كاربرد نانوپودر سيليكاي تثبيت شده در آلژينات براي جذب كادميم از محلول‌هاي آبي

Application of Immobilized Silica Nanopowder within Alginate for Cadmium Adsorption from Aqueous Solutions

هدف از این پژوهش، مطالعه جذب سطحی كادمیم بر روی نانوپودر سیلیكای تثبیت شده در آلژینات كلسیم و تعیین ایزوترم، سینتیك و ترمودینامیك جذب بود. از راكتورهای جریان ناپیوسته برای بررسی تأثیر pH اولیه، زمان تماس و غلظت یون‌های فلزی بر جذب كادمیم استفاده شد. زمان تماس و pH اولیه مطلوب برای جذب سطحی كادمیم به‌ترتیب 120 دقیقه و 4 به‌دست آمد. با افزایش غلظت یون كادمیم از 10 به 1000 میلی‌گرم در لیتر، میزان جذب كادمیم به‌ترتیب از 71/5 به 65/100 میلی‌گرم بر گرم افزایش یافت. نتایج نشان داد كه مدل ایزوترم لانگمیر بهترین مدل برای توصیف داده‌ها است (997/0 = R2). حداكثر ظرفیت جذب برای جذب كادمیم بر روی جاذب، 99/72 میلی‌گرم بر گرم تخمین زده شد. با توجه به متوسط انرژی آزاد جذب به‌دست آمده از ایزوترم دوبنین- رادوشویچ، جذب سطحی كادمیم بر روی نانوپودر سیلیكای تثبیت شده از مكانیسم شیمیایی پیروی می‌كند. مطالعه سینتیك نیز نشان داد كه مدل شبه درجه دوم برای جذب كادمیم مناسب‌تر است (99۹/0 = R2). افزون بر این، مقادیر منفی ∆Hº و ΔGº ماهیت اگزوترم و خودبه‌خودی واكنش جذب كادمیم بر روینانوپودر سیلیكای تثبیت شده را اثبات نمود.

The main objective of the present study was to investigate Cd(II) adsorption by immobilized silica nanopowder within calcium alginate and to determine the isotherm, kinetics, and thermodynamics of the adsorption process. Batch flow mode reactors were used to investigate the effects of initial pH, contact time and metal ion concentration on Cd(II) adsorption. The optimal contact time and initial pH for Cd(II) adsorption were found to be 120 min and 4.0, respectively. Increasing Cd(II) ion concentration from 10 to 1000 mg/L led to increasing adsorbed Cd(II) ions from 5.71 to 100.65 mg/g. The results showed that the Langmuir isotherm model was the best model to describe the experimental data (R2=0.997). The maximum adsorption capacity (qm) for Cd(II) adsorption onto the adsorbent was estimated to be 72.99 mg/g. Based on the mean free energy of adsorption (E) obtained from Dubinin-Radushkevich (D–R) isotherm model, Cd(II) adsorption onto immobilized silica nanopowder follows a chemical mechanism (E=8.451 kJ/mol). The kinetic study indicated that the pseudo-second order model was a more suitable model than the pseudo-first order one for describing Cd(II) adsorption (R2=0.999). Additionally, the negative ∆Hº and ΔGº values demonstrated an exothermic and spontaneous Cd(II) adsorption onto immobilized silica nanopowder.