بررسی کاربرد طراحی آزمایش در حذف رنگ متیلن بلو از محلول آبی توسط کربن فعال عامل‌دار شده نسترن وحشی

نوع مقاله : علمی-پژوهشی

نویسندگان

باشگاه پژوهشگران جوان و نخبگان واحد اراک- دانشگاه آزاد اسلامی- اراک- ایران

چکیده

هدف از این مطالعه ارزیابی عملکرد کربن فعال میوه نسترن وحشی عامل‌دار شده با تترا اتیلن پنتا آمین است که توسط موج‌های مایکروویو برای حذف رنگ متیلن بلو از محلول آبی تهیه شده است. بررسی ویژگی‌های ساختاری و ریخت شناسی جاذب فعال شده با استفاده از فناوری‌های گوناگون تجزیه‌ای مانند طیف سنجی فروسرخ تبدیل فوریه و میکروسکوپ الکترونی روبشی نشر میدانی انجام شد. ریخت شناسی سطح و وضعیت فیزیکی سطح جاذب، ریخت شناسی متخلخلی را نشان می‌دهد که دارای منافذ متعدد و عمیق مناسب برای جذب رنگ است. از طراحی آزمایش تاگوچی برای یافتن بهترین شرایط برای حذف رنگ متیلن بلو از محلول آبی استفاده شد. اثر متقابل پارامترهای گوناگون مانند pH، دوز جاذب، زمان واکنش، غلظت اولیه رنگ و درجه گرما، در 3 سطح گوناگون با استفاده از روش تاگوچی L27 مورد بررسی قرار گرفت. تجزیه و تحلیل داده‌ها با استفاده از واریانس یک طرفه و محاسبه سرعت سیگنال به نویز انجام شد. بر اساس نسبت سیگنال به نویز، شرایط بهینه فرایندpH   برابر 4، دوز جاذب 03/0 گرم، زمان تماس 30 دقیقه، غلظت اولیه مگابایت 25 میلی‌گرم در لیتر و دمای 298 کلوین بود. با توجه به نتیجه‌های واریانس یک طرفه، تأثیر فاکتورهای قابل کنترل به ترتیب نزولی عبارت‌اند از pH > دز جاذب > دما > غلظت اولیه رنگ > زمان تماس. علاوه بر این، رفتار جذب این جاذب به خوبی با مدل هم‌دما لانگمیور و مدل جنبشی شبه دوم مطابقت دارد. کل فرایند جذب رنگ متیلن بلو بر روی این جاذب در شرایط استاندارد به‌صورت خود به خودی و گرمازا است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

مراجع

[1] Sadegh H., Shahryari-Ghoshekandi R., Agarwal S., Tyagi I., Asif M., Gupta V.K., Microwave-Assisted Removal of Malachite Green by Carboxylate Functionalized Multi-Walled Carbon Nanotubes: Kinetics and Equilibrium Study, J. Mol. Liq., 206: 151-158 (2015).
]2[ قربانی م.، باقریان ع.،  بهینه‌سازی جذب سطحی با روش طراحی آزمایش پاسخ-سطح برای رنگ آسترازون آبی توسط رزین کوپلیمر استایرن- دی وینیل بنزن سولفونه شده، نشریه شیمی و مهندسی شیمی ایران، (1)35: 25 تا 37 (1395).
[3] Al-Amrani W.A., Lim P.E., Seng C. E., Wan Ngah W.S., Bioregeneration of Azo Dyes-Loaded Monoamine Modified Silica in Batch System: Effects of Particle Size and Biomass Acclimation Condition, Chem. Eng. J., 251: 175-182 (2014).
[4] Urgun-Demirtas M., Benda P.L., Gillenwater P.S., Negri M.C., Xiong H., Snyder S.W., Achieving Very Low Mercury Levels in Refinery Wastewater by Membrane Filtration, J. Hazard. Mater., 215-216: 98-107 (2012) 
[5] Khataee A.R., Dehghan G., Optimization of Biological Treatment of a Dye Solution by Macroalgae Cladophora sp. using Response Surface Methodology, J. Taiwan Inst, Chem. Eng., 42: 26-33 (2011)
]6[ نبوی س.ر.، عباسی م.، روحی م.، حذف رنگزای مستقیم آبی 71 (DB71) از محیط آبی در یک راکتور فوتوکاتالیستی بستر ثابت دارای دانه‌های لیکای پوشش داده شده با نانوذره‌هایTiO2-Ce، نشریه شیمی و مهندسی شیمی ایران، (2)39: ٧٥ تا ٨٨ (١٣٩٩).
