استفاده از مدل‌های سینتیک و هم‌دمای خطی و غیرخطی در ارزیابی کارایی حذف سرب از محلول‌های آبی با استفاده از زغال‌های زیستی

فلزات سنگین خطرات جبران‌ناپذیری برای سلامت انسان و محیط ‌زیست دارند. استفاده از روش های موثر و کم‌هزینه جهت حذف این آلاینده ها امری ضروری است. زغال زیستی از جمله جاذب های پایداری است که می تواند نقش موثری در کاهش آلایندگی این فلزات ایفا کند. هدف از این پژوهش بررسی تاثیر نوع زیست‌توده (بقایای ذرت و چوب کنوکارپوس) و دمای گرماکافت (°c400 و °c700) در حذف سرب از محلول آبی و مقایسه عملکرد مدل های خطی و غیرخطی در داده های سینتیک و هم‌دمای جذب بود. برای این منظور، ویژگی های موثر بر حذف سرب شامل ph محلول، غلظت زغال زیستی، زمان تماس و غلظت اولیه سرب اندازه‌گیری و ارزیابی شد. به طور مختصر، پس از تعیین بهترین ph محلول، اثر غلظت جاذب بر حذف سرب مورد بررسی قرار گرفت. سپس از ph بهینه محلول و غلظت بهینه جاذب استفاده شد و اثر زمان تماس ارزیابی گردید. در انتها با کمک ph بهینه محلول، غلظت بهینه جاذب و زمان بهینه تعادل، تاثیر غلظت آلاینده در حذف توسط زغال های زیستی بررسی شد. نتایج نشان داد شرایط بهینه زغال‌های زیستی برای حداکثر جذب سرب، شامل ph محلول برابر 5 و همچنین غلظت جاذب 0.8 گرم بر لیتر بود. در تمامی جاذب ها با گذشت 120 دقیقه جذب سرب به تعادل رسیده و ظرفیت جذب با افزایش غلظت آلاینده افزایش یافت. در بین جاذب‌ها، زغال‌های زیستی بقایای ذرت در دمای °c700 و چوب در دمای °c400 به ترتیب بیش‌ترین و کمترین ظرفیت جذب سرب را داشتند. مدل های سینتیک شبه مرتبه دوم، پخشیدگی درون ذره ای و شبه مرتبه اول در هر دو فرم خطی و غیرخطی به ترتیب بیش ترین تا کمترین دقت در توصیف فرآیند های جذب را داشتند. با توجه ‌به آماره های تعیین کارایی مدل، از میان مدل های هم‌دمای جذب، مدل های فروندلیچ، تمکین و لانگمویر در حالت غیرخطی و مدل های فروندلیچ، لانگمویر و تمکین در فرم خطی به ترتیب مناسب ترین تا نامناسب ترین برازش را نشان دادند. این موضوع اهمیت هرچه بیشتر بررسی مد ل ها به شکل غیرخطی که همانا فرم اصلی آنها محسوب می شود را آشکار می کند. بر اساس نتایج این پژوهش، زغال های زیستی بقایای ذرت نسبت به زغال های زیستی چوب توانایی بهتری در حذف سرب داشتند. همچنین دمای گرماکافت °c700 نسبت به دمای °c400 تاثیر بیشتری در افزایش توانایی زغال های زیستی در حذف سرب داشت؛ بنابراین استفاده از جاذب های کم‌هزینه با قابلیت حذف بالای سرب مانند زغال های زیستی می تواند نقش مثبتی در کاهش آلاینده ها در سیستم های آبی داشته باشد. 

Application of Linear and Non-linear Kinetic and Isotherm Models for Evaluation of Lead Removal Efficiency from Aqueous Solutions Using Biochars

Heavy metals pose a serious threat to both human and environmental health. As a result, practical and lowcost strategies to remove them are urgently needed. Biochar is such a sustainable adsorbent playing an influential role in reducing pollution caused by heavy metals. This study aimed to investigate the effects of two feedstock types (corn (Zea mays L.) residues and Conocarpus erectus L. wood) and pyrolysis temperatures (400°C and 700°C) on the removal of lead from aqueous solution and compare linear and nonlinear forms of kinetic and isotherm data of adsorption. For this purpose, characteristics affecting lead removal such as pH of the solution, biochar concentration, contact time, and pollutant concentration were evaluated. In brief, after finding the best pH of the solution, the effect of adsorbent concentration was investigated. Then, the optimum pH and adsorbent concentration were used to assess contact time. Finally, pH, adsorbent concentration, and contact time in the optimum condition were selected to assess the impact of pollutant concentration on the removal of lead by biochars. According to the results, the optimum pH affecting lead adsorption by biochars was 5. The most suitable biochar concentration regarding lead removal was 0.8 gL1. Lead adsorption by biochars reached equilibrium after 120 minutes. Moreover, sorption capacity increased by elevating the heavy metal concentration. Corn residues biochar produced at 700°C and woodbased biochar fabricated at 400°C had the most and the least lead sorption capacity, respectively. Pseudosecondorder, intraparticle diffusion, and pseudofirstorder models in two linear and nonlinear forms revealed the best to the worst description for the sorption process as kinetic models, respectively. According to the model efficiency criteria, Freundlich, Temkin, and Langmuir in nonlinear form, and Freundlich, Langmuir, and Temkin in linear form showed the most to the least suitable fit. These results highlighted the importance of using models in their original type being nonlinear form. According to the outcome of this study, biochars produced from corn residues had more ability to remove lead than woodbased biochars. Moreover, pyrolysis temperature of 700°C was more effective in the adsorbents’ ability to eliminate lead than 400°C. Therefore, the application of lowcost adsorbents with a high capability to remove lead, such as biochars, could positively reduce pollutants from aqueous systems.