بهينه‌سازي توليد كربن فعال در دماهاي مختلف با استفاده از فعال‌ساز K2CO3 براي حذف رنگ‌زاي راكتيو بلك 5 از محلول آبي

Optimization of activated carbon production by using K2CO3 at different temperatures for the removal of Reactive Black 5 dye from aqueous solutions

زمينه و هدف: رنگ‌هاي راكتيو، جديدترين نوع رنگ‌هاي توليد شده در صنايع نساجي هستند. اين رنگ‌ها داراي ساختار مقاوم‌تر از ساير رنگ‌ها در برابر تجزيه بوده و مي‌توانند صدمات جبران‌ناپذيري به محيط‌زيست وارد كنند. هدف از اين مطالعه حذف رنگ‌زاي راكتيو بلك 5 با استفاده از كربن فعال تهيه شده از پسماند حاصل از هرس درختچه انگور در سيستم ناپيوسته است. روش بررسي: در اين مطالعه كربن فعال با استفاده از چوب انگور به‌عنوان پيش ماده و فعال‌ساز كربنات پتاسيم در نسبت اشباع 1:0/25 در دماهاي مختلف 600، 650، 700 ، 750، 800، 850، C° 900 سنتز شد. سپس آزمايش جذب رنگ براي همه نمونه‌ها در شرايط يكسان: pH برابر با 2، دوز جاذب g/L 0/025، غلظت اوليه رنگ mg/L 250، دما C° 25، حجم محلول mL 100 و زمان تماس min 120 انجام شد تا كربن فعال بهينه از بين نمونه‌هاي سنتز شده انتخاب شود، سپس مطالعات جذب ناپيوسته رنگ‌زاي راكتيو بلك 5 بر روي كربن فعال بهينه انجام گرفت و روند پارامترهاي pH، دوز جاذب، غلظت اوليه رنگ، دما و زمان تماس در طول فرايند جذب بررسي شد. همچنين آناليزهاي BET و SEM براي تعيين مشخصات كربن فعال بهينه انجام شد. در پايان مطالعات تعادلي، سينتيك و ترموديناميك براي رنگ‌زاي راكتيو بلك 5 انجام گرفت. يافته‌ها: نتايج نشان داد كه نمونه كربن فعال با سطح ويژه m2/g 1670 و حجم كلي حفرات cm3/g 1/434 و توزيع 68 درصد حفرات در محدوده مزوحفره، داراي حداكثر ظرفيت جذب رنگ‌زاي راكتيو بلك 5 به مقدار mg/g 704 در شرايط معين است. اين حداكثر ظرفيت جذب در شرايط معين: pH برابر با 2، دوز جاذب g/L 0/035، غلظت اوليه رنگ mg/L 250، دما C° 45، حجم محلول mL 100 و زمان تماس min 120 به‌دست آمد. نتايج داده‌هاي تعادلي جذب رنگ‌زاي راكتيو بلك 5 تطابق بيشتري با مدل فروندليچ دارد. همچنين مطالعات سينتيكي نشان داد كه رفتار جذب رنگ بر روي كربن فعال از مدل شبه درجه دوم پيروي مي كند. مطالعات ترموديناميك نيز بيانگر غيرخودبخودي، گرماگير و فيزيكي بودن فرايند جذب رنگ‌زاي راكتيو بلك 5 است. نتيجه‌گيري: اين مطالعه نشان داد كربن فعال تهيه‌ شده از چوب انگور از پتانسيل بالايي در حذف رنگ‌زاي راكتيو بلك 5 از محلول آبي برخوردار است.

Background and Objective: Reactive dyes are the newest dyes in textile industry. They may cause environmental problems. The aim of this study was to remove Reactive Black 5 (RB5) in aqueous solutions with activated carbon that was made from grape wood. Materials and Methods: The activated carbon was synthesized by potassium carbonate with impragnation ratios of 1:0.25 at different temperatures (600,650,700,750,800,850,900)°C. Experiments on dye adsorption were done under the same conditions including pH of 2, adsorbent dose of 0.025 g/L, initial dye concentration of 250 mg/L, volume of 100 mL, and contact time of 120 min. Then, the absorption RB5 in a bathc mode was done using the optimized activated carbon. The trends of pH, absorbent dose, initial concentration, temperature, retention time, parametrs were studied. The BET and SEM techniques were used to characterize the activated carboon. Finally, the equilibrium, synthetic and thermodynamic studies were done for RB5. Results: The results showed that the activated carbon sample that was synthesized under the imprenation ratio of 1:0.25 and temperature of 900 oC had a surface area 1670 m2/g. Moreover, the total pore volume was 1.134 cm3/g and 68% of the total pore size were within mesoporous zone. The highest adsorption capacity was observed at the optimum condition. The optimum condition with the maximum adsorption capacity for RB5 was pH of 2, adsorbent dose of 0.035 g/L and temperature 45 °C. According to the equilibrium test results RB5 followed the Freundlich model. of the kinetic adsorption results showed that RB5 showed a pseudo-second-order kinetic model. According to the thermodynamic studies, it seems that RB5 absorption process was an endothermic, non-spontaneous and physical sorption process. Conclusion: The study showed that the produced-activated carbon from grape wood had a great potentioal for removing RB5 from aqueous solutions.