Graphene Oxide Nanoparticles for Treatment of Toxic Nickel Ions from Water

Abstract

Abstract

This study investigated the removal of nickel (II) ions by using two sizes of graphene oxide nanoparticles (GO-450 nm and GO-200 nm). The thickness and lateral sheet dimensions of GO are considered to be an important adsorbent and promising method for sufficient removal of metals like nickel, lead, copper, etc. The graphite oxide was prepared by oxidation-reduction reaction (Hummers method), and the final product was labeled GO – 450 nm. A tip sonicator was used to reduce the size particles to 200 nm under controlled conditions (time and power of sonication). FTIR spectroscopy shows that both sizes of GO particles contain several types of oxygen groups distributed onto the surface of GO particles. Scanning electron microscopy (SEM) and the statistical analysis confirmed the formation of these two sizes of GO particles. The GO – 200 nm performed better removal of Ni (II) comparing with GO – 450 nm, due to more surfaces are available. The adsorption capacity of GO particles increased drastically from 45 mg/g to 75 mg/g for GO – 450 nm and GO – 200 nm respectively, these values were carried out after 2 h of incubation. The kinetics of adsorption and several parameters like initial concentration at equilibrium, pH, temperature, and adsorbent dose are controlled and studied by using UV-visible spectroscopy. The results indicated a significant potential of the GO – 200 nm as an adsorbent for Ni (II) ion removal. تَمَّ دراسةِ إزالةِ أيوناتِ النيكل (II)في هذا البحث باستخدامِ جزيئاتِ أكسيدِ الغرافينGO-450nm) و(GO-200nm النانوية. سُمكُ صفيحةِ أكسيدِ الغرافين (GO) وأبعادُها الجانبيةِ تُعتبرُ مواداً ممتصةً مهمةً وأسلوباً واعداً لإزالة ِ المعادنِ كالنيكل والرصاص والنحاس بشكلٍ فعال. تم تحضيرُ أكسيدِ الغرافين (GO) عن طريقِ تفاعلِ التأكسدِ والاختزالِ( طريقة Hummer), كما وتم تسمية المنتجِ النهائيّ بأكسيد الغرافين GO-450nm. قمنا باستخدامِ جهازِTip sonicator لتقليص حجم هذه الجزيئات إلى 200nm عن طريقِ التحكمِ بالزمنِ وطاقة sonicator المستخدمة. التحاليلُ الطيفيةُ لل FTIR أظهرت أنّ جزيئاتِ أكسيدِ الغرافين بحجميها تحتوي على أنواعٍ متعددةٍ من المجموعاتِ التي تَحوي ذَرات الأكسجينِ موزعةً على سطحِ جزيئاتِ أكسيدِ الغرافين. بينما أكد مجهرُ البحثِ الإلكترونيّ(SEM) والتحاليلُ الإحصائيةُ تشكلَ جزيئاتِ أكسيدِ الغرافين بحجميها. لكنَ أكسيد الغرافين بحجمه الأصغر GO-200nm كان أكثر فاعليةَ في إزالة النيكل (II) نتيجة سِعة سَطحهُ المُتَوفِر مقارنةً بأكسيدِ الغرافين GO-450nm. ديناميكا الإدمصاصِ والعَوامِل المُتَحَكِمَة بِعَملية الإدمصاص كالتركيزِ الإبتدائيّ عند الاتزان, ودرجة الحموضة, وَدَرجِة الحَرارَة وعامِلُ الزَّمن وكميةُ الممتصّ فقد تمًّ التحكمُ بها وَدِراستها باستخدامِ جِهاز الطَيف المَرئي "فوق البنفسجي" UV-visible spectroscopy. السعةُ الامتصاصيةُ لجزيئاتِ أكسيدِ الغرافين GO تزايدت بشكلٍ كبيرٍ من 45mg/g إلى 75mg/g لأكسيدِ الغرافين GO-450nm وأكسيد الغرافين GO-200nm على الترتيب, هذه النتائجُ تم الحصولُ عليها بعدَ ساعتين من التحضير.النتائجُ أظهرت احتماليةً كبيرةً بأنْ تكونَ جزيئاتُ أكسيد الغرافين GO-200nm كممتصٍ لإزالةِ أيوناتِ النيكل (II).