جذب زیستی کروم به‌وسیلۀ سارگاسوم ایلیسیفولیوم، سینتیک و بهینه‌سازی با استفاده از طراحی روش سطح پاسخ (rsm)

مقدمه: آلودگی محیط‌زیست به‌ویژه با فلزات سمی و سنگین از مشکلات اساسی در چند دهۀ اخیر است؛ بنابراین حذف این آلاینده‌ها از محیط‌زیست اهمیت فراوانی دارد. مواد و روش‏‏ها: در این پژوهش، جذب زیستی فلز کروم شش‌ظرفیتی (6+cr) به‌وسیلۀ جلبک قهوه‌ای سارگاسوم ایلیسیفولیوم بررسی شد. میزان جذب محلول‌های حاوی فلز 6+cr در طول موج 540 نانومتر با دستگاهuv-vis اندازه‌گیری شد. همچنین مولفه‌های تاثیرگذار در جذبْ نظیر غلظت اولیۀ فلز، مقدار جلبک، اسیدیته، دما و زمان تماس مطالعه شد. از مدل‌های ایزوترم لانگمویر و فروندلیش برای بررسی مطالعات تعادلی هم‌دمایی استفاده شد. نتایج: بیشینۀ ظرفیت جذب فلز، 203 میلی‌گرم بر گرم وزن خشک سارگاسوم ایلیسیفولیوم مشاهده شد. داده‌های آزمایشگاهی با مدل سنتیک «شبه‌درجۀ دوم» بهتر توصیف شد. با استفاده از روش سطح پاسخ (rsm) برمبنای نرم‌افزار آماریminitab14.1، شرایط بهینۀ بیشینۀ ظرفیت جذب به‌قرارِ زیر به دست آمد:اسیدیته برابر با 2، مقدارجاذب 0.2گرم بر لیتر، غلظت اولیۀ فلز 200 میلی‌گرم بر لیتر، دمای 25 درجۀ سانتی‌گراد و زمان تعادل 7 ساعت. بحث و نتیجه‏گیری: نتایج نشان داد ایزوترم فروندلیش برای توصیف سیستم، مناسب‌تر است. مطالعات ترمودینامیکی نیز نشان داد فرایند گرمازا و خودبه‌خودی است و با گذشت زمان بی نظمی افزایش یافته است. گروه های عاملی موجود در دیوارۀ سلولی سارگاسوم ایلیسیفولیوم، موجب احیای بیشتر فلز کروم شش‌ظرفیتی 6+cr به کروم سه‌ظرفیتی 3+cr شده و مقداری دیگر از کروم (3+cr) داخل محلول باقی مانده است. با استفاده از طیف‌سنجی مادون قرمز تبدیل فوریه (ft-ir) مشخص شد گروه‌های آمینو، کربوکسیل، سولفونیک‌اسید و هیدروکسیل در فرایند جذب کروم توسط جلبک نقش اصلی را دارند.

Biosorption of Hexavalent Chromium by Sargassum ilicifolium, Kinetics, and Optimization using Response Surface Design Method (RSM)

Introduction: Environmental pollution with toxic and heavy metals has been a major problem in recent decades. Therefore, the removal of these pollutants from the environment is very important. Materials and methods: In this study, the biosorption of hexavalent chromium (Cr+ 6) was investigated by brown alga Sargassum ilicifolium. The absorbance of Cr+6 solutions at 540 nm was obtained by UV-VIS. Also, the effective parameters in absorption such as initial metal concentration, amount of algae, pH, temperature, and contact time were investigated. The Langmuir and Freundlich isotherms were used to study the equilibrium studies. Results: In these conditions, the maximum adsorption capacity was 203 mg/g of Sargassum ilicifolium. Laboratory data with the pseudosecondorder kinetics were described better. Using Response Surface Methodology (RSM), optimum conditions of maximum adsorption capacity were determined at pH 2, adsorbent content of 0.2 g/l, initial metal concentration of 200 mg/L at 25 °C, and the equilibration time of 7 h. Discussion and conclusion: The results showed that the Freundlich isotherm was more suitable for describing the system. Thermodynamic studies have also shown that the process was exothermic and spontaneous and increased with time due to disorder. Due to the functional groups present in the algal cell wall, part of Cr+6 was reduced to Cr+3 and Cr+3 that were remained in solution. Fourier transform infrared spectroscopy of (FT-IR) showed that amino, carboxyl, sulfonic acid, and hydroxyl groups played a major role in the process of chromium uptake by Sargassum ilicifolium.