مدل سازي و بهينه سازي فرايند جذب رنگ هاي راكتيو بر روي پودركربن فعال اصلاح شده با نانوكريستال هاي مگنتيت

Modeling and Optimization of Adsorption Process of Reactive Dyes on Powder Activated Carbon Modified by Magnetite Nanocrystals

سابقه و هدف: برخي مشكلات نظير هزينه بالاي فيلتراسيون و سانتريفيوژ، ايجاد كدورت در پساب، استفاده از كربن فعال و بسياري از جاذب‌هاي با سايز نانو را با محدوديت مواجه كرده است. مغناطيسي كردن جاذب ها با نانوكريستال‌هاي اكسيد آهن راهكاري مفيد براي رفع اين مشكلات است. در مطالعه حاضر كربن فعال مغناطيسي با هدف جداسازي سريع و آسان از محلول سنتز شد و به عنوان جاذب در حذف رنگ‌هاي راكتيو (راكتيو بلك 5 (RB5) و راكتيو قرمز 120(RR120) از محيط‌هاي آبي مورد استفاده قرار گرفت. مواد و روش‌ها: ويژگي‌هاي فيزيكي، سطحي و مغناطيسي جاذب با استفاده از تكنيك‌هاي ,EDX, TEM ,SEM ,XRD VSMو BET آناليز شد. عملكرد جاذب در حذف مواد رنگزا در يك سيستم بسته با بررسي تاثير پارامترهايي نظير pH، زمان تماس، مقدار جاذب، غلظت اوليه رنگ و دما مطالعه شد. به منظور مدل سازي فرايند جذب، داده‌هاي حاصل از آزمايشات با سه مدل ايزوترم لانگمير، فروندليچ و تمكين و دو مدل سينتيكي شبه درجه اول و دوم و همچنين معادلات ترموديناميك آناليز شدند. يافته‌ها: نتايج نشان داد كه در pH بهينه برابر 3 و زمان تعادل 20 دقيقه، كارايي جذب با افزايش دما و مقدار جاذب مصرفي و كاهش غلظت اوليه ماده رنگزا، افزايش يافته است. مقدار 1 گرم در ليتر كامپوزيت به عنوان دوز بهينه جاذب انتخاب شد. حداكثر ظرفيت جذب براي RB5 و RR120 بر مبناي مدل ايزوترم لانگمير به ترتيب معادل 192/6 و mg/g188/7 حاصل شد. فرايند جذب هر دو رنگ از مدل هاي لانگمير و شبه درجه دوم پيروي كرد. نتايج ترموديناميك نشان داد كه فرايند جذب هر دو ماده رنگزا طبيعتي اندوترميك و خودبه خودي داشته اند. استنتاج: مطالعه حاضر نشان داد كه كربن فعال مغناطيسي علاوه بر داشتن ويژگي‌هايي چون، جداسازي سريع و آسان، پتانسيل بالايي را براي جذب مواد رنگزا دارد.

Background and purpose: Some problems such as filtration, centrifugation, and turbidity in effluent has limited the application of activated carbon and many nano-sized adsorbents. The magnetization of adsorbents using magnetic nano-crystals (MNCs) is a useful approach to overcome these problems. In the present study, magnetic activated carbon was synthesized (since it is separated fast and easily from solution) and employed as an adsorbent for removal of reactive dyes (Reactive black 5 (RB5) and Reactive red 120 (RR120)) from aqueous solutions. Materials and methods: Physical, surface and magnetic properties of adsorbent were analyzed using XRD, SEM, TEM, EDX, VSM and BET techniques. The performance of adsorbent in removing dyes was investigated considering the effect of pH, contact time, adsorbent dose, initial dye concentration, and temperature in a batch system. The experimental data was analyzed by Langmuir, Freundlich and Temkin isotherms, pseudo-first and second order kinetic models, and thermodynamic equations. Results: In our study, by increasing temperature and adsorbent dose and decreasing the initial concentration, at pH 3 and equilibrium time of 30 min the adsorption efficiency increased. The optimum dose of the adsorbent was 1 g/L. Based on the Langmuir isotherm model the maximum adsorption capacity of 192.6 and 188.7 mg/g was obtained for RB5 and RR120 dyes, respectively. The adsorption process of both dyes obeyed the Langmuir and pseudo-second order models. The thermodynamic results showed that the adsorption process of dyes was endothermic and spontaneous in nature. Conclusion: The present study showed that the magnetic activated carbon in addition to features such as rapid and easy separation from solution, has a high potential for dye adsorption too.