حذف رقابتي يون فلزات سنگين (سرب، مس و روي) در يك ستون بستر ثابت مغناطيسي توسط نانوذرات مغناطيسي Fe3O4 و بررسي عوامل فرايندي

در اين پژوهش، كارايي جاذب نانوذرات مغناطيسي اكسيدآهن با پوشش پلي وينيل پيروليدون در حذف رقابتي يون‌هاي سنگين سرب، مس و روي از محلول‌هاي آبي در دو سامانه ناپيوسته و ستون بستر ثابت بررسي شد. نتايج سينتيك ناپيوسته نشان داد كه بيش از%80 ظرفيت جذب نهايي در 30 دقيقه اول حاصل مي‌شود. مدل سينتيك شبه مرتبه دوم بهترين تطابق را با داده‌هاي تجربي نشان داد. هم‌دماي جذب نيز از مدل لانگموير پيروي كرد و ظرفيت جذب بيشينه براي يون‌هاي سرب، مس و روي به ترتيب 46، 41 و 26mg/g تعيين گرديد. ترتيب تمايل جذب يون‌هاي فلزات سنگين برسطح نانوذرات به‌صورت سرب ‎>مس ‎>روي است كه اين رفتار به تفاوت در ويژگي‌هاي فيزيكي وشيميايي يون‌ها نسبت داده مي‌شود. افزايش مقدار جاذب از 0/05 به 0/1g موجب بهبود زمان شكست ستون و افزايش بازده كلي جذب از مقادير 33، 20 و11% به 45، 26و 19% براي يون‌هاي سرب، مس و روي گرديد. كاهش دبي محلول ورودي از 10 به 5mL/min سبب افزايش قابل‌توجه زمان شكست (تا 34 دقيقه براي يون سرب) و زمان اشباع (بيش از105 دقيقه) شد. همچنين بازده كلي ستون در اين شرايط به ترتيب براي سرب، مس و روي 14، 18و %21 ارتقاء يافت. با افزايش غلظت اوليه از 10 به 20mg/L ، اگرچه ظرفيت جذب افزايش يافت، اما بازده كلي كاهش پيدا كرد. اين پژوهش نشان مي‌دهد كه مشخصه‌هاي عملياتي ستون تأثير معناداري بر كارايي جذب رقابتي يون‌هاي فلزات سنگين دارند.

In this study, polyvinylpyrrolidone (PVP)-coated Fe3O4 magnetic nanoparticles were eva‎luated as an adsorbent for the competitive removal of lead, copper, an‎d zinc ions from aqueous solutions in both batch an‎d fixed bed column systems. Batch kinetic results indicated that more than 80% of the equilibrium adsorption capacity was achieved within the first 30 minutes, with the pseudo-second-order kinetic model providing the best fit to the experimental data. Adsorption isotherms were well described by the Langmuir model, yielding maximum adsorption capacities of 46, 41, an‎d 26 mg/g for lead, copper, an‎d zinc, respectively. The adsorption affinity of the metals followed the order Pb ‎> Cu ‎> Zn, which can be attributed to differences in their physicochemical properties. Increasing the adsorbent dosage from 0.05 to 0.1 g enhanced the column breakthrough time an‎d improved the overall removal efficiency from 33%, 20%, an‎d 11% to 45%, 26%, an‎d 19% for lead, copper, an‎d zinc, respectively. Moreover, reducing the influent flow rate from 10 to 5 mL/min significantly prolonged the breakthrough time (up to 34 minutes for lead) an‎d saturation time (exceeding 105 minutes), resulting in improved column efficiencies of 14%, 18%, an‎d 21% for lead, copper, an‎d zinc, respectively. Although increasing the initial metal concentration from 10 to 20 mg/L led to higher adsorption capacities, a decrease in overall removal efficiency was observed. These findings demonstrate that column operating parameters play a crucial role in the competitive adsorption performance.

نسرين اعتصامي

احمد محب , ارجمند مهرباني زين آباد