استخراج و بهينه‌سازي كيتوزان از پوسته ميگو: آماده‌سازي، بررسي خصوصيات و كاربرد آن در حذف فلورايد

Extraction and optimization of chitosan from shrimp shell: preparation, characterization and application in fluoride removal (isotherm, kinetic and thermodynamic studies)

زمينه: فلورايد در غلظت‌هاي كم ماده‌اي مفيد براي سلامتي انسان‌ها مي‌باشد. اما دريافت غلظت‌هاي بالاي اين ماده همراه با مشكلاتي همچون فلوروزيس و آلزايمر مي‌باشد. جذب، روشي كارآمد در حذف اين آلاينده به شمار مي‌آيد. هدف از اين مطالعه استخراج و بهينه‌سازي كيتوزان به عنوان بيوجاذبي طبيعي در حذف فلورايد مي‌باشد. مواد و روش‌ها: در مطالعه حاضر نانوذرات مغناطيسي كيتوزان- اكسيد آهن به روش هم ترسيبي آماده‌سازي شد و خصوصيات آن با استفاده از آناليزهاي TEM، XRD، SEM و FT-IR تعيين شد. در ادامه، تاثير كيتوزان مغناطيسي شده به عنوان يك جاذب در حذف يون‌هاي فلورايد از محلول‌هاي آبي در سيستم بسته با توجه به پارامترهاي مختلف مانند، زمان تماس، غلظت جاذب، غلظت اوليه فلورايد و دما بررسي شد. مدل‌هاي ايزوترم فروندليچ و لانگمير و مدل سينتيكي شبه درجه اول و شبه درجه دوم براي بررسي داده‌هاي حاصل از آزمايشات استفاده شدند. يافته‌ها: نتايج نشان داد كه جذب فلورايد از مدل ايزوترم لانگمير (982/0R2 > ) و مدل سينتيكي شبه درجه دوم (931/0 < R2) پيروي كرده است. حداكثر ظرفيت جذب فلورايد در شرايط بهينه، دماي50 درجه سانتي‌گراد و غلظت 1 گرم در ليتر جاذب و 5pH=، برابر با 756/22 ميلي‌گرم بر گرم شد. بررسي پارامترهاي ترموديناميكي و مقادير مثبت ?H0 نشان از اندوترميك (گرماگير)بودن اين فرايند داشت. نتيجه‌گيري: در مجموع مي‌توان گزارش نمود كه كيتوزان مغناطيسي به دليل دارا بودن مزايايي چون جداسازي ساده و سريع از محلول و راندمان مناسب حذف، مي‌تواند به عنوان يك جاذب موثر و مفيد براي حذف آلاينده‌ها از آب و فاضلاب به كار رود.

Background: Fluoride in low concentrations is useful for human health. However, high concentrations of this substance is associated with problems such as fluorosis and Alzheimerʹs. Adsorption is efficient technique in removal of this pollutant. The aim of this study was to extraction and optimization of Chitosan as a natural biosorbent in fluoride removal. Materials and Methods: In present study, magnetized chitosan-iron oxide nano particles was prepared by co-precipitation method and its characteristics were determined by SEM, XRD, TEM and FTIR analyzes. Subsequently, the effect of magnetized chitosan was assessed as an adsorbent in fluoride removal from water solution in the batch system with considering various parameters included pH, contact time, adsorbent dosage, initial Fluoride concentration and solution temperature. The Langmuir and Freundlich isotherm models and pseudo first-order and pseudo second-order kinetics were used to examine experimental data. Results: The results showed that the Fluoride adsorption have followed Langmuir (R2 > 0.982) and kinetic model of pseudo second-order (R2 > 0.931). The maximum adsorption capacity of Fluoride was 22.756 mg/g at optimized condition, pH 50 adsorbent dose of 1g/L at 500C. Investigation of thermodynamically parameters and positive value of ?H0 indicatethat this process was endothermic. Conclusion: Generally, we can report that t he magnetic chitosan was used as a useful sorbent for the removal of pollutants from water and wastewater due to advantages such as easy and rapid separation from solution and high removal efficiency.