دانشگاه تربیت مدرس پژوهش های کاربردی مهندسی شیمی - پلیمر 2588-5316 8 3 2024 10 22 Removal of nickel ions from aqueous solutions using theophylline-functionalized Fe3O4@SiO2 magnetic nanoparticles حذف یون‌های نیکل از محلول‌ آبی با به کارگیری نانوذره مغناطیسی Fe3O4@SiO2 عامل دار شده با تئوفیلین 40 49 24223 FA علی جوادی گروه شیمی، دانشگاه پیام نور، تهران، ایران عباس ملکی گروه شیمی، دانشگاه پیام نور، تهران، ایران نیلوفر بهرامی پناه گروه شیمی، دانشگاه پیام نور، تهران، ایران 0000-0002-9300-8866 مجید قهرمان افشار گروه پژوهشی شیمی و فرایند، پژوهشگاه نیرو، تهران، ایران 0000-0002-6208-0654 Journal Article 2025 04 06 <strong>Research subject: </strong>In this study, Fe3O4 nanoparticles were synthesized using the co-precipitation method. Subsequently, core–shell Fe3O4@SiO2 nanoparticles were prepared via the Stöber method using tetraethoxysilane as the silica source. In the next step, the core–shell nanoparticles were functionalized with theophylline molecules. Finally, these nanoparticles were employed as an adsorbent for the removal of nickel ions from aqueous solutions using the solid-phase extraction method.<br><strong>Research approach: </strong>The structural, crystalline, thermal, magnetic, morphological, and size-related properties of the nanoparticles were investigated using X-ray diffraction, Fourier transform infrared spectroscopy, thermogravimetric analysis, vibrating sample magnetometry, transmission electron microscopy, and scanning electron microscopy. The key parameters affecting solid-phase extraction were then optimized following confirmation of the successful synthesis of the proposed nanostructure. For this purpose, the effects of adsorbent dosage, contact time, pH, and initial nickel ion concentration on adsorption capacity were systematically studied.<br><strong>Main results:</strong> The results showed that using 27 mg of adsorbent in 75 mL of nickel ion solution with an initial concentration of 0.45 mmol/L achieved a maximum adsorption capacity of 94% at pH 7 within 28 minutes at ambient temperature. Furthermore, the recyclability and reusability of the nanoadsorbent were examined through sequential adsorption–desorption cycles using an external magnet. The results demonstrated excellent performance in removing divalent nickel ions from aqueous solutions. Moreover, the synthetic nanoadsorbent could be recovered and reused across successive adsorption–desorption cycles without any loss of functional activity. <strong>موضوع تحقیق: </strong>در این پژوهش، نانو ذرات Fe3O4 با به کارگیری روش هم رسوبی سنتز شدند. سپس نانو ذرات هسته-پوسته Fe3O4@SiO2 با استفاده از روش اشتوبر و معرف تتراتوکسی‌سیلان به‌ عنوان منبع سیلیکا سنتز شد. سپس نانو ذرات هسته-پوسته با مولکول‌های تئوفیلین عامل دار شد. در نهایت، از این نانو ذرات به ‌عنوان جاذب برای حذف یون‌های نیکل از محلول‌های آبی به روش استخراج فاز جامد استفاده شد.<br><strong>روش تحقیق:</strong> بررسی و مطالعه ساختاری، بلوری، پایداری حرارتی، مغناطیسی، مورفولوژی و اندازه نانو ذرات با استفاده از آزمون‌های پراش پرتو ایکس، طیف‌سنجی فروسرخ تبدیل فوریه، توزین حرارتی، مغناطیس‌سنج نمونه ارتعاشی، میکروسکوپ الکترونی عبوری، میکروسکوپ الکترونی روبشی انجام گرفت. در ادامه با اطمینان از سنتز نانو ساختار پیشنهادی، پارامترهای کلیدی موثر بر استخراج فاز جامد بهینه سازی شد. بدین منظور، مقادیر مختلف جاذب، زمان تماس جاذب، pH و غلظت اولیه یون نیکل بر میزان جذب از محلول‌های آبی مورد بررسی و ارزیابی قرار گرفت.<br><strong>نتایج اصلی:</strong> نتایج بررسی‌ها نشان می‌دهد که استفاده از mg 27 جاذب در mL 75 محلول یون نیکل با غلظت اولیه mmol/L 45/0 منجر به بیشینه ظرفیت جذب %94 و حذف یون نیکل در pH 7 در مدت زمان min 28 و در دمای محیط می‌شود. نهایتاً توانایی بازیافت و قابلیت استفاده مجدد نانو جاذب در فرایند جذب-واجذب متوالی با استفاده از مگنت خارجی مورد بررسی و مطالعه قرار گرفت که نتایج حاکی از عملکرد عالی و مؤثر این نانو جاذب در حذف یون نیکل دوظرفیتی از محلول‌های آبی است. همچنین نانو جاذب سنتزی قابلیت بازیابی و استفاده مجدد در چرخه‌های متوالی جذب-واجذب را بدون کاهش در فعالیت عملکردی دارد. https://arcpe.modares.ac.ir/article_24223_7c4e2c89a4054ce79d83c88031174b3d.pdf