جذب فلورايد توسط نانوذرات اكسيدآهن تثبيت شده بر روي دياتوميت: تعيين شرايط بهينه، سينتيك ها و ايزوترم هاي جذب

Adsorption of Fluoride using Diatomite-Supported Ferric Oxide Nanoparticles: Determination of Optimum Condition, Kinetics, and Adsorption Isotherms

زمینه و هدف: فلوئوروزیس دندانی و اسكلتی از مهم­ترین اثرات بهداشتی مواجهه طولانی مدت با مقادیر زیاد فلوراید در آب آشامیدنی هستند. در حال حاضر جذب سطحی یكی از روش ­های حذف فلوراید از آب است. هدف از این پژوهش بررسی كارایی جذب فلوراید توسط نانوذرات اكسید­آهن تثبیت شده بر روی دیاتومیت در شرایط مختلف آزمایش و تعیین سینتیك و ایزوترم­­های جذب است. روش بررسی: در این مطالعه، اثر پارامترهای pH (9/5-3/5)، زمان تماس (min 100-20)، دوز جاذب (g/L 5-1) و غلظت اولیه فلوراید (mg/L 25-5) مورد بررسی قرار گرفت. ویژگی­ های جاذب با تكنیك ­های XRD، XRF، FTIR وFESEM  مشخص گردید. همچنین ایزوترم­ های جذب لانگمویر و فروندلیچ بررسی گردید. یافته­ ها: نتایج نشان داد با افزایش زمان تماس، كاهش pH، افزایش دوز ­جاذب و كاهش غلظت اولیه فلوراید كارایی حذف افزایش می­ یابد. بالاترین راندمان جذب در pH معادل 3/5، زمان تماس min 70، دوز جاذب g/L 3 و غلظت اولیه فلوراید mg/L 5 مشاهده شد. كارایی جذب فلوراید در شرایط بهینه در حالت میانگین به میزان 81 درصد بدست آمد. مطالعات سینتیك نشان داد كه مدل شبه درجه اول مدل غالب بر شبه درجه دوم برای جذب یون فلوراید بر روی جاذب مورد مطالعه است. همچنین روابط مربوط به ایزوترم لانگمویر و فروندلیچ برای جذب یون فلوراید نشان داد ایزوترم فروندلیچ (0/9997=R2) برای توصیف فرایند جذب مناسب­ تر است. نتیجه­ گیری: مطالعه حاضر نشان داد دیاتومیت اصلاح شده با نانوذرات اكسیدآهن می­تواند به عنوان یك جاذب موثر در حذف یون فلوراید از محلول­ های آبی مورد استفاده قرار گیرد. كارایی جذب فلوراید وابسته به شرایط آزمایش و به ویژه تابع pH است.

Background and Objectives: Fluoride has both beneficial and detrimental effects on health. Therefore, it is important to determine its concentration in drinking water. Dental fluorosis and skeletal fluorosis are health effects caused by long term exposure to high levels of fluoride in drinking water. The aim of this research was to investigate fluoride removal using modified diatomite-supported ferric oxide nanoparticles and to determine the adsorption kinetics and isotherm. Materials and Methods: This fundamental and practical study was performed at laboratory scale. The effects of pH (3.5-9.5), contact time (20-100 min), adsorbent dosage (1-5 g/L), and initial concentrations of fluoride (5-25 mg/L) on the adsorption efficiency were evaluated. The properties of adsorbent were investigated using XRD, XRF, FTIR and FESEM. Finally, the suitability of pseudo first and second order kinetics, and Langmuir and Freundlich isotherms for the data were investigated. Results: This study showed that the removal efficiency of F- increased with increase in contact time, decrease in pH, increase in adsorbent dose, and increase in initial fluoride concentration. The highest removal efficiency was observed at pH=3.5, 60 minutes contact time, and 3 g/L of adsorbent dose in the initial concentration of 5 mg/L F-. Pseudo first order and Freundlich were the best fitted kinetic and isotherm models, respectively, for describing F- adsorption process. Conclusion: The present study indicates that the modified diatomite-supported ferric oxide nanoparticles can be used as an effective and environmentally friendly biosorbent for the removal of fluoride ions from aqueous solutions.