ارتقاء كارايي جذب خاك اره بوسيله‌ي امواج فراصوت: بهينه‌سازي توسط روش سطح پاسخ، مطالعات سينتيك و ترموديناميك

Improving adsorption performance of sawdust by ultrasonic wave: Optimization through response surface methodology, kinetic and thermodynamic studies

يكي از مهمترين منابع آلودگي محيط زيست رنگ ناشي از فاضلاب صنايع رنگ مي‌باشد كه براي انسان و محيط زيست مخاطراتي ايجاد مي‌كند. لذا هدف از اين مطالعه، بررسي كارايي حذف رنگ متيلن‌بلو از محيط‌هاي آبي بوسيله‌ي خاك اره با استفاده از امواج فراصوت توسط روش پاسخ سطح مي‌باشد. از آزمايشات ناپيوسته به‌منظور ارزيابي اثر غلظت رنگ، زمان فراصوت، دوز جاذب و pH در حذف رنگ از محيط‌هاي آبي استفاده شـد. در آزمايشـات از روش پاسـخ سطح به‌منظور ارزيابي اثرات متقابل اين متغيرها استفاده شد. غلظت رنگ نمونه‌ها با استفاده از اسپكتروفتومتر در طول موج 664 نانومتر اندازه‌گيري شد. نتايج نشان داد كه مقادير پارامترهاي بهينه براي دستيابي به حداكثر بازده حذف رنگزا، غلظت اوليه رنگزا 20 ميلي‌گرم بر ليتر، زمان واكنش 8 دقيقه، مقدار جاذب 4 گرم بر ليتر وpH اوليه‌ي 9 مي‌باشند. بيشترين و كمترين درصد حذف رنگ به‌ترتيب 92/29 و 47/5 درصد حاصل شد. آزمون آناليز واريانس نشان داد كه مدل نمايي، بهترين مدل براي تبيين برهم‌كنش متغيرهاي مطالعه مي‌باشد. بر اساس نتايج آناليز واريانس مقدار بالاي ضريب تعيين نشان مي‌دهد كه مقادير آزمايشگاهي با مقادير پيش‌بيني شده تطابق خوبي دارند (0/9486=2R). علاوه بر اين آناليز آماري نتايج نشان داد كه در محدوده مطالعه شده، pH و مقدار جاذب اثر قابل توجهي روي راندمان حذف رنگزا دارند. داده‌هاي انرژي آزاد گيبس و آنتالپي نشان‌دهنده فرآيند خودبخودي و گرماگير مي‌باشد. همچنين بررسي مدل‌هاي سينتيكي شبه مرتبه اول و دوم نشان داد كه فرآيند با مدل سينتيكي شبه درجه دوم مطابقت دارد.

One of the most important sources of environmental pollution is dye from industrial wastewater which is harmful for human health and environment. Therefore, the aim of this study was to evaluate the removal potential of Methylene Blue (MB) dye from aqueous solutions by saw dust modified using ultrasonic wave with response surface methodology. The batch experiment was conducted to evaluate the effect of dye concentration, contact time, adsorbent dosage and pH on dye removal from aqueous solution. Response surface methodology was applied to appraise the effect of these different variables. The dye concentration in the solutions was measured by spectrophotometer at the wavelength of 664 nm. The results showed that the optimum parameter values for maximum color removal efficiency were: dye concentration 20 mg/L, reaction time 8 min, dose of adsorbent 4 g/L and pH=9. The Maximum and minimum dye removal were obtained at 92.29 and 47.5 percent, respectively. Analysis of variances test showed that the quadratic model was the best model to explain the interaction of variables. Based on analysis of variance (ANOVA), the coefficient of correlation value (R2 =0.9116) was high, showing that the experimental values fitted well with the predicted values. In addition, the statistical analysis of the results indicated that in the range studied, dose of adsorbent and pH had a significant effect on color removal efficiency. The Gibbs free energy and enthalpy data verified its spontaneous and endothermic nature. In addition, survey of pseudo first and second order kinetics models presented that the adsorption process was compatible to pseudo-second order kinetics equation.