تهیه نانوچندسازه مغناطیسی مس برپایه نانو فیبریل سلولز و بررسی کاربرد کاتالیستی آن در کاهش رنگ‎ ها

نوع مقاله : پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجو کارشناس ارشد شیمی معدنی، گروه شیمی، دانشکده فیزیک و شیمی، دانشگاه الزهرا (س)، تهران، ایران

2 استادیار شیمی معدنی، گروه شیمی، دانشکده فیزیک و شیمی، دانشگاه الزهرا (س)، تهران، ایران

چکیده

        در این پژوهش، نانو­فیبریل‎ سلولز  (NFC) به‎عنوان بستری سبز و زیست‎تخریب‎پذیر برای تهیه نانوچندسازه­ های مغناطیسی مس بدون افزودن عامل کاهنده‌ خارجی یا حلال‌های سمی مورد استفاده قرار گرفت. در ابتدا، نانو­فیبریل سلولز برای جداسازی آسان با کلریدهای آهن در محیط آمونیاکی، مغناطیسی شد. سپس، به‎عنوان بستر و کاهنده برای تشکیل نانوذره­های مس استفاده شد. ساختار نانوچندسازه باروش‌های طیف‎شناسی فروسرخ تبدیل فوریه (FTIR)، پراش پرتو ایکس (XRD)، میکروسکوپی الکترونی پویشی (FE‎SEM)، طیف‎شناسی تفکیک انرژی (EDS) و طیف‎سنجی نشری پلاسمای جفت شده القایی (ICP-OES) شناسایی شد. فعالیت کاتالیستی نمونه تهیه‎شده در کاهش رنگ‌های آلی بررسی شد. تأثیر خشک‎شدن نانوچندسازه در دستگاه خشک‌کن انجمادی و دمای محیط نیز در فعالیت کاتالیست تهیه‎شده مطالعه شدند. با توجه به نتیجه­ ها، مشاهده شد که کاتالیست جدید Fe3O4@NFC/Cu درمقایسه با سایر کاتالیست­های گزارش‎شده مس، فعالیت کاتالیستی قابل‎توجهی را در کاهش سه رنگ آلی متیل نارنجی، متیلن بلو و 4-نیتروفنل به‎ترتیب با ثابت‌های سرعت  s-1 5/41*10-2، 1/48*10-2، 1/35*10-2شان می‌دهد. همچنین، این کاتالیست بدون از دست‎دادن مقدار قابل‎توجهی از فعالیتش‎ تا 4 بار بازیابی و استفاده شد.
 
 
 
 

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Synthesis of copper magnetic nanocomposite based on nanofibrillated cellulose and investigation of its catalytic performance in reduction of dyes

نویسندگان [English]

  • Fatemeh Aliramezani 1
  • Hannaneh Heidari 2
1 Department of Chemistry, Faculty of Physics and Chemistry, Alzahra University, Tehran, Iran
2 Department of Chemistry, Faculty of Physics and Chemistry, Alzahra University, Tehran,
چکیده [English]

In this study, nanofibrillated cellulose (NFC) was used as a green and biodegradable material for the synthesis of copper magnetic nanocomposites without the addition of an external reducing agent or toxic solvents. Initially, nanofibrillated cellulose was magnetized for easy separation using iron chlorides in ammonia medium, then used as a substrate and reducing agent for the formation of copper nanoparticles. The structure of the nanocomposite was characterized by various spectroscopic techniques including X‐ray diffraction (XRD), field emission scanning electron microscopy (FE-SEM), Fourier transforms infrared spectroscopy (FT-IR), Energy dispersive spectroscopy (EDS), and Inductively coupled plasma atomic emission spectroscopy (ICP-OES). The effect of nanocomposite drying methods such as freeze-drying and ambient temperature on catalytic activity was also studied. The results showed that the recyclable magnetic nanocatalyst Fe3O4@NFC/Cu in comparison with other reported catalysts had significant catalytic activity in degradation of three organic dyes (methyl orange, methylene blue, and 4-nitrophenol) with rate constants of 35.1×10-2 s-1 1.48×10-2 s-1 and 5.41×10-2 s-1, respectively. Also, this catalyst was recovered and used 4 times without significant loss of activity.

کلیدواژه‌ها [English]

