مدل سازی و بهینه سازی حذف یون نیکل (Ⅱ) از محلول های آبی توسط هیدروژل سدیم کربوکسی متیل سلولز اتصال عرضی شده با کلرید فریک

زمینه و هدف: در سال های اخیر، استفاده از پلیمرهای زیست سازگار و تجدیدپذیر به عنوان جاذب های کارآمد برای حذف فلزات سنگین از منابع آبی، توجه زیادی را به خود جلب کرده است. در این پژوهش، کارایی هیدروژل سدیم کربوکسی متیل سلولز (CMC) اتصال عرضی شده با کلرید فریک به عنوان یک جاذب ارزان قیمت و موثر برای حذف نیکل از محلول های آبی مورد بررسی قرار گرفت. مواد و روش ها: در این پژوهش، هیدروژل CMC از طریق فرآیند اتصال عرضی شیمیایی با کلرید فریک سنتز شد. ویژگی های ساختاری این هیدروژل با استفاده از طیف سنجی مادون قرمز (FTIR) و میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) مورد ارزیابی قرار گرفت. شرایط بهینه برای حذف نیکل با بهره گیری از روش سطح پاسخ (مدل باکس-بنکن) و بررسی تاثیر متغیرهای کلیدی شامل غلظت اولیه نیکل، pH، دوز جاذب و زمان تماس تعیین شد. یافته ها: تحلیل های FTIR و SEM نشان دادند که گروه های عامل کربوکسیل و هیدروکسیل موجود در ساختار هیدروژل و مورفولوژی خاص آن، جذب نیکل از محلول های آبی را از طریق مکانیسم های احتمالی مانند کلاتاسیون، برهم کنش های الکترواستاتیکی و تشکیل پیوندهای کوئوردیناسیونی تسهیل می کنند. بالاترین میزان حذف نیکل (%۸۸/۸۷) در شرایطی با غلظت اولیه۸۰ppm و pH ۷/۵، مقدار جاذب ۱/۵ گرم در لیتر و زمان تماس ۳۰ دقیقه حاصل شد. بررسی اثر متغیرها نشان داد که افزایش pH باعث بهبود حذف نیکل می شود، درحالی که دوز جاذب و زمان تماس تاثیر کمتری بر میزان حذف داشتند. همچنین، نتایج نشان داد که مدل آماری درجه دوم کاهش یافته (باکس-بنکن) به طور موثر داده های آزمایشگاهی را توصیف کرده و مقادیر پیش بینی شده آن با مقادیر مشاهده شده تطابق خوبی دارد. نتیجه گیری: نتایج مطالعه حاضر نشان از کارایی بالای هیدروژل CMC به عنوان یک جاذب پلیمری موثر در حذف یون نیکل از محلول های آبی با آلودگی متوسط، داشت. همچنین، نتایج به طور واضح بیان می کنند که حذف نیکل توسط این جاذب به شدت تحت تاثیر عوامل غلظت اولیه نیکل و pH محلول قرار دارد. در عین حال، اثرات زمان و دوز جاذب در مراحل بعدی فرایند از اهمیت زیادی برخوردار نبودند. برای مطالعات آینده، پیشنهاد می شود که ساختار CMC از طریق روش های پیشرفته اتصال عرضی اصلاح شده و ترکیب آن با مواد معدنی به منظور افزایش سطح ویژه، بار سطحی و در نهایت بهبود عملکرد و افزایش ظرفیت جذب مورد بررسی قرار گیرد.

کلیدواژه ها:

Heavy metals ، Adsorption ، Response Surface Methodology ، Biocompatible Polymers ، Optimization ، عناصر سنگین ، جذب سطحی ، روش سطح پاسخ ، پلیمرهای زیست سازگار ، بهینه سازی