مدل‌سازی و بهینه‌سازی حذف یون نیکل (ⅱ) از محلول‌های آبی توسط هیدروژل سدیم کربوکسی‌متیل‌سلولز اتصال عرضی شده با کلرید فریک

زمینه و هدف: در سال‌های اخیر، استفاده از پلیمرهای زیست‌سازگار و تجدیدپذیر به‌عنوان جاذب‌های کارآمد برای حذف فلزات سنگین از منابع آبی، توجه زیادی را به خود جلب کرده است. در این پژوهش، کارایی هیدروژل سدیم کربوکسی‌متیل سلولز (cmc) اتصال عرضی‌شده با کلرید فریک به‌عنوان یک جاذب ارزان‌قیمت و موثر برای حذف نیکل از محلول‌های 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. ویژگی‌های ساختاری این هیدروژل با استفاده از طیف‌سنجی مادون قرمز (ftir) و میکروسکوپ الکترونی روبشی (sem) مورد ارزیابی قرار گرفت. شرایط بهینه برای حذف نیکل با بهره‌گیری 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: تحلیل‌های ftir و sem نشان دادند که گروه‌های عامل کربوکسیل و هیدروکسیل موجود در ساختار هیدروژل و مورفولوژی خاص آن، جذب نیکل از محلول‌های آبی را از طریق مکانیسم‌های احتمالی مانند کلاتاسیون، برهم‌کنش‌های الکترواستاتیکی و تشکیل پیوندهای کوئوردیناسیونی تسهیل می‌کنند. بالاترین میزان حذف نیکل (%88/87) در شرایطی با غلظت اولیه80ppm و ph 7/5، مقدار جاذب 1/5 گرم در لیتر و زمان تماس 30 دقیقه حاصل شد. بررسی اثر متغیرها نشان داد که افزایش ph باعث بهبود حذف نیکل می‌شود، درحالی‌که دوز جاذب و زمان تماس تاثیر کمتری بر میزان حذف داشتند. همچنین، نتایج نشان داد که مدل آماری درجه دوم کاهش‌یافته (باکس-بنکن) به‌طور موثر داده‌های آزمایشگاهی را توصیف کرده و مقادیر پیش‌بینی شده آن با مقادیر مشاهده‌شده تطابق خوبی دارد.نتیجه گیری: نتایج مطالعه حاضر نشان‌ از کارایی بالای هیدروژل cmc به‌عنوان یک جاذب پلیمری موثر در حذف یون نیکل از محلول‌های آبی با آلودگی متوسط، داشت. همچنین، نتایج به‌طور واضح بیان می‌کنند که حذف نیکل توسط این جاذب به‌شدت 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 می‌شود که ساختار cmc از طریق روش‌های پیشرفته اتصال عرضی اصلاح شده و ترکیب آن با مواد معدنی به‌منظور افزایش سطح ویژه، بار سطحی و در نهایت بهبود عملکرد و افزایش ظرفیت جذب مورد بررسی قرار گیرد.

modeling and optimization of nickel (ii) ion removal from aqueous solutions using sodium carboxymethyl cellulose hydrogel crosslinked with ferric chloride

background: recent years have witnessed a growing interest in utilizing biocompatible and renewable polymers as efficient adsorbents for removing heavy metals from aqueous solutionsz. this study investigates the efficacy of carboxymethyl cellulose (cmc) hydrogel crosslinked with ferric chloride as a low-cost and effective adsorbent for nickel (ni) removal from aqueous solutions.materials and methods: in this research, cmc hydrogel was synthesized through a chemical crosslinking process with ferric chloride. the structural properties of the hydrogel were evaluated using fourier transform infrared spectroscopy (ftir) and scanning electron microscopy (sem). optimal conditions for ni removal were determined using response surface methodology (box-behnken design) by examining the influence of key variables, including initial ni concentration, ph, adsorbent dosage, and contact time.results: ftir and sem analyses revealed that the carboxyl and hydroxyl functional groups present in the hydrogel structure, along with its unique morphology, facilitate ni adsorption from aqueous solutions through potential mechanisms such as chelation, electrostatic interactions, and the formation of coordination bonds. the highest ni removal efficiency (87.88%) was achieved under conditions with an initial concentration of 80 ppm, ph of 7.5, adsorbent dosage of 1.5 g/l, and contact time of 30 minutes. the study of variable effects demonstrated that increasing ph enhances ni removal, while adsorbent dosage and contact time exhibit a lesser impact on removal efficiency. additionally, results indicated that the reduced second-order statistical model (box-behnken) effectively describes the experimental data, and the predicted values align well with observed values.conclusion: the findings of this study highlight the high efficiency of cmc hydrogel as an effective polymeric adsorbent for removing ni ions from moderately polluted aqueous solutions. furthermore, the results clearly indicate that ni removal by this adsorbent is significantly influenced by the initial ni concentration and solution ph. however, the effects of contact time and adsorbent dosage were not significant in the subsequent stages of the process. for future studies, it is recommended to modify the cmc structure through advanced crosslinking methods and combine it with minerals to increase specific surface area, surface charge, and ultimately enhance performance and adsorption capacity.