بررسي كارايي نانو كامپوزيت مغناطيسي گرافن شيت - اكسيد آهن در حذف نيترات از آب به روش تاگوچي

Performance Evaluation of Nano composit Magnetic Graphene Sheet- Iron Oxide in Removal of Nitrate from Water Using Taguchi Experimental Design

سابقه و هدف: ﻧﻴﺘﺮﺍﺕ ﺑﻪ ﻋﻨﻮﺍﻥ ﻳﮑﻲ ﺍﺯ آلودگي‌هاي شيميايي آب ﻣﻄﺮﺡ ﺍﺳﺖ ﮐﻪ ﺑﺎ روش‌هاي ﻓﻴﺰﻳﮑﻲ، ﺷﻴﻤﻴﺎﻳﻲ ﻭ ﺑﻴﻮﻟﻮﮊﻳﮑﻲ ﻣﻲ‌ﺗﻮﺍﻥ آن رﺍ ﺣﺬﻑ كرد. هدف مطالعه حاضر بهينه‌سازي جذب نيترات از آب با روش تاگوچي توسط گرافن شيت مغناطيسي بود. مواد و روش‌ها:. بهينه سازي 5 فاكتور (pH، زمان تماس، دما، دز جاذب و غلظت نيترات) در 4 سطح مختلف با استفاده از از نرم‌افزار Minitab بر مبناي طراحي تاگوچي در راكتور بسته انجام گرفت. نسبت پاسخ به خطا (Noise/Signal) با رويكرد " بالاترين بهترين است" به منظور تعيين شرايط بهينه آزمايش و بيش‌ترين راندمان حذف نيترات استفاده گرديد. يافته‌ها: نتايج نشان داد درشرايط بهينه جذب (3 pH، زمان تماس 60 دقيقه، دز جاذب 2 گرم در ليتر، غلظت 50 ميلي‌گرم در ليتر و دماي 50 درجه سانتي‌گراد) راندمان حذف نيترات به 86/4 درصد و حداكثر ظرفيت جذب به 39/37 ميلي‌گرم بر گرم مي‌رسد. نتايج بيانگر اين موضوع بود كه pH و غلظت نيترات با 40/20 و 7/49 درصد به ترتيب بيش‌ترين و كم‌ترين تاثير را در جذب نيترات دارد. مطالعه ايزوترم و سينتيك جذب نشان داد كه جذب نيترات از ايزوترم لانگمير (R^2>0.993) و مدل سينتيكي شبه درجه دوم (R^2>0.94). تبعيت مي‌كند. استنتاج: گرافن شيت مغناطيسي به دليل دارا بودن مزايايي چون جداسازي ساده و سريع از محلول و راندمان مناسب مي‌تواند به عنوان يك جاذب موثر و مفيد براي حذف نيترات از آب يا فاضلاب به‌كار رود.

Background and purpose: Nitrate is one of the chemical water contaminants which can be eliminated through physical, chemical and biological techniques. In this study we aimed for optimization of nitrate adsorption from water onto Magnetic Graphene sheet Nano Particles (G-Fe3O4 MNPs) via Taguchi experimental design. Materials and methods: Batch reactor was used for optimizing of the five parameters (pH, contact time, temperature, adsorbent dosage, and nitrate concentration) at four levels by Minitab software, based on Taguchi experimental design. Signal to noise ratio was used with ‘the highest is better’ approach for optimization of experimental conditions and the highest nitrate removal efficiency. Results: The results revealed that in optimized status (pH=3, contact time= 60 min, initial concentration= 50 mg/L, adsorbent dose= 2g/L, temperature= 50oC) nitrate removal efficiency and adsorption capacity reached 86.4% and 39.37 mg/g, respectively. Contribution percentage of each variable implied that pH and initial concentration of nitrate with 40.20% and 7.49% had the highest and lowest influences on nitrate removal, respectively. Isotherm and kinetic studies illustrated that, nitrate adsorption complied with Langmuir isotherm model (R2>0.993) and pseudo second-order kinetics models (R2>0.94). Conclusion: G-Fe3O4 MNPs can be used as an effective sorbent for nitrate removal from water or wastewater due to several advantages including easy and rapid separation from solution and high removal efficiency.