سنتز جاذب نانوكامپوزيت مغناطيسي و حذف يون ‌Pb(II) از پساب: اپتيمم ‌سازي و مدلسازي فرآيند جذب

Synthesis of magnetic nanocomposite adsorbent for removal of Pb(II) ion from wastewater: absorption modeling and optimizing

در مطالعه حاضر نانوكامپوزيت مغناطيسي بر پايه آهن و آمين (Fe3O4NH2) به روش سالووترمال و گرفتينگ سنتز و به عنوان جاذب براي حذف يونPb(II) از پساب ساختگي مورد استفاده قرار گرفت. براي شناسايي مشخصات ساختاري مواد سنتز شده، ازآناليزهاي XRD و FTIR استفاده شد. روش پاسخ سطحي (RSM)، به منظور ايجاد شرايط بهينه و بررسي اثرات متقابل مهمترين پارامترهاي جذب براي حذف Pb(II) با استفاده از نانوكامپوزيت مغناطيسي Fe3O4NH2 بكار برده شد. بيشينه ظرفيت جذب و راندمان حذف يون Pb(II)در شرايط بهينه از قبيل (غلظت اوليه Pb(II) ( 187 mg/g)، دما ( 40 درجه سانتي گراد) ، مقدار جاذب ( 5/1 g/l) و 9/4pH=) به ترتيب 43/133 mg/g و 96% به دست آمد. با توجه به پارامترهاي ترموديناميكي Delta H و Delta G فرايند جذب به صورت خودبخودي و گرماگير است. داده هاي جذب تعادلي با استفاده از مدل هاي ايزوترمي لانگمير و فرندليچ بررسي و بيشينه ظرفيت جذب تعادلي لانگمير معادل 5/169 mg/g برآورد گرديد. بر اساس نتايج آزمايش سينتيك، بالاترين ميزان جذب در زمان 90 دقيقه اتفاق افتاد و فرايند جذب از مدل سينتيك شبه مرتبه دوم با بيشترين R2، و مقدار K2 برابر با 9/4 (g/mg min) مطابقت بيشتري داشت. بنابراين نانوكامپوزيت مغناطيسي مي تواند به عنوان جاذبي موثر جهت حذف يون Pb(II)از آب هاي آلوده به كار رود.

In this study, a magnetic nanocomposite based on aminofunctionalized magnetic nanoparticles (Fe3O4NH2) is synthesized by Grafting and Solvothermal methods. This nanocomposite is used as an adsorbent for the removal of Pb(II) ion from wastewater. Then, Xray powder diffraction (XRD) and Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR) techniques are implemented for investigations of structural changes of synthesized magnetic nanocomposite. Moreover, response surface methodology (RSM) is applied to obtain an optimal response of the interactions between the most important parameters in removal of Pb(II) by using Fe3O4NH2. Experimental results demonstrated that the maximum adsorption capacity and removal efficiency in optimal conditions, such as the (initial concentration Pb(II) (187 mg/g), temperature (40 deg C), adsorbent dosage (1.5 g /l) and pH=4.9) obtained (133.43 mg/g) and (96%) respectively. According to the thermodynamic parameters Delta H and Delta G, adsorption process was spontaneous and endothermic. In addition, the experimental data are analyzed by using the Langmuir and Freundlich isotherm models and the maximal equilibrium uptake capacity is obtained 169.5 mg/g. Finally, kinetic studies showed that the equilibrium time occurred at 90 minutes and the adsorption process by a good agreement with the secondorder kinetic model with the highest values of R2 and K2=4.9 (g/mg min). This study showed that a magnetic nanocomposite based on Fe3O4NH2 can be employed as an efficient adsorbent for the removal of Pb(II) from contaminated water sources.