حذف كروم شش ظرفيتي از محيط آبي با استفاده از كربن فعال مغناطيسي شده با نانو ذرات آهن صفر (CMFe0): مطالعه سينتيك، ايزوترم و ترموديناميك

Cr6+Removal by Activated Carbon Magnetized with Nona Zero Valent Iron from Aqueous Solutions: Kinetic, Isotherm and Thermodynamic Study

مقدمه: كروم يكي از شايع­ترين آلاينده­هايي است كه به دليل خاصيت تجمع­پذيري در بافت­هاي بدن انسان و توانايي ايجاد خطرات بهداشتي در سال­هاي اخير مورد توجه قرار گرفته است. هدف از اين مطالعه مغناطيسي كردن كربن فعال پودري به وسيله نانو ذرات آهن صفر ظرفيتي و استفاده از آن به عنوان جاذب در حذف كروم شش ظرفتيCr (VI) از محيط­هاي آبي است. روش‌ها: در اين مطالعه آزمايشگاهي از روش احيا براي تبديل آهن دو ظرفيتي به آهن صفر و روش هم تر­سيبي به منظور نشاندن آهن صفر توليد شده روي كربن فعال پودري جهت القاي خاصيت مغناطيسي استفاده شد. ويژگي جاذب با تكنيك‌هاي SEM و XRD مورد آناليز قرار گرفت. در ادامه به ترتيب pH، زمان تماس، دور همزن، ميزان جاذب و غلظت كروم با استفاده از رگرسيون خطي در حالت بهينه مشخص گرديد. سپس معادلات ايزوترم، سينتيك و ترموديناميك جذب بر مبناي شرايط بهينه مورد بررسي قرار گرفت. براي تجزيه و تحليل آماري از نرم افزار Design Expert استفاده شد. نتا‌يج: بالاترين راندمان جذب در 3pH=، زمان تماس 60 دقيقه و ميزان جاذب g/L 5/0 در غلظت اوليه mg/l4 كروم مشاهده شد. بـررسي روابط ايـزوترم و سينتيك واكنش نشان مـي­دهد كه فرآيند جـذب كروم به ترتيب از مـدل­هاي فروندليخ) 991/0(R2 > و سينتيك درجه دوم) ­982/0(R2 > تبعيت مي­كند. در بررسي ترموديناميك واكنش نيز مقادير ?HO و?SO به ترتيب برابر 99/146 و 452/0- شد كه نشان دهنده گرماگير و خود به خودي بودن واكنش مي­باشد. بحث و نتيجه‌گيري: كربن فعال پودري اصلاح شده با آهن صفر توانايي جذب موثر كروم را داشته و به دليل خاصيت مغناطيسي به سادگي توسط آهن­ربا از نمونه جداسازي مي­شود.

Background: Chromium is one of the most common pollutants that has been noticed in recent years due to its accumulation in human tissues and health risks. The aim of this study is to magnetize powdered activated carbonby Nano zero-valent iron (NZVI) particles and use it as the adsorbent for removal of Cr (VI) from aquatic solutions. Methods: In this study, reduction and co-precipitation methods were used for converting divalent iron into zero-valent iron and depositing zero-valent iron particles on powdered activated carbon in order to induct magnetic effect, respectively. Adsorbent characteristics were analyzed using SEM and XRD techniques. The pH, contact time, stirring rounds, adsorbent dose and the concentration of chromium was determined in optimal condition by Regression coefficient (R2). Then the isotherm, kinetic and thermodynamic equations of adsorption were investigated based on optimum conditions. Statical analysis was done by Design Expert software. Results: The highest removal efficiency was observed in pH=3, 60 minutes contact time and 0.5 g/L of adsorbent dose in the initial concentration of 4 mg/l chromium. Isotherm and kinetic studies also showed that adsorption process of chromium follows the Freundlich model (R2 > 0.991) and pseudo-second order model kinetics (R2 > 0.982) respectively. In evaluating the reaction thermodynamic, values of ?Ho and ?So was equal to 146.99 and -0.452 respectively, which illustrates reactions are endothermic and spontaneous. Conclusion: Powdered activated carbon modified by zero-valent iron has the ability to remove chromium effectively and could be separated from the sample by magnet simply due to its magnetic property.