كليدواژه :
آلاينده آلي , نانو جاذب , آب , جذب سطحي , سينتيك
چكيده فارسي :
سابقه و هدف: پساب صنعتي و آب آلوده به مواد شيميايي در محيط زيست رها مي‌شود و در نتيجه آلودگي جذب خاك شده و با آلوده سازي منابع محدود موجود موجب توليد محصولات غير سالم و مضر براي سلامتي خواهد شد. از بهترين روش‌هاي حذف آلاينده‌هاي آلي از آب آلوده جذب سطحي است. هدف اين پژوهش حذف رنگدانه فنل‌رد از محلول‌هاي آبي توسط نانوذرات مغناطيسي مگنتيت است.
مواد و روش‌ها: نانوذرات مگنتيت از روش هم‌رسوبي و احياي هم‌زمان يون‌هاي 〖Fe+2)خط كسري〖Fe+3) با نسبت 2 به 1 با محلول سود در محلول آبي و تحت جو نيتروژن سنتز شده و با استفاده از تكنيك‌هاي FTIR، SEM و XRD شناسايي شدند. براي سنجش غلظت طول موج جذب ماكزيمم فنل‌رد، دستگاه اسپكتروفوتومتر UV-VIS در محدوده طول موج 400 تا 800 نانومتر مورد بررسي قرار گرفت كه طول موج ماكزيمم فنل‌رد در 431 نانومتر تعيين گرديد. جذب فنل‌رد بر روي نانوذره‌ي Fe3O4 در محيط ناپيوسته مورد ارزيابي قرار گرفت. پارامترهاي مورد بررسي در اين پژوهش شامل مقدارهاي اوليه نانوذره (0/005، 0/01، 0/015 و 0/02 گرم)، غلظت اوليه فنل‌رد (20،10 ،5 و 30 ميلي گرم برليتر)، pH اوليه (1، 4 ، 7 ،9 و 12)، زمان تماس (5 تا40 دقيقه) و فرايند واجذب نانوجاذب مي‌باشد. مدل‌هاي ايزوترم جذب دو پارامتري لانگموير، فروندليچ وتمكين مورد بررسي قرار گرفت. مقايسه داده‌هاي تجربي با مدل‌هاي سينتيكي شبه درجه اول، شبه درجه دوم و نفوذ بين ذره‌اي مطالعه شد. اثر دما بر فرايند جذب سطحي، با بررسي ثابت‌هاي ترموديناميكي فرايند جذب سطحي شامل انرژي آزاد گيبس(∆G0)، تغييرآنتروپي(∆S0) و تغيير آنتالپي(∆H0) در دماهاي 293، 300، 305 و 510 درجه كلوين مورد بررسي قرار گرفت.
يافته‌ها: با افزايش و كاهش pH از 7 ميزان حذف فنل‌رد افزايش مي‌يابد. افزايش جذب فنل رد در pHهاي پايين و بالا نسبت به pH خنثي به دليل تبديل آلاينده به يون است كه موجب افزايش ميزان جذب آلاينده فنل‌رد بر روي نانوجاذب مي‌شود. جذب پس از 30 دقيقه به تعادل مي‌رسد. بيشترين ظرفيت جذب در غلظت 30 ميلي‌گرم بر ليتر از آلاينده در حضور 01 /0 گرم در ميلي‌ليتر از جاذب و در دماي 20 درجه سانتي‌گراد و در 7 pH = اتفاق مي‌افتد. به دليل گرماگير بودن فرايند، افزايش دما مقدار جذب را افزايش مي‌دهد. ايزوترم فروندليچ مطابقت بهتري با داده‌هاي تجربي دارد. مدل شبه درجه دوم با ضريب همبستگي 0/9999 و ثابت سرعت 0/0202 بهترين مدل سينتيكي توصيف كننده فرايند جذب است. مقادير ثابت‌هاي ترموديناميكي ∆H0 و ∆S0 به ترتيب kj/mol 79/278 و j/(k∙mol) 284/389 مي باشند. ∆H0 و ∆S0 مثبت به ترتيب نشان‌دهنده گرماگير بودن فرايند جذب و افزايش بي‌نظمي در سطح مشترك مايع- جامد در طي جذب است. ∆G0 منفي نشان‌دهنده خود به خودي بودن فرايند جذب است.
نتيجه‌گيري: نانوجاذب مگنتيت مي‌تواند به عنوان يك جاذب مناسب در حذف آلاينده فنل‌رد از محلول‌هاي آبي و پساب‌هاي صنعتي قبل از رها سازي در محيط زيست استفاده شود.
چكيده لاتين :
Background and Objectives: Industrial wastewater and water contaminated with chemicals are released into the environment and, as a result, contamination of the soil is adsorbed and contaminated with limited resources, will produce harmful and unhealthy products for health. One of the best way to remove organic pollutants from contaminated water is by adsorption. In this study, the phenomenon of adsorption of phenol red as a model pollutant from aqueous solutions by magnetic nanoparticles of magnetite as adsorbent has been studied.
Materials and Methods: Magnetite nanoparticles were synthesized by the sedimentation method and simultaneously reconstructed Fe+3 / Fe+2 ions with a ratio of 2 to 1 with NaOH in aqueous solution under nitrogen atmosphere and identified by IR, SEM and XRD methods. To determine the maximum phenol red absorption wavelength concentration, the UV-VIS spectrophotometer was evaluated in the wavelength range of 400 to 800 nm, with a maximum phenol-red wavelength of 431 nm. The phenol red adsorption on Fe3O4 nanoparticles was evaluated in a discontinuous medium. The parameters studied in this study included the initial values of nanoparticles (0.015, 0.01, 0.015 and 0.02 g), phenol red primary concentrations (5, 10, 20 and 30 mg/l), primary pH (1 , 4, 7, 9 and 12), contact time (5 to 40 minutes), and nano-adsorbent desorption process. Langmuir two-parameter adsorption isotherm models, Freundlich and Temkin were studied. Experimental comparisons were studied with pseudo-first kinetic models, pseudo-second-order, and inter-particle influences. The effect of temperature on the adsorption process was investigated by investigating the thermodynamic constants of the adsorption process including Gibbs free energy (ΔG0), change in entropy (ΔS0) and enthalpy change (ΔH0) at temperatures of 293, 300, 305 and 310 K.
Results: By increasing and decreasing pH from 7, the phenol red removal rate was increased. Increasing the phenol red adsorption in low and high pHs relative to neutral pH is due to the conversion of pollutant to ion, which increases the adsorption of phenol red contamination on nano-adsorbent. The adsorption takes after 30 minutes to equilibrium. The maximum adsorption capacity occurs at 30 mg/L of the contaminant in the presence of 0.01 mg/l of the adsorbent and at 20 °C and at pH= 7. Due to the process heat-up, the increase in temperature increases the amount of adsorption. It is observed that when temperature increase it could be result to the increase in the amount of adsorption. The Freundlich isotherm is in better agreement with experimental data. The pseudo-second-order model with a correlation coefficient of 0.9999 and a speed constant of 0.0202 is the best kinetic model describing the adsorption process. The values of the thermodynamic constants ΔH0 and ΔS0 are 278.89 kj / mol and 288.38 j / k.mol, respectively that indicate that the adsorption process is endothermic and an increase in ambient temperature at the solid-liquid interface during absorption. The negative ΔG0 indicates that the adsorption process is spontaneous.
Conclusion: Magnetite nano-adsorbent can be used as an appropriate adsorbent to remove phenolic contaminants from polluted aqueous solutions and industrial wastewater before releasing them in the environment.
