حذف یون فلوئورید از محلول آبی با استفاده از نانو‌کامپوزیت هیدروژل بر پایه نشاسته - سدیم آکریلات - نانوآلومینیم‌ اکسید

نوع مقاله: پژوهشی

نویسندگان

اراک، دانشگاه اراک، دانشکده فنی و مهندسی، گروه مهندسی شیمی، کد پستی ۸۳۴۹-۳۸۱۵۶

چکیده

وجود یون فلوئورید در آب از نظر آثار مفید و مضر بر سلامت انسان مورد توجه قرار گرفته است. هدف از این پژوهش، بررسی اثر نانو‌کامپوزیت هیدروژل بر پایه نشاسته- سدیم آکریلات/ نانوذرات آلومینیم ‌اکسید بر کارایی حذف فلوئورید از آب آشامیدنی و پساب‌های صنعتی است. آزمون‌ها در سامانه ناپیوسته و با تغییر فاکتورهای مؤثر مانند زمان تماس، غلظت اولیه یون فلوئورید در محلول، pH محلول، نسبت وزنی نشاسته به آکریلیک اسید و درصد وزنی نانوذرات آلومینیم ‌اکسید در نانو کامپوزیت هیدروژل تهیه شده بر جذب تعادلی و دینامیک یون فلوئورید بررسی شده است. داده‌های همدمای جذب حاصل از این پژوهش با مدل لانگمویر و فروندلیچ و داده‌های سینتیک جذب با مدل‌های شبه درجه اول و شبه درجه دوم تطبیق داده شده است. نتایج نشان داد، pH بهینه برای جاذب در محدوده ۵ تا ۷ بوده است. همچنین کارایی حذف فلوئورید با کاهش غلظت اولیه آن افزایش یافته است. نانو کامپوزیت هیدروژل تهیه شده (۴ درصد وزنی نانوذرات آلومینیم ‌اکسید) در ۶/۸ = pH و غلظت ppm 5 از یون فلوئورید در مدت زمان ۲۴۰ دقیقه و در دمای ۲۵ درجه سلسیوس، ۶۰ درصد از مقدار اولیه یون فلوئورید را جذب کرد. در همین شرایط، مقدار جذب تعادلی یون فلوئورید (پس از ۲۴ ساعت)، ۸۵ درصد برای محلول با غلظت 5ppm  و ۶۸ درصد برای محلول با غلظت 10 ppm  اندازه‌گیری شد. جذب یون‌های فلوئورید با مدل لانگمیر همراه است. سینتیک جذب  فلوئورید روی نانو‌کامپوزیت هیدروژل به کمک مدل شبه درجه اول بهتر توصیف شد. نتایج نشان داد نانو‌کامپوزیت هیدروژل استفاده شده در این مطالعه ظرفیت جذب قابل ملاحظه‌ای برای حذف فلوئورید دارد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Removal of Fluoride Ion from Aqueous Solution by Nanocomposite Hydrogel Based on Starch/Sodium Acrylate/Nano Aluminum Oxide

نویسندگان [English]

  • Aboulfazl Barati
  • Zohreh Eskandari
  • S. Taghi Miri
  • Mahdieh Asgari
Department of Chemical Engineering, Faculty of Engineering, Arak University, 38156-8-8349, Iran
چکیده [English]

Determination of fluoride in drinking water has received increasing interest, due to its beneficial and detrimental effects on health. Contamination of drinking water by fluoride can cause potential hazards to human health. In recent years, considerable attention has been given to different methods for the removal of fluoride from drinking and waste waters. The aim of this research was to investigate the effect of nano composite hydrogel based on starch/sodium acrylate/aluminum oxide in reduction of fluoride concentration in drinking water and industrial waste water. In a batch system, the dynamic and equilibrium adsorption of fluoride ions were studied with respect to changes in determining parameters such as pH, contact time, initial fluoride concentration, starch/acrylic acid weight ratio and weight percent of nano aluminum oxide. The obtained equilibrium adsorption data were fitted with Langmuir and Freundlich models, as well as the kinetic data with pseudo-first order and pseudo- second order models. The results showed that optimum pH was found to be in the range of 5 to 7. Removal efficiency of fluoride was increased with decreases in initial concentration of fluoride. Sixty percent of initial value of fluoride solution was removed by nano composite hydrogel (4 wt% of nano aluminum oxide) at 240 min (initial fluoride concentration = 5 ppm, pH 6.8 and temperature = 25ºC). Under the same condition, the equilibrium adsorption of fluoride ions was 85% and 68% for initial solution concentration of 5 and 10 ppm, respectively. Adsorption isotherm data showed that the fluoride sorption followed the Langmuir model. Kinetics of sorption of fluoride onto nano composite hydrogel was described by pseudo-first order model.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Nanocomposite
  • Hydrogel
  • fluoride ion
  • starch
  • Aluminum oxide