حذف رنگ متيل اورانژ از محيط‌هاي آبي با استفاده از نانوذرات مغناطيسي نيكل: مطالعه تعادلي و سينتيكي

Removal of Methyl Orange Dye from Aqueous Solutions using NiFe2O4 Nanoparticles: Equilibrium and Kinetic Studies

زمینه و هدف: رنگ­ ها آلاینده ­های مهمی هستند كه منجر به ایجاد خطرات جدی برای انسان، دیگر حیوانات و موجودات زنده می­ شوند. رنگ ­ها با فرایندهای تصفیه هوازی قابل تجزیه نیستند. بنابراین، حذف آنها از پساب­ های صنعتی قبل از تخلیه به محیط زیست نیاز به توجه زیادی دارد. هدف از انجام این مطالعه بررسی كارایی حذف رنگ متیل اورانژ توسط نانوذرات مغناطیسی نیكل از محلول آبی است. روش بررسی: در این مقاله، نانوذرات مغناطیسی نیكل به روش هم‌رسوبی شیمیایی سنتز شدند و به عنوان جاذب برای حذف رنگ متیل اورانژ استفاده شدند. خصوصیات ظاهری نانوذرات مغناطیسی نیكل با استفاده از میكروسكوپ الكترونی عبوری (TEM)، دستگاه پراش پرتو ایكس (XRD)، pH نقطه صفر (pHpzc) و آنالیز طیف ­سنجی تفكیك انرژی (EDX) بررسی شد. آزمایش به صورت ناپیوسته با mL 20 محلول متیل اورانژ با غلظت mg/L 40 در مقیاس آزمایشگاهی انجام شد. اثر متغیرهای pH (8-2)، مقدار جاذب (g 0/07-0/009) و زمان تماس (min 70-2) بر راندمان حذف رنگ بررسی گردید. در نهایت، داده ­های آزمایشگاهی با ایزوترم­ های لانگمویر، فروندلیچ و تمكین و با مدل­ های سینتیكی شبه درجه اول و دوم مطابقت داده شد. یافته ­ها: تصویر TEM نشان داد، نانوذرات مغناطیسی نیكل در اشكال ظاهری كروی و در اندازه nm 12 هستند. نتایج بدست آمده نشان داد كه با افزایش زمان تماس تا min 20 و مقدار جاذب به میزان  g 0/04 كارایی حذف رنگ افزایش یافته است. بهترین pH برای حذف رنگ متیل اورانژ 2 بود. همچنین تحت این شرایط جذب از ایزوترم جذب لانگمویر با ضریب همبستگی 0/995 و مدل سینتیكی شبه درجه دوم با ضریب همبستگی 0/999 پیروی كرده است. بیشترین ظرفیت جذب جاذب تهیه شده برای ایزوترم لانگمویر mg/g 135 برآورد شد. نتیجه­گیری: نانوذرات مغناطیسی نیكل می­تواند به عنوان یك جاذب موثر و در دسترس جهت حذف رنگ متیل اورانژ از پساب­ های صنعتی مورد استفاده قرار گیرد.

Background and Objective: Dyes are important pollutants that lead to producing serious hazards to human, other animals and organisms. Dyes are not biodegradable by aerobic treatment processes. Therefore, their removal from industrial effluents before discharging into the environment requires extreme and great attention. The aim of this research was to evaluate removal efficacy of methyl orange dye from aqueous solutions using NiFe2O4 nanoparticles. Materials and Methods: This study was an empirical investigation in which NiFe2O4 nanoparticles were synthesized by co-precipitation method and were used as an adsorbent for the removal of methyl orange from aqueous solution. NiFe2O4 nanoparticles were characterized using X-Ray Diffraction (XRD), Transmission Electronic Microscopy (TEM), pHpzc and SEM-EDX elemental analysis methods. Experiments were conducted discontinuously using 20 mL methyl orange solution of 40 mg/L. The effect of variables such as pH (2-8), amount of adsorbent (0.009-0.07 g) and contact time (2-70 min) on the efficacy of dye removal was studied. Finally, experimental data were compared by Langmuir, Freundlich, and Temkin isotherms and pseudo-first-order and pseudo-second-order kinetic models. Results: TEM images showed that the NiFe2O4 nanoparticles had spherical shapes with the size of 12 nm. The results indicated that removal efficiency increased up to 0.04 g adsorbent and 20 min contact time. The optimum pH for methyl range removal was 2. Moreover, under these conditions, the adsorption process followed the Langmuir adsorption isotherm with a correlation coefficient of 0.995 and pseudo-second-order kinetic model with a correlation coefficient of 0.999. Also, the maximum adsorption capacity of the prepared adsorbent was 135 (mg/g) for Langmuir isotherm. Conclusion: The NiFe2O4 nanoparticles are effective and available adsorbents for the removal of methyl orange from industrial wastewater.