مدل‌سازي جذب فلورايد و كاربرد طراحي Box-Behnken و روش شناسي سطح پاسخ در حذف آرسنيك (V) از محلول‌هاي آبي با استفاده از نانوآلومينا پوشش داده شده بر روي نانوتيوب كربني چند جداره (MWCNTs)

Modeling adsorption on fluoride and application of Box–Behnken design and response surface methodology for arsenic(V) removal from aqueous solution using Nano-Scale Alumina on Multi Walled Carbon Nanotube

زمینه و هدف: فلوئور عنصری است كه به طور گسترده در پوسته كره زمین یافت می‌شود. فواید و مضرات فلوراید در بدن انسان‌، به غلظت آن بستگی دارد. مصرف آب آلوده به آرسنیك در درازمدت باعث بروز انواع اثرات نامطلوب بهداشتی از جمله ضایعات پوستی و سرطان در مصرف‌كنندگان می‌شود. هدف از این مقاله كارائی نانوالومینا بر روی نانوتیوب كربن در حذف فلوراید و آرسنیك (V) از محلول‌های آبی است. روش بررسی: در این مطالعه‌، آلومینای كریستال در مقیاس نانو بر روی نانوتیوب كربنی چند جداره بوسیله روش سل – ژل به عنوان یك جاذب در استخراج فاز جامد برای حذف فلوراید و آرسنیك (V) مورد استفاده قرار گرفت. از روش سطح پاسخ بر مبنای طراحی  Box-Behnkenجهت ارزیابی اثر متغیرهای مستقل بر عملكرد پاسخ (‌راندمان حذف آرسنیك (V)‌) و همچنین پیشگوئی بهترین مقدار پاسخ استفاده شد. در این مطالعه تاثیر پارامترهای مختلف از جمله:   زمان تماس min 120-10، دوز جاذب (g/L1/5-0/25) و pH  = 3-9غلظت اولیه فلوراید mg/L 8-2  بر كارایی فرایند بررسی شد. ساختار نانو با تكنیك‌های پراكنش پرتو ایكس XRD‌،  SEM و TEM مشخص گردید. در این پژوهش از دو مدل ایزوترم فروندلیچ و لانگمویر جهت محاسبه ثابت تعادل استفاده گردید. یافته‌ها: نتایج نشان داد كه با افزایش زمان تماس و دوز جاذب میزان حذف فلوراید افزایش می‌یابد. اما با افزایش pH و غلظت اولیه فلوراید راندمان حذف آن‌ كاهش می‌یابد مقدار بالای (0/94) 2 R نشان می‌دهد كه حذف آرسنیك (V) می‌تواند بوسیله این مدل تعریف شود. ایزوترم فروندلیچ با R2 بیش از 0/997 بهترین نمودار برای داده‌های آزمایش است و از این مدل تبعیت بیشتری دارند. نتیجه‌گیری: استفاده از نانوآلومینای پوشش داده شده بر روی نانوتیوب كربنی چند جداره (MWCNTs) می‌تواند راندمان حذف آرسنیك (V) و فلوراید را بشدت افزایش دهد.

Objective and Background: Fluoride is an element widely found in the earth crust. Advantages and disadvantages of fluoride in the human body are depended on its concentration. Long-term consumption of drinking water contaminated with arsenic can cause adverse health effects such as skin lesions and cancer in humans. The aim of this study was to study efficiency of nano alumina on multi walled carbon nano tube  for removal As(V) and fluoride from aqueous solution. Materials and Method: In this study, nano-scale crystalline alumina was synthesized on single walled carbon nanotube by sol-gel method for using as a sorbent for solid phase extraction of Fluorine ion and arsenic(V). Response surface methodology based on Box-Behnken was used to assess the effect of independent variables on the response function and prediction of the best response value. In this study, effect of different parameters, such as contact time (10 to 120 min), pH (3-9), adsorbent dosage (0.25-1.5 g/L) and initial concentration of fluoride (2-8 mg/L) on efficiency of process was investigated. The structure of nano-scale alumina on multi walled carbon nano tube was determined by XRD and SEM techniques. Moreover, Freundlich and Langmuir isotherm models were used to calculate equilibrium constant. Results: It was found that by increasing contact time and adsorbent dosage the rate of fluoride removal increased. However, by increasing pH and initial concentration the efficiency of fluoride removal decreased. High value for R2 (0.94) shows that removal of arsenic(V) can be described by this model. The Freundlich isotherm was the best fitted graph for experimental data with R2 more than 0.997. Conclusion: In this study, it was observed that efficiency of arsenic(V) and fluoride  removal was greatly increased by using nano-scale alumina on multi walled carbon nanotubes (MWCNTs).