سنتز نانوکامپوزیت کلینوپتیلولیت- پلی‌آکریلونیتریل به منظور حذف زیرکونیم از محلول‌های آبی: بررسی و ارزیابی عوامل تأثیرگذار بر فرایند جذب، پارامترهای سینتیکی، ترمودینامیکی و ایزوترم‌های جذبی

در این پژوهش کامپوزیت­هایی با استفاده از پلی­اکریلونیتریل و زئولیت نانوکلینوپتیلولیت تهیه شد. کامپوزیت­های سنتز شده با استفاده از تکنیک­هایSEM ،DTG ،FT-IR ،XRF ،XRD  مورد شناسایی قرار گرفتند و در نهایت جذب یون ­زیرکونیم از محلول­های آبی مورد ارزیابی قرار گرفت. در این نانوجاذب نانو زئولیت کلینوپتیلولیت به عنوان جزء فعال برای جذب یون ­زیرکونیم عمل می­کند و پلی­اکریلونیتریل نقش متصل­کننده را دارد. به علاوه با تغییر اندازه ذرات زئولیت از میکرومتر به مقیاس نانو، علاوه بر افزایش ظرفیت، سینتیک فرایند جذب نیز به شدت افزایش یافت. سرعت جذب توسط نانوکامپوزیت بسیار سریع بوده و بیش از %75 از بیشینه ظرفیت جذب برای زیرکونیم در 5 ساعت اول به دست آمد. تصویر SEM نشان داد که ذرات زئولیت توسط پلیمر PAN به یک­دیگر متصل شده­اند. ساختار متخلخل نانوکامپوزیت اجازه نفوذ یون­های موجود در محلول به درون دانه­های نانوکامپوزیت و رسیدن به جایگاه تعویض یون را فراهم کرد. اثر پارامترهای pH، دما، زمان و غلظت بر میزان جذب بررسی گردید. زمان تماس و pH بهینه به ترتیب 24 ساعت و 2 بود. بیشینه ظرفیت جذب نانو کامپوزیت 1-mg.g 65/18 به دست آمد. جاذب در شرایط بهینه توانایی حذف %80 از یون زیرکونیم از یک محلول 1-meq.mL 01/0 را دارد. هم­چنین پارامترهای سینتیکی و ترمودینامیکی استخراج شد. داده­های تجربی با مدل سینتیکی شبه درجه دوم با ضرایب همبستگی بسیار خوبی برازش شدند. به­علاوه مقادیر تئوری به دست آمده از معادله با مقادیر تجربی توافق خوبی نشان داد. لذا می­توان معادله سینتیکی شبه درجه دوم را مدل مناسبی به منظور تفسیر داده­های تجربی دانست. توافق داده­های تجربی با مدل سینتکی شبه درجه دوم نشان داد مرحله تعیین­کننده سرعت، مرحله تعویض یون است. به­علاوه ثابت سرعت جذب توسط نانوکامپوزیت نسبت به کامپوزیت کلینوپتیلولیت-پلی­اکریلونیتریل ماکرومتری مقادیر بیش­تری را نشان داد. به عبارتی جذب یون زیرکونیم بر روی نانوکامپوزیت با سرعت قابل ملاحظه­ای نسبت به کامپوزیت ساخته شده با زئولیت با ابعاد ماکرو انجام شد.ΔH°  مثبت و  ΔG°منفی نشان داد که فرایند جذب زیرکونیم گرماگیر و خودبه­خودی است. داده­های تعادلی با استفاده از مدل­های لانگمویر، فروندلیچ و دوبینین- رادشکویچ ارزیابی شد. براساس مدل ایزوترمی دوبینین-رادشکویچ، جذب یون زیرکونیم از طریق فرایند تعویض یون انجام می­شود. مقادیر به دست آمده برای RL در محدوده­ی 0 تا 1 بود که نشان­دهنده­ی ماهیت مطلوب فرایند جذب زیرکونیم می­باشد. مقایسه مقادیر Q0به دست آمده برای جاذب­ها نشانداد که نانوکامپوزیت دارای بیش­ترین ظرفیت جذبی برای یون زیرکونیم می­باشد. این مقدار بالای Q0 را می­توان با توجه به ابعاد نانومتری کامپوزیت توجیه کرد.