Aqueous Cadmium Ions Removal by Adsorption on APTMS Grafted Mesoporous Silica MCM-41 in Batch and Fixed Bed Column Processes

در اين مطالعه ميان حفره سيليكاتي منظم با ساختار شش وجهي با استفاده از سيليس استخراج شده از خاكستر گياه جگن (Carex riparia)سنتز شد.سپس ماده ميان حفره سنتز شده با استفاده از 3-آمينوپروپيل تري متوكسي سيلان (APTMS) عامل دار شد و ويژگي هاي ساختاري آن با استفاده از آناليزهاي پراش پرتو ايكس (XRD)، جذب-واجذب گاز نيتروژن، آناليز وزن سنجي حرارتي (TGA) و طيف سنجي مادون قرمز فورير (FT-IR) مورد بررسي قرار گرفت. در ادامه مواد سنتز شده جهت جذب يون هاي Cd(II) از محلول هاي آبي در سيستم-هاي ناپيوسته و پيوسته بكار رفت. در سيستم ناپيوسته جذب پارامترهاي غلظت اوليه يون هاي فلزي، دوز جاذب، زمان تماس، pH و دما مورد ارزيابي قرار گرفت. نتايج تعادلي جذب با استفاده از ايزوترم هاي لانگمير و فرندليچ با رگرسيون غير خطي مورد آناليز قرار گرفت. نتايج مطالعه سينتيك نشان داد كه داده هاي تجربي بدست آمده برازش بهتري با مدل سينتيكي شبه درجه دوم نسبت به شبه درجه اول دارد. مطالعات ترموديناميك نيز نشان داد كه فرآيند جذب كاملاً وابسته به دما مي‌باشد و ظرفيت جذب با افزايش دماي سيستم افزايش يافت، كه نشان دهنده گرماگير بودن و همچنين خودبخودي بودن فرآيند جذب است. براي آزمايش هاي جذب پيوسته جاذب NH2-MCM-41 مورد استفاده قرار گرفت و منحني هاي رخنه در ارتفاع ستون-هاي مختلف جاذب، شدت جريان هاي مختلف و غلظت اوليه يون هاي فلزي مورد بررسي قرار گرفت. مدل توماس و BDST براي تعيين ثابت-هاي سينتيكي و براي پيش بيني منحني هاي رخنه مورد استفاده قرار گرفت.

Highly ordered mesoporous MCM-41silica with hexagonal structure was synthesized using extracted amorphous silica from sedge (Carex riparia) ash. Obtained mesoporous materials functionalized by 3-(Aminopropyl) trimethoxysilane (APTMS) and their structures characterized by means of X-ray diffraction (XRD), nitrogen adsorption-desorption, thermogravimetric analysis (TGA) and Fourier transform infrared (FT-IR) spectroscopy. The synthesized material were applied for adsorption of Cd(II) metal ions from aqueous solution in batch and fixed bed column systems. Batch adsorption process was carried out to evaluate initial ion concentrations, sorbent dose, contact time, pH and temperature. The equilibrium data were analyzed using the Langmuir and Freundlich isotherm by nonlinear regression analysis. The kinetics study reviled that data from the experiments fitted well to the pseudo-second order equation than pseudo-first order. Thermodynamic parameters reviled that the adsorption process strongly depended on temperature and the adsorption capacity increased by increasing the temperature of the system, indicating the endothermic behavior and spontaneous nature of adsorption. For continuous adsorption experiments, NH2-MCM-41 adsorbent was used and breakthrough curves were analyzed at different bed heights, flow rates and initial metal ion concentrations. Thomas and bed depth service time (BDST) models were used to determine the kinetic constants and to predict the breakthrough curves of each component