در اين پژوهش، پس از سنتز هيدروژل بر پايه نشاسته، توانايي آن در حذف يون‌هاي فلزات سنگين سرب، مس و روي از محلول‌هاي تك‌جزئي و چندجزئي مورد بررسي قرار گرفت. نتايج نشان داد كه اين جاذب با مقدار كم و در زمان كوتاه راندمان جذب قابل‌توجهي دارد. بررسي اثر pH در بازه 2 تا 7 نشان داد كهpH برابر 5 شرايط بهينه را براي جذب فراهم مي‌كند. بررسي ايزوترم‌هاي لانگموير، فروندليچ و لانگموير-فروندليچ نشان داد كه داده‌هاي تجربي بهترين برازش را با مدل لانگموير و لانگموير-فروندليچ داشتند. حداكثر ظرفيت جذب بر اساس ايزوترم لانگموير در شرايط غيررقابتي براي يون‌هاي سرب، مس و روي به ترتيب 725، 212 و mg/g 183 به دست آمد. در شرايط رقابتي، ظرفيت جذب كاهش يافت و براي سرب، مس و روي به ترتيب 307، 81 و mg/g 49 محاسبه شد. ترتيب جذب براي هر دو حالت رقابتي و غيررقابتي به‌صورت روي ‎> مس ‎> سرب مشاهده گرديد. بيشترين جذب مربوط به سرب بود كه ناشي از الكترونگاتيوي بالاتر و شعاع يوني هيدراته كوچك‌تر آن نسبت به ساير يون‌ها است. بررسي سينتيك جذب با استفاده از مدل‌هاي شبه مرتبه اول، شبه مرتبه دوم و الوويچ انجام شد، نتايج نشان داد كه مدل شبه مرتبه دوم بهترين برازش را با داده‌هاي تجربي دارد. اثر مقدار جاذب بررسي شد، نتايج نشان داد كه در شرايط غيررقابتي، با افزايش مقدار جاذب تا g 07/0، ظرفيت حذف يون‌هاي مس و روي به بيش از 97 درصد و براي سرب بالاي 99 درصد رسيد، در شرايط رقابتي نيز با مقدار g 1/0 جاذب، راندمان حذف براي سرب، مس و روي به ترتيب بيش از 99، 98 و96 درصد بود. همچنين قابليت استفاده مجدد هيدروژل بررسي شد و نتايج نشان داد كه پس از سه چرخه جذب–واجذب هيدروژل سنتز شده بر پايه نشاسته پايداري خود را حفظ كرده و كاهش كمي در راندمان جذب مشاهده شد. با توجه به ويژگي‌هايي همچون هزينه پايين، زيست‌سازگاري و عملكرد مناسب، هيدروژل موردمطالعه مي‌تواند گزينه‌اي كارآمد براي حذف يون‌هاي فلزات سنگين از پساب‌ باشد.

In this study, after synthesizing a starch-based hydrogel, its ability to remove the heavy metal ions of lead, copper, an‎d zinc from single- an‎d multi-component solutions was investigated. The results showed that this adsorbent, even in small amounts an‎d within a short contact time, exhibited a remarkable adsorption efficiency. Examination of the effect of pH in the range of 2 to 7 revealed that pH 5 provided the optimal condition for adsorption. Analysis of Langmuir, Freundlich, an‎d Langmuir–Freundlich isotherms indicated that the experimental data fitted best to the Langmuir an‎d Langmuir–Freundlich models. Based on the Langmuir isotherm under non-competitive conditions, the maximum adsorption capacities for lead, copper, an‎d zinc ions were obtained as 725, 212, an‎d 183 mg/g, respectively. Under competitive conditions, the adsorption capacities decreased to 307, 81, an‎d 49 mg/g for lead, copper, an‎d zinc, respectively. The adsorption order in both competitive an‎d non-competitive systems was observed as Pb ‎> Cu ‎> Zn. The highest adsorption corresponded to lead, which can be attributed to its higher electronegativity an‎d smaller hydrated ionic radius compared to the other ions. Adsorption kinetics were eva‎luated using pseudo-first-order, pseudo-second-order, an‎d Elovich models; the results demonstrated that the pseudo-second-order model best described the experimental data. The effect of adsorbent dosage was also examined. Under non-competitive conditions, increasing the adsorbent amount up to 0.07 g led to removal efficiencies exceeding 97% for copper an‎d zinc an‎d above 99% for lead. Under competitive conditions, with 0.1 g of adsorbent, the removal efficiencies for lead, copper, an‎d zinc were over 99%, 98%, an‎d 96%, respectively. Furthermore, the reusability of the hydrogel was assessed, an‎d the results indicated that after three adsorption–desorption cycles, the starch-based hydrogel maintained its stability, showing only a slight decrease in adsorption efficiency. Considering its low cost, biocompatibility, an‎d satisfactory performance, the synthesized hydrogel can be regarded as an effective can‎didate for the removal of heavy metal ions from wastewater.

نسرين اعتصامي

طيبه بهزاد

حميد زيلوئي , سهيل ضرغامي