مطالعه سینتیک و هم‌دمای جذب یون‎های سرب از محلول‌های آبی توسط رس مونتموریلونیت و منونتموریلونیت اصلاح شده با هگزادسیل تری متیل آمونیوم بروماید

زمینه و هدف: مونتموریلونیت به دلیل سطح ویژه و ظرفیت تبادل کاتیونی زیاد، در دسترس بودن و قیمت پایین به‌عنوان ماده جاذب برای طیف گسترده‌ای از آلاینده‌ها از جمله فلزات سنگین و ترکیبات آلی استفاده می‌شود؛ اما ساختار این نوع رس‌های طبیعی پایدار نیست و معمولا در فاضلاب‌ها در طی فرایند نفوذ، توسط مواد مضر موجود تخریب می‌شوند. در راستای حل این مشکل از سورفکتانت آلی هگزا دسیل تری‌متیل‌آمونیوم بروماید (hdtma) جهت اصلاح رس مونتموریلونیت استفاده شد. در مرحله بعدی حذف سرب با استفاده از رس مونتموریلونیت اصلاح شده (mt-h) بررسی شد. روش پژوهش: در این مطالعه مونتموریلونیت سدیم‌دار با سورفکتانت کاتیونی هگزا دسیل تری‌متیل آمونیوم بروماید معادل 2 برابر ظرفیت تبادل کاتیونی رس اصلاح شد (رس آلی) و با استفاده از آنالیزهای پراش پرتو ایکس، طیف سنجی مادون قرمز تبدیل فوریه و میکروسکوپ الکترونی روبشی انتشار میدانی شناسایی شد. تاثیر غلظت اولیه‌ سرب بر جذب آن از محلول آبی توسط دو جاذب (رس مونتموریلونیت و رس مونتموریلونیت اصلاح شده) بررسی شد. از دو مدل هم‌دمای جذب لانگمویر و فروندلیچ به‌منظور درک فرآیند جذب سرب استفاده شد. مکانیسم‌های جذب سرب با استفاده از مدل‌های سینتیکی شبه مرتبه اول، شبه مرتبه دوم، الوویچ و پخشیدگی درون ذره‌ای مورد بررسی و مقایسه قرار گرفت. یافته‌ها: نتایج حاصل نشان داد که رس مونتموریلونیت با موفقیت با سورفکتانت آلی هگزا دسیل تری متیل آمونیوم بروماید اصلاح و رس آلی(mt-h) ساخته شد. فاصله بین لایه‌ای پیک رده اول رس مونتموریلونیت بعد از اصلاح از 11 به 19.7 آنگستروم افزایش یافت. با افزایش غلظت اولیه سرب، مقدار جذب سرب (qi) هر دو جاذب، رس مونتموریلونیت سدیم‌دار (mt) و رس مونتموریلونیت اصلاح شده (mt-h) افزایش یافت. بررسی مدل‌های هم‌دمای جذب نشان داد که جذب سطحی سرب در رس مونتموریلونیت (mt) با مدل لانگمویر و جذب سطحی در رس مونتموریلونیت اصلاح شده (mt-h) با مدل فروندلیچ مطابقت خوبی با داده‌های تجربی نشان دادند. بر اساس نتایج، حدود 40 % از یون‌های سرب در 80 دقیقه نخست واکنش توسط رس مونتموریلونیت (mt) جذب شد، اما جذب سطحی سرب توسط رس مونتموریلونیت اصلاح شده (mt-h) پس از 1280 دقیقه به حدود 40 % رسید. حداکثر ظرفیت جذب تک‌لایه‌ محاسبه‌شده از مدل لانگمویر در دمای 30 درجه سلسیوس در رس مونتموریلونیت اصلاح شده (mt-h) برابر با 32.54 میلی‌گرم بر گرم بود که حدود 34 درصد کمتر از مقدار حاصل در رس مونتموریلونیت (mt) بود، که نشان دهنده ظرفیت جذب کمتر سرب توسط رس اصلاح شده (mt-h) است. بررسی مدل‌های سینتیک جذب نشان داد که جذب سطحی در رس مونتموریلونیت (mt) بهترین برازش را با مدل سینتیکی الوویچ و در رس مونتموریلونیت اصلاح شده (mt-h) بهترین برازش را با مدل سینتیکی پخشیدگی درون ذره‌ای نشان داد. نتیجه گیری: نتایج نشان داد که اصلاح رس مونتموریلونیت سدیم‌دار با سورفکتانت آلی هگزا دسیل تری متیل آمونیوم باعث کاهش ظرفیت جذب آن‌ برای سرب می‌شود؛ اما رس اصلاح شده (mt-h) سرب را با قدرت بیشتری نگه می‌دارد.

study of kinetic and isotherm models of lead ions from aqueous solution by montmorillonite and montmorillonite modified with hdtma-br

background and aim: because of its high specific surface area and high cation exchange capacity (cec), as well as its availability and low price, sodium montmorillonite (mt) is used as an adsorbent for a wide range of pollutants, including heavy metals and organic compounds; but the structure of this type of natural clay, however, is unstable, and usually damaged by harmful substances of sewage liquid in the process of infiltration. the organic surfactant hexadecyltrimethylammonium bromide (hdtma) was used to modify montmorillonite clay to solve this problem. the next step was to investigate lead removal using modified montmorillonite clay (mt-h). method: in this study, sodium montmorillonite organic clays modified with hexadecyltrimethylammonium bromide with a cec two times greater than clay (mt-h) were prepared. these modified clays were identified using x-ray diffraction, fourier transform infrared spectroscopy, and field emission scanning electron microscopy. the effect of initial lead concentration on lead adsorption from aqueous solution by two adsorbents (montmorillonite clay and modified montmorillonite clay) was investigated. the lead adsorption process was studied using langmuir and freundlich adsorption isotherm models. the mechanisms of lead adsorption were investigated and compared using pseudo-first-order, pseudo-second-order, elovich, and intraparticle diffusion models. results: the results showed that the organic surfactant hexadecyltrimethylammonium bromide (mt-h) successfully modified montmorillonite clay, and the interlayer space of the first order peak in montmorillonite clay increased from 11 to 19.7 å after modification. according to the findings of this study, increasing the initial concentration of lead increased the amount of lead adsorption (qi) in both adsorbents, sodium montmorillonite clay (mt) and modified montmorillonite clay (mt-h). surface adsorption of lead in montmorillonite clay (mt) with the langmuir model and adsorption in modified montmorillonite clay (mt-h) with the freundlich model both showed good agreement with experimental data. according to the results, montmorillonite clay (mt) adsorbed approximately 40% of the lead ions in the first 80 minutes of the reaction, but surface adsorption of lead by modified montmorillonite clay (mt-h) reached approximately 40% after 1280 minutes. the maximum monolayer adsorption capacity calculated from the langmuir model at 30°c in modified montmorillonite clay (mt-h) was 32.54 mg/g, which was approximately 34% lower than the value obtained in montmorillonite clay (mt). surface adsorption in montmorillonite clay (mt) showed the best fit with the elovich kinetic model, but modified montmorillonite clay (mt-h) showed the best fit with the intraparticle diffusion kinetic model. conclusion: the results showed that adding hexadecyltrimethylammonium organic surfactant to sodium montmorillonite clay reduced its lead adsorption capacity. however, modified clay (mt-h) adsorbs lead ions more strongly.