بررسي كارايي عملكرد جاذب اصلاح شده كمپوزيتي نانو ذرات آهن صفر-كيتوزان در حذف آرسنات از محلول‌هاي آبي

Evaluating the performance of modified adsorbent of zero valent iron nanoparticles – Chitosan composite for arsenate removal from aqueous solutions

زمینه و هدف : آرسنیك یكی از سمی‌ترین آلاینده‌های موجود در آب‌های زیرزمینی و سطحی است. دریافت آرسنیك می‌تواند پیامدهای نامطلوبی زیادی برای سلامتی انسان به همراه داشته باشد. بنابراین دستیابی به تكنولوژی‌های جدید برای رسیدن به استاندارد آرسنیك لازم است. روش بررسی:  مطالعه موجود به صورت ناپیوسته در مقیاس آزمایشگاهی صورت گرفت. جاذب نانوذرات آهن – كیتوزان با احیا آهن فریك به وسیله سدیم بورهیدرید (NaBH4) در حضور كیتوزان به عنوان پایداركننده تولید شد. ابتدا پارامترهای مختلف از جمله زمان تماس min(120-5)، (10-3)pH، دز جاذب (g/L 3/5-0/5) و غلظت اولیه آرسنات mg/L10-2 بركارایی فرایند مورد بررسی قرار گرفت. سپس شرایط بهینه از لحاظ زمان تماس، pH، دز جاذب و غلظت اولیه آرسنات به روش RSM تعیین شد. با استفاده از مدل ایزوترم فروندلیچ، لانگمویر ثابت‌های تعادلی، كینتیك شبه درجه اول و دوم ثابت‌‌‌های كینتیكی محاسبه گردید. میزان آرسنات باقی مانده با استفاده از روشICP-AES اندازه گیری شد. یافته‌ها:  مقادیر بهینه بر اساس روش RSM برای7/16 pH=، دز جاذب g/L 3/04، زمان تماس min 91/48 و غلظت اولیه آرسنات mg/L 9/71 تعیین شد. ایزوترم لانگمویر با R2 بیش از 0/9904 برای آرسنات، بهترین نمودار برای داده‌های آزمایش است. حداكثر میزان جذب آرسنات بر اساس مدل ایزوترم لانگمویر mg/g 135/14بدست آمد. بررسی كینتیك جذب نشان داد كه جذب آرسنات از مدل شبه درجه دوم تبعیت می‌كند. نتیجه‌گیری: مطالعه حاضر نشان داد كه فرایند جذب به pH وابسته بوده و با افزایش pH توانایی گروه‌ آمینی موجود در كیتوزان برای پروتونه شدن كاهش یافته كه نتیجه این عمل كاهش راندمان حذف آرسنات در pH بالا است.

Background and Objective: Arsenic is one of the most toxic pollutants in groundwater and surface water. Arsenic could have lots of adverse impacts on human health. Therefore, access to new technologies is required to achieve the arsenic standard. Materials and Methods: The present study was conducted at laboratory scale in non-continuous batches. The adsorbent of zero-valent iron nanoparticles -Chitosan was produced through reducing ferric iron by sodium borohydride (NaBH4) in the presence of chitosan as a stabilizer. At first, the effect of various parameters such as contact time (5-120 min), pH (3-10), adsorbent dose (0.3-3.5 g/L) and initial concentration of arsenate (2-10 mg/L) were investigated on process efficiency. Then optimum conditions in terms of contact time, pH, adsorbent dose and initial concentration of arsenate were determined by RSM method. Freundlich and Langmuir isotherm model equilibrium constant, pseudo-first and second order kinetic constants were calculated. The residual arsenate was measured y using ICP-AES. Results: The optimum values based on RSM for pH, absorbent dose, contact time, and initial concentration of arsenate were 7.16, 3.04 g/L, 91.48 min, and 9.71 mg/L respectively. Langmuir isotherm with R2= 0.9904 for Arsenate was the best graph for the experimental data. According to Langmuir isotherm model, the maximum amount of arsenate adsorption was 135.14mg/g. . The investigation of arsenate adsorption kinetics showed that arsenate adsorption follows the pseudo-second kinetics model. Conclusion: This research showed that the adsorption process is depended on pH. With increasing pH, the ability of amine groups in chitosan are decreased to protonation, caused to decrease the efficiency of arsenate removal at high pH.