]7[ انصاری ر.، محمودی ن.، استوار ف.، سنتز و کاربرد نانو رشته‌های منگنز دی اکسید برای حذف رنگزای کاتیونی از آب، نشریه شیمی و مهندسی شیمی ایران، (1)38: 17 تا 28 (1398).
[8] Rafatullah M., Sulaiman O., Hashim R., Ahmad A., Adsorption of Methylene Blue on Low-Cost Adsorbents: A Review, J. Hazard. Mater., 177: 70-80 (2010).
[9] Acar I., Bal A., Güçlü G., Adsorption of Basic Dyes from Aqueous Solutions by Depolymerization Products of Post-Consumer PET Botles, Clean: Soil, Air, Water., 40: 325-333 (2012).
[10] Gundogdu A., Duran C., Senturk H.B., Soylak M., Ozdes D., Serencam H., Imamoglu M., Adsorption of Phenol from Aqueous Solution on a Low-Cost Activated Carbon Produced from Tea Industry Waste: Equilibrium, Kinetic, and Thermodynamic Study, J. Chem. Eng. Data., 57: 2733-2743 (2012).
[11] Ghaedi M., Hajjati S., Mahmudi Z., Tyagi I., Agarwal S., Maity A., Gupta V.K., Modeling of Competitive Ultrasonic Assisted Removal of the Dyes – Methylene Blue and Safranin-O using Fe3O4 Nanoparticles, Chem. Eng. J., 268: 28-37 (2015).
[12] Youcef R., Sabba N., Benhadji A., Djelal H., Fakhfakh N., Taleb Ahmed M., Nanofiltration Treatment of Industrial Wastewater Doped with Organic Dye: A Study of Hydrodynamics and Specific Energy, Proc., 10: 1-17 (2022).
[13] Robati D., Mirza B., Rajabi M., Moradi O., Tyagi I., Agarwal S., Gupta V.K., Removal of Hazardous Dyes-BR 12 and Methyl Orange Using Graphene Oxide as an Adsorbent from Aqueous Phase. Chem. Eng. J., 284: 687-697 (2016).
]14[ محمدی ر.، معصومی ب.، صادقی و.، بررسی میزان جذب سطحی متیل اورانژ با استفاده از نانوکامپوزیت Ag-TiO2/GO، نشریه شیمی و مهندسی شیمی ایران، (1)37: 113 تا 124 (1397).
]15[ قنادزاده گیلانی ح.، معصومی ح.، حقیقی پور ث.، بررسی جذب سطحی فسفریک اسید از محیط آبی توسط جاذب‌های طبیعی، نشریه شیمی و مهندسی شیمی ایران، (1)41: 175 تا 192 (1399).
 [16] Ghaedi M., Reza Rahimi M., Ghaedi A.M., Tyagi I., Agarwal S., Gupta V.K., Application of Least Squares Support Vector Regression and Linear Multiple Regression for Modeling Removal of Methyl Orange onto Tin Oxide Nanoparticles Loaded on Activated Carbon and Activated Carbon Prepared from Pistacia Atlantica Wood, J. Colloid Interface Sci., 461: 425-434 (2016).
[17] Najafi F., Moradi O., Rajabi M., Asif M., Tyagi I., Agarwal S., Gupta V.K., Thermodynamics of the Adsorption of Nickel Ions from Aqueous Phase Using Graphene Oxide and Glycine Functionalized Graphene Oxide, J. Mol. Liq., 208: 106-113 (2015).
]18[ قنادزاده گیلانی ح.، معصومی ح.، یحیی زاده ف.ص.، بررسی جذب نیکل از محیط آبی توسط کربن پوست پرتقال، نشریه شیمی و مهندسی شیمی ایران، (1400) ]آماده انتشار [.
