نشریه شیمی و مهندسی شیمی ایران

نشریه شیمی و مهندسی شیمی ایران

بهینه سازی فرایند جذب سطحی رنگ دی سولفین بلو توسط نانوذره ZnO-Cr نشانده شده برروی کربن فعال با استفاده از روش پاسخ سطح و مدل سازی با کمک شبکه عصبی مصنوعی

نوع مقاله : علمی-پژوهشی

نویسندگان
نادیه پارسازاده
فخری یوسفی
مهراونگ قائدی
رضوان کریمی
فاطمه بروسان
گروه شیمی، دانشکده علوم پایه، دانشگاه یاسوج، یاسوج، ایران
چکیده
در این پژوهش از جاذب نانوذره ZnO-Cr  نشانده شده بر کربن فعال به منظور حذف رنگ دی سولفین بلو استفاده شده و سپس با کمک شبکه عصبی مصنوعی میزان حذف آن را پیش ­بینی شد. اثر پارامترهای گوناگون شامل pH، مقدار جاذب، غلظت رنگ­ ها و زمان به ­هم خوردن روی درصد حذف به روش فناوری­ های طراحی آزمایش مورد بررسی و بهینه شد. همچنین مدل­ های سینتیکی و هم ­دماهای جذبی و همچنین پارامترهای ترمودینامیکی مورد بررسی، و قابلیت استفاده آن ­ها در شرایط بهینه ارزیابی شد. پس از تجزیه و تحلیل نتیجه­ ها و مقایسه نقطه­ های بهینه آن ­ها برای جاذب نانوذره ZnO-Cr  نشانده شده بر کربن فعال درصد حذف رنگ دی سولفین بلو 70/98 درصد به دست آمد. در پایان، فرایند جذب به وسیله­ی شبکه عصبی مصنوعی مدل ­سازی شد که در این مطالعه پارامترهای زمان، مقدار جاذب، pH و غلظت رنگ به عنوان ورودی­ های شبکه، و درصد حذف رنگ به عنوان هدف شبکه در نظر گرفته شد. برای مدل ­سازی فرایند حذف بالا به روش شبکه عصبی مصنوعی، 15 نورون  برای حذف رنگ دی سولفین بلو به عنوان نورون بهینه در این مدل انتخاب شد. همچنین میانگین مربع­ های خطا در نورون بهینه برای حذف توسط جاذب نانوذره ZnO-Cr، 10-5×17/7 به دست آمد که عددی نزدیک به صفر است. با توجه به مقدارهای میانگین خطای مطلق محاسبه شده در مدل شبکه عصبی مصنوعی و پاسخ سطح نتیجه ­ها بیانگر آن است که شبکه عصبی مصنوعی در تطابق با داده ­های تجربی نسبت به روش پاسخ سطح قادر به مدل سازی بهتری است.
کلیدواژه‌ها
روش پاسخ سطح
شبکه عصبی مصنوعی
جذب سطحی
نانوذره
اسپکتروفوتومتری

