جذب زيستي كروم به ‌وسيلۀ سارگاسوم ايليسيفوليوم، سينتيك و بهينه‌سازي با استفاده از طراحي روش سطح پاسخ (RSM)

Biosorption of Hexavalent Chromium by Sargassum ilicifolium, Kinetics, and Optimization using Response Surface Design Method (RSM)

مقدمه: آلودگي محيط‌زيست به‌ويژه با فلزات سمي و سنگين از مشكلات اساسي در چند دهۀ اخير است؛ بنابراين حذف اين آلاينده‌ها از محيط‌زيست اهميت فراواني دارد. مواد و روشها: در اين پژوهش، جذب زيستي فلز كروم شش‌ظرفيتي (6+Cr) به‌وسيلۀ جلبك قهوه‌اي سارگاسوم ايليسيفوليوم بررسي شد. ميزان جذب محلول‌هاي حاوي فلز 6+Cr در طول موج 540 نانومتر با دستگاهUV-VIS اندازه‌گيري شد. همچنين مؤلفه‌هاي تأثيرگذار در جذبْ نظير غلظت اوليۀ فلز، مقدار جلبك، اسيديته، دما و زمان تماس مطالعه شد. از مدل‌هاي ايزوترم لانگموير و فروندليش براي بررسي مطالعات تعادلي هم‌دمايي استفاده شد. نتايج: بيشينۀ ظرفيت جذب فلز، 203 ميلي‌گرم بر گرم وزن خشك سارگاسوم ايليسيفوليوم مشاهده شد. داده‌هاي آزمايشگاهي با مدل سنتيك «شبه‌درجۀ دوم» بهتر توصيف شد. با استفاده از روش سطح پاسخ (RSM) برمبناي نرم‌افزار آماريMinitab14.1، شرايط بهينۀ بيشينۀ ظرفيت جذب به‌قرارِ زير به دست آمد:اسيديته برابر با 2، مقدارجاذب 2/0گرم بر ليتر، غلظت اوليۀ فلز 200 ميلي‌گرم بر ليتر، دماي 25 درجۀ سانتي‌گراد و زمان تعادل 7 ساعت. بحث و نتيجهگيري: نتايج نشان داد ايزوترم فروندليش براي توصيف سيستم، مناسب‌تر است. مطالعات ترموديناميكي نيز نشان داد فرايند گرمازا و خودبه‌خودي است و با گذشت زمان بي نظمي افزايش يافته است. گروه هاي عاملي موجود در ديوارۀ سلولي سارگاسوم ايليسيفوليوم، موجب احياي بيشتر فلز كروم شش‌ظرفيتي 6+Cr به كروم سه‌ظرفيتي 3+Cr شده و مقداري ديگر از كروم (3+Cr) داخل محلول باقي مانده است. با استفاده از طيف‌سنجي مادون قرمز تبديل فوريه (FT-IR) مشخص شد گروه‌هاي آمينو، كربوكسيل، سولفونيك‌اسيد و هيدروكسيل در فرايند جذب كروم توسط جلبك نقش اصلي را دارند.

Introduction: Environmental pollution with toxic and heavy metals has been a major problem in recent decades. Therefore, the removal of these pollutants from the environment is very important. Materials and methods: In this study, the biosorption of hexavalent chromium (Cr+ 6) was investigated by brown alga Sargassum ilicifolium. The absorbance of Cr+6 solutions at 540 nm was obtained by UV-VIS. Also, the effective parameters in absorption such as initial metal concentration, amount of algae, pH, temperature, and contact time were investigated. The Langmuir and Freundlich isotherms were used to study the equilibrium studies. Results: In these conditions, the maximum adsorption capacity was 203 mg/g of Sargassum ilicifolium. Laboratory data with the pseudo-second-order kinetics were described better. Using Response Surface Methodology (RSM), optimum conditions of maximum adsorption capacity were determined at pH 2, adsorbent content of 0.2 g/l, initial metal concentration of 200 mg/L at 25 °C, and the equilibration time of 7 h. Discussion and conclusion: The results showed that the Freundlich isotherm was more suitable for describing the system. Thermodynamic studies have also shown that the process was exothermic and spontaneous and increased with time due to disorder. Due to the functional groups present in the algal cell wall, part of Cr+6 was reduced to Cr+3 and Cr+3 that were remained in solution. Fourier transform infrared spectroscopy of (FT-IR) showed that amino, carboxyl, sulfonic acid, and hydroxyl groups played a major role in the process of chromium uptake by Sargassum ilicifolium.