تعيين شرايط بهينه براي جذب توريم بر نانو ذرات ابر پارامغناطيسي منيتيت اصلاح‌ شده، با استفاده از روش سطح پاسخ (RSM)

Determination of optimum process condition for adsorption of thorium by modified superpara magnetic magnetite nanoparticles using response surface methodology RSM

نانوجاذب منيتيت/آمينوپروپيل ‌تري‌اتوكسي ‌سيلان/گلوتار‌ آلدئيد (APTES/GA/Fe3O4) سنتز و كاربرد آن در جذب يون هاي توريم (IV) از محلول‌هاي آبي در روش ناپيوسته مورد ارزيابي قرار گرفت. نانوذرات منيتيت ابتدا با روش هم‌رسوبي و با قطر متوسط 20 نانومتر سنتز و پس از پوشش با آمينوپروپيل ‌تري‌اتوكسي‌ سيلان (APTES)، با گلوتار‌ آلدئيد (GA) اصلاح شدند. از روش سطح پاسخ و طرح باكس- بنكن براي بررسي تأثير عامل هايي چون pH (1تا 5)، غلظت اوليه ي محلول توريم (IV) (50 تا 300 ميلي گرم بر ليتر) و مقدار جاذب (1تا 5 گرم برليتر) بر فرايند جذب توريم (IV) از محلول هاي آبي و هم چنين بهينه‌سازي آن بهره گرفته شد. تحليل واريانس نشان داد كه عامل هاي مقدار جاذب، غلظت اوليه ي محلول توريم (IV)، pH اوليه ي محلول، به ترتيب، مؤثرترين عامل ها بر جذب توريم بودند. نتايج نشان داد كه بيش ترين ميزان جذب (q) در pH برابر با 5/4، غلظت اوليه ي 250 ميلي‌گرم بر ليتر محلول توريم و مقدار جاذب 1 گرم بر ليتر در مدت زمان 90 دقيقه برابر 107/23 ميلي گرم بر گرم بود. هم چنين عامل هاي ترموديناميكي (ΔHo،ΔSo،ΔGo) نشان دادند كه جذب سطحي توريم درگستره ي دمايي 25 تا 45 درجه‌ي سانتي‌گراد داراي ساز و كار فيزيكي، خودبه خودي و گرمازاست.

In this study, magnetite/ aminopropyltriethoxysilane/ glutaraldehyde (Fe3O4/ APTES/GA) nanoadsorbents were synthesized, and their applications for the adsorption of thorium ions from aqueous solutions were studied in a batch sorption process. The magnetite nanoparticles were synthesized with an average diameter of 20 nm by co-precipitation method. Then surface modification of Fe3O4 nanoparticles was carried out with 3-aminopropyltriethoxysilane and glutaraldehyde. The influence of the several variables, such as pH (1-5), Th (IV) initial concentration (50- 300 mg/L), and adsorbent dose (1- 5 g/L) on the Th (IV) adsorption was investigated by response surface methodology (RSM) based on Box-Behnken design. The results of analysis of variance (ANOVA) showed adsorbent dosage, initial concentration of thorium, and pH were the most effective factors on adsorption of thorium. The results showed that the highest absorption capacity (q) was 107.23 mg/g at pH=4.5, initial concentration of 250 mg/L, and adsorbent dosage of 1 g/L for 90 minutes. Also thermodynamic parameters (ΔGo, ΔHo, ΔSo) declared that the Th (IV) adsorption was endothermic and spontaneous in temperature range of 25 to 45 °C.