بهينه‌سازي فرآيند جذب رنگ اسيد آبي 113 از محيط آبي توسط بنتونيت طبيعي با استفاده از روش سطح پاسخ: مطالعه ايزوترم و سينتيك

Optimization of Acid Blue 113 Adsorption from Aqueous Solutions by Natural Bentonite Using Response Surface Model: Isotherm and Kinetic Study

زمينه و هدف: رنگ‌ها يكي از عمده‌ترين آلاينده‌هاي زيست ‌محيطي در پساب صنايع نساجي مي‌باشند كه سمي، سرطان‌زا، جهش‌زا و غيرقابل تجزيه بيولوژيكي هستند. لذا در اين تحقيق از روش سطح پاسخ براي بررسي پارامترهاي عملياتي و تعيين شرايط بهينه فرايند حذف رنگ‌زاي اسيد آبي 113 در حضور بنتونيت استفاده شد. روش كار: ساختار و مرفولوژي جاذب بنتونيت با استفاده از تكنيك­هاي XRD، FESEM و XRF بررسي شد. آزمايش‌ها بر اساس طرح آماري مركب مركزي با چهار پارامتر ورودي از قبيل زمان واكنش، pH ، مقدار جاذب و غلظت اوليه رنگ در سه سطح مورد ارزيابي قرار گرفت. ايزوترم و سينتيك جذب در غلظت‌هاي مختلف براي ارزيابي فرايند جذب مورد بررسي قرار گرفت. يافته‌ها: نتايج حاصل از آناليزهاي فيزيكي- شيميايي صحت ساختار بنتونيت را تأييد كرد. مدل پيشنهادي (Quadratic) با ميزان بالاي ضريب همبستگي (0/9872=R2) و (0/9724=R2Adj) تـأييد شد. در شرايط بهينه غلظت اوليه رنگ 10/32 ميلي‌گرم بر ليتر، دوز جاذب 0/53گرم بر ليتر، زمان واكنش 94/82 دقيقه و pH برابر 3/06برابر %62/98 با ميزان مطلوبيت 0/945حاصل شد. نتايج حاصل از مطالعه ايزوترم و سينتيك جذب نشان داد كه فرآيند جذب از ايزوترم فروندليچ (0/3216) تبعيت مي‌كند درحالي‌كه سينتيك فرايند با مدل سينتيك شبه درجه دوم (0/9985) مطابقت دارد. نتيجه­گيري: مطالعه حاضر نشان داد جاذب طبيعي بنتونيت كارايي بالايي در حذف رنگ‌زاي اسيد آبي 113 دارد. علاوه بر اين، طرح مركب مركزي مي‌تواند به‌عنوان يك روش مؤثر جهت بهينه‌سازي شرايط‌ جذب رنگ از فاضلاب صنايع حاوي غلظت بالاي رنگ مورداستفاده قرار گيرد.

Background & objectives: Dyes are one of the main environmental pollutants of textile industrial wastewater which are toxic, carcinogenic, mutagenic, and non-biodegradable. Therefore, in this study, Response Surface Methodology (RSM) was used to investigate the operational parameters and determine the optimum conditions for the removal of acid blue 113 in the presence of bentonite. Methods: The structure and morphology of bentonite adsorbent was investigated by XRD, FESEM and XRF techniques. Experiments were carried out as central composite design with four input parameters namely reaction time, initial pH, adsorbent dosage and initial concentration of dye at three levels. Adsorption isotherms and kinetics model were investigated to evaluate the adsorption process in different concentrations. Results: The results of physical-chemical analysis confirmed the structure of bentonite. The proposed model (Quadratic) was confirmed with high correlation coefficient (R2=0.9872 and R2 Adj=0.9724) indicated that the experimental and predicted results were very consistent with the model. Finally, under optimal conditions (initial concentration=10.32 mg/L, absorbent dose=0.53 g/L, reaction time=82.94 min and pH=3.06) the removal efficiency was 98.62% with a desirability of 0.945 for acid blue 113. Adsorption isotherm and kinetic studies indicated that adsorption process followed Freundlich isotherm (0.9216), whereas the kinetic model found to fit well with pseudo-second-order kinetics (0.9985). Conclusion: The present study demonstrated that natural bentonite absorbent had high ability to remove acid blue 113. In addition, the central composite design could be used as an effective method to optimize the dye adsorption from industrial wastewater containing high concentrations of dye.