum Y., “Templated porous carbons”, Ind. Eng. Chem. Res. 44, pp. 2893-2902, 2005.

[23]. Beck J. S., Vartuli J. C., Roth W. J., Leonowicz M. E., Kresge C. T., Schmitt K. D., Chu C. T .W., Olson D. H., Sheppard E. W., McCullen S. B., Higgins J. B. and Schlenker J. L. , “A new family of mesoporous molecular sieves prepared with liquid crystal templates”, J. Am. Chem. Soc. 114 (27), pp. 10834–10843, 1992.

[24]. Macquarrie D. J., “Direct preparation of organically modified MCM-type materials. Preparation and characterization of aminopropyl-MCM and 2-cyanoethyl-MCM”, Chem. Commun. 16, pp. 1961–1962, 1996.

[25]. Colilla M., Balas F., Manzano M. and Vallet-RegıM., “Novel method to synthesize ordered mesoporous silica with high surface areas”, Solid State Sci. 10, pp. 408-415, 2008.

[26]. Machin W. D. and B. I., Parsons D. S., “Montgmery Mine Branch Technical Survey”, TB 26, pp. 449-455, 1991.

[27]. Hosseini M. S., Hashemi-Moghaddam H. and Kardan-Moghaddam G., “Separation and Preconcentration of Ag(I) in Aqueous Samples by Flotation as an Ion-Associate Using Iodide and Ferroin Followed the Determination by Flame Atomic Absorption Spectrometry”, Annali di Chimica. 97, pp. 17-23, 2007.

[28]. Mutaftchiev K., “Kinetic, spectrophotometric determination of nanogram levels of manganese(II) using catalytic azo dye—potassium periodate—1,10-phenanthroline system”, Chemical Papers. 60, pp. 279-282, 2006.