حذف رنگینه نارنجی متیل از محلول آبی با استفاده از زیست‌جاذب اصلاح‌شده با نانوالیاف پلی‌آنیلین: مطالعات هم‌دما، سینتیک و ترمودینامیک

فرضیه: رنگینه نارنجی متیل از جمله رنگینه‌های استفاده‌شده در صنایع مختلف مانند چاپ و رنگرزی است. از آنجا که نارنجی متیل تحت تاثیر تصفیه زیستی معمولی نیست و به‌راحتی تجزیه نمی‌شود، رهاسازی پساب‌های دارای این ترکیب سمی به آب‌های محیطی اثرهای نامطلوبی بر زندگی انسان و بوم‌سازگان آبی دارد. بنابراین، حذف این رنگینه‌ها از پساب‌های مختلف موضوع ضروری است. از میان روش‌‌های رایج تصفیه آب، روش جذب سطحی به‌وسیله‌ زیست‌‌جاذب‌ها روش ساده، کارآمد و ارزان‌قیمت به‌شمار می‌رود. در پژوهش حاضر، از پوست گردو اصلاح‌شده با نانوالیاف پلی‌آنیلین (pani/wns) برای حذف رنگینه نارنجی متیل استفاده شده است. این جاذب اصلاح‌شده به‌دلیل داشتن ویژگی‌های مطلوبی از جمله شکل‌شناسی مناسب و گروه‌های عاملی دارای بار مثبت، گزینه مناسبی برای حذف رنگینه‌های آنیونی است.روش‌ها: پوست‌گردو اصلاح‌شده با نانوالیاف پلی‌آنیلین (pani/wns) از واکنش پلیمرشدن آنیلین روی سطح ذرات پوست ‌گردو تهیه و با روش‌های ftir ،fe-sem ،edx ،bet و xrd مشخصه‌یابی شد. اثر پارامترهای فیزیکی و شیمیایی مختلف مانند ph اولیه، زمان تماس، مقدار جاذب و غلظت اولیه رنگینه بر مقدار حذف نارنجی متیل مطالعه و بهینه‌سازی شد. همچنین، پارامترهای ترمودینامیکی مانند δh،δs و δg نیز بررسی شد.یافته‌ها: جاذب استفاده‌شده قابلیت خوبی برای حذف رنگینه نارنجی متیل در محیط اسیدی دارد. با بهینه‌سازی پارامترهای موثر بر فرایند جذب، بیشترین مقدار حذف نارنجی متیل در شرایط ph برابر 3، زمان تماس  140min، مقدار جاذب 0.35g/l  و غلظت اولیه 50mg/l به‌دست آمد. ارزیابی داده‌های آزمایشگاهی با مدل‌های مختلف هم‌دما نشان داد، بیشترین ضریب هم‌بستگی مربوط به مدل هم‌دمای langmuir و برابر 0.9975 است که بیانگر تک‌لایه‌بودن فرایند جذب رنگینه است. همچنین، بیشینه ظرفیت جذب برای رنگینه نارنجی متیل 243.9mg/g  در دمای 25 درجه سلسیوس به‌دست آمد که در مقایسه با جاذب‌های مشابه گزارش شده مقدار شایان توجهی بوده و نشان‌دهنده قابلیت زیاد زیست‌جاذب اصلاحی مطالعه‌شده برای حذف رنگینه‌های آنیونی مانند نارنجی متیل است. افزون بر این، براساس نتایج حاصل از مطالعات سینتیکی، مدل شبه‌مرتبه دوم توصیف بهتری از داده‌های آزمایشگاهی نشان داد. مطالعات ترمودینامیک نیز نشان داد، جذب سطحی رنگینه فرایند مطلوب، خود‌به‌خود و گرماگیر است.

removal of methyl orange dye from aqueous solution using bioadsorbent modified with polyaniline nanofibers: isotherm, kinetic and thermodynamic studies

hypothesis: methyl orange is a dye used in various industries such as printing and dyeing. since methyl orange is not affected by conventional biological treatment and is not easily decomposed, the release of effluents containing this toxic compound into environment has adverse effects on human life and the aquatic ecosystem. therefore, it is necessary to remove this dye from various wastewaters among the common methods of water purification, the method of adsorption by bioadsorbents is considered as a simple, efficient and inexpensive method. in the present study, walnut shell modified with polyaniline nanofibers (pani/wns) has been used for removal of methyl orange dye. this modified adsorbent is a good candidate since it has favorable characteristics including suitable morphology and positively charged functional groups for removal of anionic dyes.methods: pani/wns was prepared through aniline polymerization reaction on the surface of walnut shell particles and characterized using ftir, fesem, edx, bet and xrd techniques. the effect of various physical and chemical parameters such as initial ph, contact time, adsorbent dose and initial dye concentration on the removal rate of methyl orange was studied and optimized. also, thermodynamic parameters such as δh, δs and δg were investigated.findings: the adsorbent is able to remove methyl orange dye in acidic environment. optimization of the effective parameters on the adsorption process showed that the maximum methyl orange removal was obtained under conditions of ph 3, contact time of 140 min, adsorbent dosage of 0.35 g/l and dye initial concentration of 50 mg/l. evaluation of laboratory data by different isotherm models showed that the highest correlation coefficient is related to langmuir isotherm model and is equal to 0.9975, which indicates that the dye adsorption process is limited to a monolayer also, the maximum adsorption capacity for methyl orange dye was obtained as 243.9 mg/g at 25°c, which is a significant amount compared to similar adsorbents reported in the literature and indicates the high ability of the studied modified bioadsorbent for removal of anionic dyes such as methyl orange. in addition, based on the results of the kinetic studies, the pseudo-second order model showed a better description of the laboratory data. thermodynamic studies showed that the adsorption of the dye is a favorable, spontaneous and endothermic process.