مدلسازي و بهينه‌سازي جذب رنگزاي كاتيوني كريستال بنفش در راكتور ناپيوسته

Adsorption modeling and optimization of a cationic dye “crystal violet” in batch reactor

نانوصفحات گرافن اكسايد به روش اصلاح شده هامر سنتز و با استفاده از آناليزهاي SEM، XRD و FTIR شناسايي شد. روش پاسخ سطحي (RSM) براي بهينه‌سازي اثر فاكتورهاي موثر بر فرآيند جذب شامل pH (9-4)، دوز جاذب (4/0-05/0 گرم بر ليتر)، غلظت اوليه رنگ (400-50 ميلي‌گرم بر ليتر) و دما (40-10 درجه سلسيوس) در راكتور جذب ناپيوسته استفاده شد. بر اساس پيش‌بيني مدل رگرسيون چندجمله‌اي، ظرفيت جذب گرافن‌اكسايد و راندمان حذف كريستال بنفش در شرايط بهينه (4/7pH=، دوز جاذب 19/0 گرم برليتر، غلظت اوليه 100 ميلي‌گرم بر ليتر و دماي 4/30 درجه سلسيوس) به ترتيب 474 ميلي‌گرم بر گرم و 90 درصد به دست آمد. از بين عوامل موثر ، غلظت اوليه رنگ و دوز جاذب به ترتيب با 6/51 و 7/41 درصد، بيشترين مشاركت را در فرآيند جذب نشان دادند. سينتيك فرآيند جذب با استفاده از مدل‌هاي سينتيكي شبه مرتبه اول، شبه مرتبه دوم و نفوذ درون‌ذره‌اي و ايزوترم جذب با استفاده از مدل‌هاي ايزوترمي لانگمير و فرندليچ بررسي شد. نتايج به دست آمده همبستگي بسيار بالاي سينتيك جذب با مدل شبه مرتبه دوم و ايزوترم جذب با مدل لانگمير را نشان داد. از طرفي مطالعات ترموديناميكي نشان‌دهنده طبيعت گرماگير و خودبه‌خودي فرآيند جذب بود.

Graphene oxide nano-sheets were synthesized using modified Hummer’s method and characterized using SEM, XRD, and FTIR analyses. Response surface methodology (RSM) was used to optimize the effects of the effective factors including pH (4-9), adsorbent dosage (0.05-0.4 g/L), initial dye concentration (50-400 mg/L), and temperature (10-40 C°) in batch adsorption reactor. The adsorption capacity of graphene oxide and removal percentage of crystal violet in the optimum condition (pH of 7.4, the adsorbent dosage of 0.19 g/L, the initial concentration of 100 mg/L, and temperature of 30.4 C°) were predicted by the polynomial regression model to be 474 mg/g and 90%, respectively. Dye initial concentration and the adsorbent dosage with 51.6 and 41.7% respectively, showed the most percentage of contribution among the effective factors. Adsorption kinetic was investigated using pseudo-first order, pseudo-second order, and intraparticle diffusion kinetic models. Adsorption isotherm also was studied using Freundlich and Langmuir isotherm models. Results demonstrated the high correlation of adsorption kinetic and isotherm with pseudo-second order and Langmuir models respectively. In addition, the thermodynamic study indicated the endothermic and spontaneous nature of adsorption.