بهينه‌سازي جذب مالاشيت گرين بر روي نانو جاذب NH2-SBA-15 با نرم‌افزار Qualitek-4 به روش طرح آزمايش تاگوچي: مطالعه ايزوترم، سينتيك، ترموديناميك

Optimization of the Adsorption of Malachite Green on the NH2-SBA-15 Nano-adsorbent Using the Taguchi Method by Qualitek-4 Software An Isotherm, Kinetic, and Thermodynamic Study

در این تحقیق، ابتدا سیلیكای نانو متخلخل SBA-15 سنتز و سپس به‌وسیله گروه‌های عاملی آمینی، با روش پساسنتزی عامل‌دار شد. ساختار مواد ساخته شده به‌وسیله آنالیزهای XRD، جذب و وا جذب نیتروژن و FTIR شناسایی شدند. میزان جذب رنگ كاتیونی مالاشیت گرین بر روی SBA-15 عامل‌دار شده، تحت شرایط مختلف pH (7، 6، 5)، دز جاذب (5/0، 3/0، 1/0 گرم در لیتر)، غلظت اولیه محلول (300 ،250،200، 150، 100، 50 میلی‌گرم در لیتر) و دما (30، 20، 10 درجه سلسیوس) مورد مطالعه قرار گرفت و تأثیر هر یك از عوامل بر روی میزان جذب بررسی شد. بیشینه ظرفیت جذب در شرایط بهینه (pH برابر 7؛ دز جاذب برابر 3/0 گرم در لیتر، غلظت رنگ برابر100 میلی‌گرم در لیتر، دما 30 درجه سلسیوس) كه در آن حذف رنگ به‌طور كامل (100درصد) اتفاق افتاد برابر 333 میلی‌گرم در گرم به‌دست‌ آمد. عوامل مؤثر بر جذب با نرم افزار Qualitek-4 به روش تاگوچی بهینه‌سازی شد و سپس ایزوترم، سینتیك و ترمودینامیك فرایند جذب، در شرایط بهینه بررسی شد. نتایج نشان داد كه جذب مالاشیت گرین به‌صورت چند لایه‌ایی بر روی سطح جاذب اتفاق افتاده است و ایزوترم جذب از مدل فروندلیچ پیروی می‌كند. بیشینه ظرفیت جذب در حدود 500 میلی‌گرم در لیتر برآورد شد. سینتیك جذب نسبتاً سریع و از نوع شبه درجه دوم و فرایند جذب از نوع گرماگیر و خودبخودی (0

SBA-15 nanoporous silica was prepared and functionalized with propylamine groups via post-synthesis grafting to develop efficient adsorbents of dyes in wastewater. The materials thus prepared were then characterized by XRD, N2 adsorption-desorption, and FTIR. Adsorption of a cationic dye, malachite green, on functionalized SBA-15 was investigated under various conditions of pH (5, 6, and 7), temperature (10, 20, and 30 °C), adsorbent dosage (0.1, 0.3, and 0.5 g/L), and dye concentration (50, 100, 150, 200, 250, 300 mg/L). Maximum equilibrium adsorption capacity to achieve maximum removal percentage (R%=100%) in optimum conditions (dye concentration=100 mg/L, pH=7, adsorbent dosage= 0.3 g/L) was estimated at 333 mg/g. The Taguchi method was used to optimize the adsorption performances of the materials , and then the isotherm, kinetic, and thermodynamic properties were analyzed under the optimum conditions. The results showed that the overall process was fast and its kinetics was well-fitted by pseudo-second-order kinetic model. The experimental data agreed well with Freundlich model. Therefore, the maximum amount of multilayer dye adsorbed was estimated as 500 mg/g. Based on the results obtained, this process may be regarded as an endothermic one with a negative ∆G, which shows the process is also spontaneous. Finally, the results indicate that the silica‐based nanoporous organic–inorganic hybrid material can be a promising sorbent for the removal of malachite green from aquatic solutions