[19] Mashhadi S., Sohrabi R., Javadian H., Ghasemi M., Tyagi I., Agarwal Sh., Gupta V.K., Rapid Removal of Hg (II) from Aqueous Solution by Rice Straw Activated Carbon Prepared by Microwave-assisted H2SO4 Activation: Kinetic, Isotherm and Thermodynamic Studies, J. Mol. Liq., 215: 144-153 (2016)
[20] Ghasemi M.,  Mashhadi S.,  Asif M.,  Tyagi I.,  Agarwal Sh.,  Gupta V.K., Microwave-Assisted Synthesis of Tetraethylenepentamine Functionalized Activated Carbon with High Adsorption Capacity for Malachite Green Dye. J. Mol. Liq., 213: 317-325 (2016).
[21] Wang M., Hao F., Li G., Huang J., Bao N., Huang L., Preparation of Enteromorpha Prolifera-Based Cetyl Trimethyl Ammonium Bromide-Doped Activated Carbon and its Application for Nickel (II) Removal Ecotoxicol, Environ. Saf., 104: 254-262 (2014).
[22] Mahmoodi N.M., Masrouri O., Arabi A.M., Synthesis of Porous Adsorbent Using Microwave Assisted Combustion Method and Dye Removal, J. Alloys. Compd., 602: 210-220 (2014).
[23] Ghasemi M., Khosroshahy M.Z., Abbasabadi A.B., Ghasemi N., Javadian H., Fattahi M., Microwave-assisted Functionalization of Rosa Canina-L Fruits Activated Carbon with Tetraethylenepentamine and its Adsorption Behavior Toward Ni (II) in Aqueous Solution: Kinetic, Equilibrium and Thermodynamic Studies, Powder. Technol., 274: 362-371 (2015).
[24] Ghasemi M., Ghasemi N., Zahedi G., Alwi S.R.W., Goodarzi M., Javadian H., Kinetic and Equilibrium Study of Ni(II) Sorption from Aqueous Solutions onto Peganum Harmala-L. Int. J. Environ. Sci. Technol., 11: 1835-1844 (2014).
[25] Dehghani M.H., Taher M.M., Bajpai A.K., Heibati B., Tyagi I., Asif M., Agarwal S., Gupta V.K., Removal of Noxious Cr (VI) Ions Using Single-Walled Carbon Nanotubes and Multi-Walled Carbon Nanotubes, Chem. Eng. J., 279: 344-352 (2015).
[26] Nekouei F., Nekouei S., Tyagi I., Gupta V.K., Kinetic, Thermodynamic and Isotherm Studies for Acid Blue 129 Removal from Liquids Using Copper Oxide Nanoparticle-Modified Activated Carbon as a Novel Adsorbent, J. Mol. Liq., 201: 124-133 (2015).
]27[ قنادزاده گیلانی ح.، معصومی ح.، یوسفی م.، مطالعه مقایسه حذف فلز روی با استفاده از ریزجلبک اسپیرولینا خام و اصلاح شده با نانو جاذب مغناطیسی، نشریه شیمی و مهندسی شیمی ایران، (2)41: 57 تا 70 (1401).
[28] Sadegh H., Shahryari-Ghoshekandi R., Agarwal S., Tyagi I., Asif M., Gupta V.K., Microwave-Assisted Removal of Malachite Green by Carboxylate Functionalized Multi-Walled Carbon Nanotubes: Kinetics and Equilibrium Study, J. Mol. Liq., 206: 151–158 (2015).
]29[ آقایی ح.، سیف ا.، منجمی م.، برمکی ز.، مطالعه سینتیکی و ترمودینامیکی جذب یون کروم (III) از فاز آبی توسط نانولوله کربنی عامل‌دار شده، نشریه شیمی و مهندسی شیمی ایران، (2)41: 37 تا 55 (1401).
]30[ رحیمی ک.، ریاحی س.، عباسی م.، فخروئیان ز.، عامل‌دار کردن نانولوله‌های کربنی چند دیواره با دی آمین به منظور افزایش جذب کربن دی اکسید، نشریه شیمی و مهندسی شیمی ایران، (2)40: 73 تا 81 (1400).