موضوعات

[1] Kannan N., Sundaram M. M., Kinetics and Mechanism of Removal of Methylene Blue by Adsorption on Various Carbons—A Comparative Study, Dyes Pigm., 51 (1): 25-40 (2001).
[2] Liu H., Li G., Qu J., Liu H., Degradation of Azo Dye Acid Orange 7 in Water by FeO/Granular Activated Carbon System in the Presence of Ultrasound, J. Hazard. Mater., 144 (1-2): 180-186 (2007).
[3] Purkait M.K., Maiti A., DasGupta S., De S., Removal of Congo Red Using Activated Carbon and Its Regeneration, J. Hazard. Mater., 145 (1): 287-295 (2007).
[4] Piperaki, E., Berndt, H., Jackwerth, E., Investigations on the Sorption of Metal Chelates on Activated Carbon,  Anal. Chim. Acta. 100: 589-596 (1978)
[5] Choi S. U. S., Enhancing Thermal Conductivity of Fluids with Nanoparticles, ASME Publications, 66: 99 (1995).
[6] Kuo C.Y., Water Purification of Removal Aqueous Copper (II) by as-grown and Modified Multi-Walled Carbon Nanotubes, Desalination, 249: 781-785 (2009).
[7] Peng X., Luan Z., Di Z., Zhang Z., Zhu C., Carbon Nanotubes-Iron Oxides Magnetic Composites as Adsorbent for Removal of Pb (II) and Cu (II) from Water, Carbon, 43: 880-883 (2005).
[8] Chen C.L., Wang X.K., Nagatsu M., Europium Adsorption on Multiwall Carbon Nanotube/Iron Oxide Magnetic Composite in the Presence of Polyacrylic Acid, Sci.Technol., 43: 2362-2367 (2009).
[9] Agarwal N.K., Mishra I.M., Removal of Congo Red from Aqueous Solution by Bagasse Fly Ash and Activated Carbon: Kinetic Study and Equilibrium Isotherm Analyses, Chemosphere., 61 (4): 492-501 (2005).
[10] Arayne M.S., Sultana N., SabahN. U.,Fabrication of Solid Nanoparticles for Drug Delivery, Pak. J. Pharm. Sci., 20: 251-259 (2007).
[11] Bhattacharyya K. G., Sarma A., Adsorption Characteristics of the Dye, Brilliant Green, on Neem Leaf Powder, Dyes Pigm., 57:211-222 (2007).
[12] Chen C. C., Lu C. S., Chung Y. C., JanJ. L., UV Light Induced Photodegradation of Malachite Green on Tio2 Nanoparticles, J. Hazard. Mater., 141: 520-528 (2007).
[13] Santhi T., Manonmani S., Smitha T., Removal of Malachite Green from Aqueous Solution by Activated Carbon Prepared from the Epicarp of Ricinus Communis by Adsorption,
J. Hazar. Mater., 179: 178-186 (2010).
[14] Ghaedi M., Heidarpour Sh., Kokhdan S. N., Sahraei R., Daneshfar A., Barazesh B., Comparison of Silver and Palladium Nanoparticles Loaded on Activated Carbon for Efficient Removal of Methylene Blue: Kinetic and Isotherm Study of Removal Process, Powder Tech., 228: 18-25 (2012).
[15] Ghaedi M., Hajati Sh., Barazesh B., Karimi F., Ghezelbash G. Saccharomyces Cerevisiae for the Biosorption of Basic Dyes from Binary Component Systems and the High Order Derivative Spectrophotometric Method for Simultaneous Analysis of Brilliant Green and Methylene Blue, J. Ind. Eng. Chem., 19: 227-233 (2013).
[16] Ghaedi M., Ghaedi A. M., Ansari A., Mohammadi F., Vafaei A., Artificial Neural Network and Particle Swarm Optimization for Removal of Methyl Orange by Gold Nanoparticles Loaded on Activated Carbon and Tamarisk, Spectrochim. Acta Mol. Biomol. Spectrosc., 132:639-654 (2014).
[17] Roosta M., Ghaedi M., Daneshfar A., Sahraei R., Asghari A., Optimization of the Ultrasonic Assisted Removal of Methylene Blue by Gold Nanoparticles Loaded on Activated Carbon Using Experimental Design Methodology, Ultrason. Sonochem., 21:242-252 (2014).
[18] Papari M. M., Yousefi F., Moghadasi J., Karimi H., Campo A., Modeling Thermal Conductivity Augmentation of Nanofluids Using Diffusion Neural Networks Campo, Int. J. Therm. Sci., 50:44-52(2011).
[19] Yousefi F., Mohammadiyan S., Karimi H., Viscosity of Carbon Nanotube Suspension Using Artificial Neural Networks with Principal Component Analysis, Heat Mass Transfer, 51: 47-51 (2015) .
[20] Jamshidi M., Ghaedi M., Dashtian K., Hajati S. and Bazrafshan A.A., Sonochemical Assisted Hydrothermal Synthesis of ZnO: Cr Nanoparticles Loaded Activated Carbon for Simultaneous Ultrasound-assisted Adsorption of Ternary Toxic Organic Dye: Derivative Spectrophotometric, Optimization, Kinetic and Isotherm Study, Ultrason. Sonochem., 32: 119-131 (2016).
[21] Box GEP., Wilson KB., On the Experimental Attainment of Optimum Conditions, J. R. Stat. Soc. B, 13: 1–45 (1951).
[22] Box GEP., Hunter J.S., A Confidence Region for the Solution of a Set of Simultaneous Equation with an Application to Experimental Design, Biometrika, 41: 190-199 (1954)
[23] De Boer J.H., 50 Endothermic Chemisorption and Catalysis, Adv. Catal., 9: 472-480 (1957).