  • "Nanofibrillated cellulose"
  • "Iron oxide"
  • "Copper nanoparticles"
  • " catalytic activity"
  • "organic dyes"
[1] Zhang, W.; Wang, X.; Zhang, Y.; Bochove, B.; Makila, E.; Seppala, J.; Xu, W.; Willfor, S.; Xu, C.; Sep. Purif. Technol. 242, 116523, 2020.
[2] Yu, K.; Yang, S.; Liu, C.; Chen, H.; Li, H.; Sun, C.; Boyd, S.;  Environ. Sci. Technol. 46, 7318–7326, 2012.
[3] Neppolian, B.; Choi, H.C.; Sakthivel, S.; Arabindoo, B.; Murugesan, V.; J. Hazard. Mater. 89, 303–317, 2002.
[4] Kurtan, U.; Onuş, E.; Amir, M.; Baykal, A.; J. Inorg. Organomet. Polym. Mater. 25, 1120–1128, 2015.
[5] Rahbar Shamskar, K.; Heidari, H.; Rashidi, A.; Journal of Applied Researches In Chemistry (JARC) 11, 39-48, 2017.
[6] Benmassaoud, Y.; Villaseñor, M.J.; Salghi, R.; Jodeh, S.; Talanta 166, 63–69, 2018.
[7] Amiralian, N.; Mustapic, M.; Shahriar, M.; Wang, C.; Konarava, M.; Tang, J.; Na, J.; Lhan, A.; Rowan, A.;  J. Hazard. Mater. 394, 122571, 2020.
[8] Zeng, Q.; Xu, J.; Hou, Y.; Li, H.; Du, C.; Jiang, B.; Shi, S.; J. Hazard. Mater. 407, 124828, 2021.
[9] Jiang, Y.; Wan, Y.; Jiang, W.; Tao, H.; Li, W.; Huang, S.; Chen, Z.; Zhao, B.; Chem. Eng. J. 367, 45–54, 2019.
[10] Ajmal, M.; Siddiq, M.; Al-Lohedan, H.; Sahiner, N.; RSC Adv. 4, 59562–59570, 2014.
[11] Minyukova, T.P.; Shtertser, N.V.; Khassin, A.A.; Plyasova, L.M.; Kustova, G.N.; Zaikovskii, V.I.; Shvedenkov, Yu. G.; Baronskaya, N.A.; Heuvel, J.C.; Kuznetsova, A.V.; Davydova, L.P.; Yur’eva, T.M.; Kinet. Catal.49, 821–830, 2008.
[12] Safajoo, B.A.; Mirjalili, B.B.; RSC Adv. 9, 1278–1283, 2019.
[13] Barua, S.; Das, G.; Aidew, L.; Buragohain, A.K.; Karak, N.; RSC Adv. 3, 14997–15004, 2013.
[14] Heidari, H.; Aliramezani, F.; ChemistrySelect. 6, 1-9, 2021.
[15] Peng, S.; Meng, H.; Ouyang, Y.; Chang, J.; Ind. Eng. Chem. Res. 53, 2106–2113, 2014.
[16] Musa, A.; Ahmad, M.B.; Hussein, M.Z.; Mohd Izham, S.; Shameli, K.; Abubakar Sani, H.;  J. Nanomater. 2016, 1-7, 2016.
[17] Salehi, N.; Mirjalili, B.B.F.; RSC Adv. 48, 30303–30309, 2017.
[18] Jiang, C.; Oporto, G.; Cellulose 23, 713–722, 2016.
[19] Sahiner, N.; Sagbas, S.; Aktas, N.; RSC Adv. 5, 18183–18195, 2015.
[20] Mourya, M.; Choudhary, D.; Basak, K.; Shekhar, C.; ChemistrySelect. 3(10), 2882–2887, 2018.
[21] Li, W.H.; Yue, X.P.; Guo, C.S.; Lv, J.P.; Liu, S.S.; Zhang, Y.; Xu, J.; Appl. Surf. Sci. 335, 23–28, 2015.
[22] Heidari, H.; J. Clust. Sci. 29, 475–481, 2018.
[23] Nasrollahzadeh, M.; Atarod, M.; Sajadi, S.M.; Appl. Surf. Sci. 364, 636–644, 2016.
[24] Heidari, H.; Karbalaee, M.; ‎Appl. Organomet. Chem. 33, e5070, 2019.
[25] Taghizadeh, A.; Moghadam, K.; J. Clean. Prod. 198, 1105–1119, 2018.
[26] Yang, K.;Yan, Y.; Wang, H.; Sun, Z.; Chen, W.; Kang, H.; Han, Y.; Zahng, W.; Suna, X.; Li, Z.; Nanoscale. 10, 17647–17655, 2018.
[27] Nasrollahzadeh, M.; Sajadi, S.M.; Hatamifard, A.; Appl. Catal. B Environ. 191, 209–227, 2016.
[28] Bian, T.; Zhang, J.; Wang, Z.; Wang, Z.; Liu, L.; Meng, J.; Zhao, J.; Cai, Q.; Wang, H.; Appl. Surf. Sci. 539, 148285-148293, 2021.
[29] Ahsan, M. A.; Jabbari, V.; El-Gendy, A.A.; Curry, M. L.; Noveron, J.C.; Appl. Surf. Sci. 497, 1436088-1436100, 2019.
[30] Wang, Z.; Zhai, S.; Zhai, B.; An, Q.; Eur. J. Inorg. Chem. 2015, 1692–1699, 2015.
[31] Bakre, P.V.; Kamat, D.P.; Mandrekar, K.S.; Tilve, S.G.; Ghosh, N.N.; Mol. Catal. 496, 111193- 111203, 2020.