[31] Gupta V.K., Tyagi I., Agarwal S., Sadegh H., Shahryari-ghoshekandi R., Yari M., Yousefi-nejat O., Experimental Study of Surfaces of Hydrogel Polymers HEMA, HEMA–EEMA–MA, and PVA as Adsorbent for Removal of Azo Dyes from Liquid Phase. J. Mol. Liq., 206: 129-136 (2015).
[32] Ghaedi M., Hajjati S., Mahmudi Z., Tyagi I., Agarwal S., Maity A., Gupta V.K., Modeling of Competitive Ultrasonic Assisted Removal of the Dyes – Methylene Blue and Safranin-O Using Fe3O4 Nanoparticles, Chem. Eng. J., 268: 28-37 (2015).
[33] Asfaram A., Ghaedi M., Agarwal S., Tyagi I., Gupta V.K., Removal of Basic Dye Auramine-O by ZnS:Cu Nanoparticles Loaded on Activated Carbon: Optimization of Parameters Using Response Surface Methodology with Central Composite Design, RSC. Adv., 5(24): 18438-18450 (2015).
[34] Foo K.Y., Hameed B.H., Microwave-Assisted Preparation of Oil Palm Fiber Activated Carbon for Methylene Blue Adsorption, Chem. Eng. J., 166(2): 792-795 (2011).
[35] Gupta V.K., Nayak A., Agarwal S., Tyagi I., Potential of Activated Carbon from Waste Rubber Tire for the Adsorption of Phenolics: Effect of Pre-Treatment Conditions, J. Colloid Interface Sci., 417: 420-430 (2014).
[36] Robati D., Mirza B., Rajabi M., Moradi O., Tyagi I., Agarwal S., Gupta V.K., Removal of Hazardous Dyes-BR 12 and Methyl Orange using Graphene Oxide as an Adsorbent from Aqueous Phase, Chem. Eng. J., 284: 687-697 (2016).
[37] Gupta V.K., Nayak A., Agarwal S., Chaudhary M., Tyagi I., Removal of Ni (II) Ions from Water Using Scrap Tire, J. Mol. Liq., 190: 215-222 (2014).
[38] Agarwal S., Tyagi I., Gupta V.K., Mashhadi S., Ghasemi M., Kinetics and Thermodynamics of Malachite Green Dye Removal from Aqueous Phase using Iron Nanoparticles Loaded on Ash, J. Mol. Liq., 223: 1340-1347 (2016).
[39] Yeşilada E., “Biodiversity in Turkish Folk Medicine, in: B. Sener (Ed.), Biodiversity: Biomolecular Aspects of Biodiversity and Innovative Utilization, Kluwer Academic/ Plenum Publishers”, London, 119–135 (2002).
[40] Ghasemi M., Mashhadi S., Azimi-Amin J., Fe3O4 /AC Nanocomposite as a Novel Nano Adsorbent for Effective Removal of Cationic Dye: Process Optimization based on Taguchi Design Method, Kinetics, Equilibrium and Thermodynamics, J. Wat. Envi. Nanotec., 3(4): 321-336 (2018).
]41[ حسینی س.ق.، کاشی ا.، بذرافشان ا.، بررسی اثر عامل‌های تبلور سرمایشی بر ریخت‌شناسی بلورهای آمونیوم پرکلرات با روش طراحی آزمایش تاگوچی، نشریه شیمی و مهندسی شیمی ایران، (4)37: 223 تا 233 (1397).
[42] Agarwal S., Tyagi I., Gupta V.K., Ghasemi N., Shahivand M., Ghasemi M., Kinetics, Equilibrium Studies and Thermodynamics of Methylene Blue Adsorption on Ephedra Strobilacea Saw Dust and Modified Using Phosphoric Acid and Zinc Chloride, J. Mol. Liq., 218: 208-218 (2016).
]43[ کامرانی فر م.، رضایی ا.، طاهری ا.، منگلی زاده ن.ا.، پورزمانی  ح.ر.، کارایی حذف رنگ نساجی ریکازول بلک بی به وسیله جاذب کیتوزان از محلول‌های آبی، مجله دانشگاه علوم پزشکی رفسنجان، (10)15: ۹۴۲ تا ۹۲۹ (1395).
]44[ ملکوتیان م.، اسدی م.، محوی ا.ح.، حذف رنگ راکتیو بلو 19 از فاضلاب صنایع رنگرزی به وسیله فرآیند الکتروفتون، مجله علوم و تکنولوژی محیط زیست، (1)16: 159 تا 167 (1393).
]45[ موسوی س.پ.، امام جمعه م.م.، بررسی هم دما و سینتیک جذب رنگ راکتیو آبی 19 از محلول‌های آبی توسط نانوتیوب‌های کربنی چند جداره، مجله دانشگاه علوم پزشکی شهرکرد، (1)16: 72 تا 80 (1393).
[46] Manna S., Roy D., Saha P., Gopakumar D., Thomas S., Rapid Methylene Blue Adsorption using Modified Lignocellulosic Materials, Proc. Saf. Enviro. Pro., 107: 346-356 (2017).
[47] Shao H., Li Y., Zheng L., Chen T., Liu J., Removal of Methylene Blue by Chemically Modified Defatted Brown Algae Laminaria Japonica, Jour. Tai. Ins. Chem. Eng., 80: 525-532 (2017).
[48] Mashhadi S., Javadian H., Ghasemi M., Saleh A.T., Gupta S.V.K., Microwave-Induced H2SO4 Activation of Activated Carbon Derived from Rice Agricultural Wastes for Sorption of Methylene Blue from Aqueous Solution, Des. Wat. Treat., 57: 21091-21104 (2016).
[49] Yakout S.M., Hassan M.R., El-Zaidy M.E., Shair O.H., Salih A.M., Kinetic Study of Methyl Orange Adsorption on Activated Carbon Derived from Pine (Pinus Strobus) Sawdust, Bio. Res., 14(2): 4560-4574 (2019).
[50] Ghasemi M., Naushad M., Ghasemi N., Khosravi-fard Y., Adsorption of Pb(II) from Aqueous Solution Using New adsorbents Prepared from Agricultural Waste: Adsorption Isotherm and Kinetic Studies, J. Ind. Eng. Chem., 20: 2193-2199 (2014).
[51] Ghasemi M., Naushad M., Ghasemi N., Khosravi-fard Y., A Novel Agricultural Waste Based Adsorbent for the Removal of Pb(II) from Aqueous Solution: Kinetics, Equilibrium and Thermodynamic Studies, J. Ind. Eng. Chem., 20: 454-461 (2014).
[52] Ghasemi M., Khosroshahy M.Z., Abbasabadi A.B., Ghasemi N., Javadian H., Fattahi M., Microwave-assisted functionalization of Rosa Canina-L fruits activated carbon with tetraethylenepentamine and its adsorption behavior toward Ni(II) in aqueous solution: Kinetic, equilibrium and thermodynamic studies. Pow.r Tec., 274: 362-371 (2015).
[53] Ghaedi M., Kokhdan S.N., Removal of Methylene Blue from Aqueous Solution by Wood Millet Carbon Optimization Using Response Surface Methodology, Spectro. Acta. Pa. A., 136: 141-148 (2015).
[54] Kumar P.S., Ramalingam S., Sathishkumar K., Removal of Methylene Blue Dye from Aqueous Solution by Activated Carbon Prepared from Cashew Nut Shell as a New Low-Cost Adsorbent, Korean J. Chem. Eng., 28: 149-155 (2011).
[55] Dehghani M.H., Dehghan A., Alidadi H., Dolatabadi M., Mehrabpour M., Converti A., Removal of Methylene Blue Dye from Aqueous Solutions by a New Chitosan/Zeolite Composite from shrimp waste: Kinetic and equilibrium study, Korean J. Chem. Eng., 34: 1699-1707 (2017).
[56] Nitayaphat W., Jintakosol T., Engkaseth K., Wanrakakit Y., Removal of Methylene Blue from Aqueous Solution by Coffee Residues. Chiang Mai J. Sci., 42: 407-416 (2015).
[57] Su C.X.H., Teng T.T., Alkarkhi A.F.M., Low L.W., Imperata Cylindrica (Cogongrass) as an Adsorbent for Methylene Blue Dye Removal: Process Optimization, Water. Air. Soil. Poll., 5: 225 (2014).

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار