synthesis and surface modification of hexagonal mesoporous ... · maximum adsorption capacity of...

dx.doi.org/10.22093/wwj.2018.97745.2486

Journal of Water and Wastewater اضالبمجله آب و ف Vol.30, No. 1, 2019 ١٣٩٨، سال ١، شماره ۳۰دوره

Synthesis and Surface Modification of Hexagonal

Mesoporous Silicate–HMS using Chitosan for the Adsorption of DY86 from Aqueous Solution

M. Aghapour1, E. Binaeian2, A. Kamran Pirzaman3

1. MSc of Chemical Engineering, Department of Chemical Engineering, Qaemshahr Branch, Islamic Azad University, Qaemshahr, Iran

2. Assist. Prof., Department of Chemical Engineering, Qaemshahr Branch, Islamic Azad University, Qaemshahr, Iran (Corresponding Author) ehsan.binaeian@yahoo. com

3. Assist. prof., Department of Chemical Engineering, University of Science and Technology of Mazandaran, Behshahr, Iran

(Received Sep. 9, 2017 Accepted Jan. 31, 2018)

To cite this article : Aghapour, M., Binaeian, E., Kamran Pirzaman, A., 2018, “Synthesis and surface modification of hexagonal

mesoporous silicate–HMS using chitosan for the adsorption of DY86 from aqueous solution.” Journal of Water and Wastewater, 30(1), 86-100. Doi: 10.22093/wwj.2018.97745.2486 (In Persian)

Abstract Many types of dyes are toxic, carcinogenic, non-biodegradable due to their complex aromatic structures and their water solubility and accordingly, they should be removed from wastewaters. In the present research, hexagonal mesoporous silicate HMS was synthesized by sol-gel method and after modification by natural polymer chitosan (Ch-HMS), it was applied for the removal of direct yellow 86 from aqueous media. The characterization of synthesized HMS and chitosan modified HMS were analyzed by some basic analyses such as SEM, FTIR, XRD and BET. The effects of pH, adsorbent dosage and contact time on the removal of direct yellow 86 were investigated. The results revealed that the maximum adsorption of dye was about 92% which was obtained by 0.075 g of Ch-HMS composite at the pH of 2 and for 60 min contact time. The equilibrium data of experiments were studied by Langmuir, Freundlich, Elovich and Temkin isotherm models using linear regression. The Langmuir model with the maximum adsorption capacity of 71.43 mg/g was the predominant model. Kinetic study was also performed using pseudo first and pseudo second order kinetic models where the second order model had the best agreement with the experimental data. The experimental data showed that surface modification of HMS by chitosan and formation of Ch-HMS nanocomposite enhanced the adsorption capacity of HMS and changed it into a useful and powerful adsorbent for the removal of pollutants from aqueous solutions. Keywords: Hexagonal Mesoporous Silicate (HMS), Chitosan, Adsorption, Isotherm,

Direct Yellow 86.

dx.doi.org/10.22093/wwj.2018.97745.2486

Journal of Water and Wastewater مجله آب و فاضالب Vol. 30, No. 1, 2019 ١٣٩٨، سال ١، شماره ٣٠دوره

با HMSسنتز و اصالح سطح تركيب سيليكاتي ميان حفره شش وجهي از محلول آبي ۸۶منظور حذف رنگزاي زرد مستقيم كيتوزان به

۳، آرش كامران پيرزمان۲حسان بينائيان، ا۱مهسا آقاپور

دانش آموخته كارشناسي ارشد مهندسي شيمي، گروه مهندسي شيمي، واحد قائمشهر، دانشگاه آزاد اسالمي، قائمشهر، ايران - ١ استاديار مهندسي شيمي، گروه مهندسي شيمي، واحد قائمشهر، دانشگاه آزاد اسالمي، قائمشهر، ايران - ۲

[email protected] مسئول) سندهي(نو استاديار مهندسي شيمي، دانشكده مهندسي شيمي، دانشگاه علم و فناوري مازندران، بهشهر، ايران - ۳

)١١/١١/٩٦پذيرش ١٨/٦/٩٦(دريافت

برای ارجاع به اين مقاله به صورت زير اقدام بفرماييد:

كيتوزانبا HMSسنتز و اصالح سطح تركيب سيليكاتي ميان حفره شش وجهي " ، ۱۳۹۷آ.، ا.، كامران پيرزمان،، بينائيان، آقاپور، م. Doi: 10.22093/wwj.2018.97745.2486 .۸۶-۱۰۰)، ۱(۳۰مجله آب و فاضالب، " از محلول آبي ۸۶منظور حذف رنگزاي زرد مستقيم به

چكيده

زا و زيست تخريب ناپذيرند، بنـابراين ي، سرطاننحالل زياد در آب، سمعلت ترکيب پيچيده آروماتيک و ا به ها رنگبسياري از ژل سنتز -روش سل حائز اهميت است. در اين پژوهش، سيليكات ميان حفره با ساختار شش وجهي منظم به حذف آنها از پساب

استفاده شد. براي بررسي ٨٦عنوان جاذب براي حذف رنگ زرد مستقيم )، بهCh-HMS( كيتوزانشد و پس از اصالح سطح آن با ، مقدار جاذب و زمان تماس pHاستفاده شد. تأثير پارامترهايي مانند BETو SEM،FTIR ،XRD هاي روشجاذب سنتزشده، از

و ٢برابر pHگرم كامپوزيت در ٠٧٥/٠استفاده از درصد رنگ با ٩٢بر راندمان حذف رنگ بررسي شد. نتايج نشان داد که حدود ندليچ، تمکين و الوويچ با كمك ودماهاي النگمير، فر هاي تعادلي جذب با استفاده از هم . دادهحذف شددقيقه ٦٠ماس در زمان ت

گرم بر گرم ميلي ٧١/٤٣هاي آزمايشگاهي با ظرفيت دماي النگمير بهترين تطابق را با داده سازي شدند. هم رگرسيون خطي مدلظرفيت جذب رنگ موجب افزايش و سنتز نانوكامپوزيت، كيتوزانبا HMSطح مشخص شد که اصالح س پژوهشداشت. در اين

شود. استفادههاي آبي ها از محيط عنوان يك جاذب كارآمد و قوي براي حذف آالينده بهتواند اين جاذب ميشود و ميبر روي آن

٨٦رنگ زرد مستقيم ، جذب سطحي، هم دما،كيتوزان، HMSمزوپور سيليکاتي ميان حفره : يديكل يها واژه

مقدمه -١، يع مختلف ماننـد نسـاج يصنا يررنگيو غ يرنگ يها ه پسابيتخل

ک و چــرم، ي، پالســتي، کشــاورزيو بهداشــت يشــي، آرايکاغذســازنـده يمـواد آال .آورد يوجود م هرا ب يديشد زيستي محيطمعضالت

و شوند يآب م يوجود دارند که موجب آلودگها در پساب يمتفاوتاسـت ت يـ ار حـائز اهم يبسـ يآب يها طياز مح ها آنن حذف يبرابنا

(Avramescu et al., 2010). زا بـوده و از رنگزاها سرطان ياريبسدر موجـودات يکـ يژنت يهـا از موارد، مولد بروز جهش ياريدر بس

. (Ho and Mckay, 2003)زنده هستند ـ نـد غشـايي، جـذب، د يهايي مانند انعقـاد، فرا روش ز، فـوم يالي

طور به يکيولوژيو ب يستيکاتال ب فوتويتخر يها شناور، اسمز، روش

از آب و فاضالب مورد اسـتفاده يسم يها ندهيحذف آال يبرا يکل

ر قابل يد مقاديعلت تول ها به قرار گرفته است كه بعضي از اين روش ستي قابل استفاده نيسـتند. يلجن و ايجاد مشكالت محيط ز يتوجه

اريبسـ نـه يهز ليـ دل و اسمز معکوس بـه ونيلتراسيف اولترا يها روش . )Chae et al., 2003( نيستند ياقتصاد ،يبردار بهره زياد

ــدر م ــا ان تمــام روشي ــموجــود، جــذب ســطحي ارجح يه ت يهـا از ندهيحذف آالاي مناسب براي اين روش گزينهدارد. يشتريب

ه و کـه جـاذب ارزان قيمـت بـود ويژه زماني به ،استهاي آلوده آبدر هاي آماده سازي نباشد. جذب سـطحي نيازي به استفاده از روش

م، سادگيـه کـزينه اوليـدليل ه هـها ب ر ساير روشـبها ندهيذف آالـح

dx.doi.org/10.22093/wwj.2018.97745.2486 ...سنتز و اصالح سطح تركيب سيليكاتي

Journal of Water and Wastewater مجله آب و فاضالب Vol.30, No. 1, 2019 ١٣٩٨، سال ١، شماره ۳۰دوره

عدم و هاي سمي عدم حساسيت به آالينده ،راــي اجـي، سادگـطراح ).Crini, 2006( شود يم داده حگيري مواد مضر ترجي شکل

هاي بنتونيت بـر پايـه ختلفي مانند كپسولهاي معدني م جاذب، نانو ذرات پراكسـيد (Belhouchat et al., 2017)سديم آلجينات

فشـاني هاي طبيعـي آتـش ، زئوليت (Chawla et al., 2017)روي (Humelnicu et al., 2017)نـــانوذرات اكســـيد آلومينيـــوم ،

(Banerjee et al., 2016) ه بـا دار شـد س عامـل يليو نانو ذرات ســ يمونـوو دنـدر بـراي حـذف (Salahshoor et al., 2016) ن يمر آم

اند. هاي آبي مورد استفاده قرار گرفته ها از محيط انواع رنگ يکشـاورز بخـش از آمـده دسـت هب زائد مواد هاي اخير در سال

هـاي ، دانـه (Aksu et al., 2006)تفاله خشک شده چغندر قند مانندــده ــري ش ــن گي ــوه روغ ــير(Baek et al., 2010) قه ــت س ، پوس

(Hameed and Ahmad, 2009) كربن فعال سنتز شـده از پوسـت ، ، و پوســـت ليمـــو شـــيرين (Khaled et al., 2009)پرتقـــال

(Singh et al., 2017) اه حنظـل يـ ، خاکستر گ.(Rezaei Kahkha

and piri 2016) و زيسـت كيتـوزان مانند هاي بيولوژيکي جاذبو يکـ يزيف -ييايميش واصي، در دسترس بودن، خعلت فراوان بهتوده

و اند شدت مورد توجه قرار گرفته به دارند کهي نييپا نهيهز و مناسبهـاي آبـي براي حذف رنگزاهاي مختلـف از محـيط جاذب عنوان به

Jayasantha Kumari et al., 2017, Rafiei and). اند استفاده شده

Shirvani 2016). ــه ١حفــرهتركيبــات ســيليكاتي ميــان ــاال، ب دليــل ســطح ويــژه بــد عنــوان جــاذب و كاتــاليزور كاربردهــاي تجــاري زيــادي بــه دارن

)Javadian et al., 2013(هـاي عـاملي . استفاده از ليگاندها و گروهثير بسيار زيادي أمختلف براي اصالح سطح تركيبات ميان حفره، ت

ره سطح بـاالي مـواد ميـان حفـ ها دارد. بر افزايش قدرت جذب آنهـا باعث توزيع مناسـب و يكنواخـت گـروه عـاملي روي سـطح آن

نـانو ذرات از . ليـو و همكـاران )Javadian et al., 2013( شـود ميعنوان يك جاذب به ٢اتيلن ايمين آمونيوم سيليس اصالح شده با پلي

ــد ــنتز کردن ــي س ــول آب ــج از محل ــل اورن ــگ متي ــذف رن ــراي ح ب(Liu et al., 2013). و و همكـاران، نـانو ذرات همچنـين آسـوهيد

دار شده با آمينوپروپيل عامل مزوپور يکاتيليس، ٣مزوپور يکاتيليس

1 Mesoporous silicate 2 Ammonium polyethylenimine (PEI) 3 HMS

بـراي حــذف رنـگ قرمــز را ٤دار شـده بــا سيكلودكسـترين و عامـل .(Asouhidou et al., 2009)سنتز كردند ٥ريمازول

ــاذب ــاران ج ــگ و همك ــره MCM-41كين ــان حف ــب مي (تركيNH3)آمونيـوم دار شـده بـا سيليكاتي) عامل

+-MCM-41) سـنتز را، و ٧، قرمـز برليـان ٤٦هاي متيـل اورنـج، اورنـج كرده و جذب رنگ

آزمــــــايش كردنــــــد را روي ايــــــن جــــــاذب ٨فوشــــــين(Qin et al., 2009).

علـت سـازگاري بـا محـيط زيسـت توجـه ها به وجاذبي، باخيراًـ يانـد. ک دسـت آورده هدر سراسر جهان بـ يا گسترده نيتـوزا ک و نيت

نـــويآم نيتــر يكــي از فــراوان و يعـــيطب يمرهــا يعنــوان پل بــه يجملـه سـازگار از ياتيخصوصـ يدارا عت،يطب در دهايساکار يپل ضـد خـواص و يريپـذ بيـ تخر سـت يز ،كـم تيسم ،زياد يستيز

، يستيز يمرهايک نوع از پليان، زتويهستند. ک قبول قابل يکربيمو يونيو کـات يونيـ آن يها حذف انواع رنگ يک جاذب خوب براي

.(Hanafiah et al. 2011) ن استيفلزات سنگ يها ونين يهمچنبـراي حـذف زانكيتـو -نانوذرات اكسيد آهن-كامپوزيت رس

، كامپوزيت (Cho et al., 2015) ٩و متيلن بلو متيل اورنجهاي رنگــراي حـــذف رنـــگ اســـيد قرمـــز زانكيتـــو-بيوســـيليكا ١٠بـ

۸۸ (Darvishi Cheshmehsoltani et al., 2013) و كامپوزيـت SBA-15 ــل ــا عامـ ــده بـ ــوزاندار شـ ــگ كيتـ ــذف رنـ ــراي حـ بـ

هـاي سـنتز از جملـه جـاذب (Gao et al., 2014) ۱۸١١اسيد قرمـز عنوان يك گروه عاملي قوي به زانها از كيتو اي هستند كه در آن شده

زانو يك پليمر طبيعي استفاده شده است. با توجه به اين كـه كيتـو در آمين و هيدروكسـيل يها يمر طبيعي حاوي گروهعنوان يك پل به

جذب مولکـول يفعال برا يها تيعنوان سا به که است خودساختار و توانـايي بـااليي در جـذب رنـگ و دنک يفلز عمل م وني ايرنگ

تـوان از آن بـراي اصـالح سـطح تركيبـات فلزات سنگين دارد، مي يدياسـ طير محـ د زانتـو يک نيهمچنـ ميان حفراي نيز استفاده كرد.

هيـدهايي توسط آلد ديبا مشکل نيحل ا يکه برار است يپذ انحالل 4 Cyclodextrins 5 Remazol red 3BS 6 Orange IV (OIV) 7 Reactive brilliant red X-3B (X-3B 8 Acid fuchsine (AF) 9 Methylene blue 10 Acid red 88 11 Acid red 18 (AR18)

dx.doi.org/10.22093/wwj.2018.97745.2486 ور و همكاران مهسا آقاپ


شـده و ياتصال عرض گريمواد د اي فرمالدهيد ،١هيدمانند گلوتارآلدبـه .(Gao et al., 2014) شـود تيـ تثب يکاتيليمزوپور س هيپا يرو

جــذب تيــو ظرف يداريــســاخته شــده، پا تيــکامپوز ايــن ترتيــب خواهد داشت. يدياس طيدر مح يشتريب

ن بـار سـطح و حفـرات تركيـب ينخست يحاضر، برا درپژوهش يهـا گـروه يحاو زانتويک توسط ٢ميان حفره سيليكاتي شش وجهي

ــ ــين و هيآم ــذار ،ليدروکس ــس از ت يبارگ ــد و پ ــاختار أش ــد س يي و XRD ،BET ،SEMي زهــايكامپوزيــت ســاخته شــده توســط آنال

FTIR ،يآبـ يهـا از محلـول ۸۶٣حـذف رنـگ زرد مسـتقيم براي ـ محلـول، مقـدار pHهمچـون ير عـوامل يثأاستفاده شـد. همچنـين ت

هـاي قرار گرفت. با توجه به داده يجاذب و زمان تماس مورد بررس يهـا دگاه مـدل يند جذب از ديدست آمده، نحوه رفتار فرا تعادلي به

ک يشبه مرتبه يکينتيمختلف جذب بررسي شد. دو مدل س يدما هم يجذب، بررسـ يکينتيرفتار س يابيمنظور ارز ز بهيه دو نو شبه مرتب

شدند. ها مواد و روش -۲ مواد آزمايش -۲-۱

ــتتراات ــيـ ــ، ٤کاتيليل اورتوسـ ــيدو دسـ ــانول، ٥نيل آمـ ــ، اتـ د ياسـاز شــرکت ديــگلوتارآلدئ، کيد اســتياســ زان،تــويک، کيدروکلريــه

يآزو يرنـگ د ( ۸۶م يشـدند. رنـگ زرد مسـتق يداريـ خر ٦مرک CAS Registryو ) λmax= 384 nm( با حداکثر طول موج يونيآن

Number: 50925-42-3 و بـا يسـاز ات خـالص يـ چ عملي) بدون هـمـورد ٧خريـداري شـده از شـركت داي اسـتار يهمان خلوص تجارن طول مـوج مربـوط بـه ييتع ي. اسکن رنگ برااستفاده قرار گرفت

نشان داده شده است. ١حداکثر جذب رنگ در شکل HMS -تركيب ميان حفره سنتز -۲-۲

ا انجام يناوايو پ يه شده توسط پائولئمطابق با روش ارا HMSسنتز رم ـگ HMS ،۳۰ه يـته يبرا. (Pauly and Pinnavaia, 2001)شد

1 Glutaraldehyde 2 Hexagonal mesoporous silicate (HMS) 3 Direct yellow 86 4 TEOS 5 Dodecylamine 6 Merck 7 Dyestar

Fig. 1. Scan of direct yellow 86 in different wavelengths

فدر طول موج هاي مختل ۸۶اسکن رنگ زرد مستقيم -۱شکل

يقه در دمايدق ۳۰مدت گرم اتانول به ۴۲کات و يليل ارتوسيتترا اتـ يم ۸/۲ط هم زده شـد. سـپس يمح ۱ کيدروکلريـ د هياسـ تـر يل يل

گـرم آب بـه آن اضـافه ۹۲ن به همراه يل آميگرم دو دس ۷موالر و ساعت هـم زده شـد تـا ۶مدت اتاق به يشد. مخلوط حاصل در دما

۱۸مدت ن مرحله، مخلوط بهيعد از امحلول ژل مانند حاصل شود. باتاق به حال خـود گذاشـته شـد. سـپس ژل حاصـل يساعت در دما

ن بار شسته شد يدست آمده با آب مقطر چند هصاف شده و رسوب بدر آون خشـک سلسـيوس درجـه ۱۰۰ يساعت در دمـا ۶و حدود

يدر دمـا يکيشد. در مرحله بعد، رسوب خشک شده در کوره الکتر نه شد.يساعت کلس ۶مدت به لسيوسسدرجه ۵۰۰

Ch-HMSكيتوزان -تركيب ميان حفره سنتز -۲-۳

همـراه به HMSگرم پودر ۵، زانبا كيتو HMSدار كردن براي عاملليتري ريخته شده و ميلي ۲۵۰ک ارلن يتر آب مقطر در يل يليم ۳۰

قه هم زده شد. در ارلـن يدق ۳۰مدت رر بهياست يط رويمح يدر دماتر يل يليم ۴۰در زانتويگرم ک ۱با حل کردن زانتويمحلول کديگر،

مـدت رر بهياست يو هم زدن آن رو درصد ۲ک يد استياز محلول اسون يبـه سوسپانسـ زانتـو ين محلـول ک يـ قه، تهيه شد. سپس ايدق ۳۰

HMS يقـه رو يدق ۳۰مـدت حاصل دوباره به محلول افزوده شده و ليتـري ميلـي ۲۵۰ه در بشـر دست آمـد رر هم زده شد. تركيب بهياست

مجهـز بـه ٨کيسـاعت در دسـتگاه التراسـون ۱مدت ريخته شده و به ۶شـد. پـس از آن، يآور عمـل سلسيوسدرجه ۵۰ يحمام در دما

8 Ultrasonic



صورت قطره قطره و به يبه آهستگ درصد ۵ هيدميلي ليتر گلوتارآلد يسـاعت رو ۳خته شد و بـه مـدت يب رين ترکيبا قطره چکان در ا

سـاعت منجمـد ۲۴مدت دست آمده به زده شد. تركيب به رر همياستن بـار بـا آب مقطـر يت شکل گرفته چنديان، ژل کامپوزيشد. در پا

سلسـيوس درجه ۵۰ يساعت در دما ۱۲مدت شستشو داده شد و به در آون خشک شد.

Ch-HMSو HMSشيميايي جاذب -فيزيكيشناسايي -۲-۴

توسـط پـراش Ch-HMSو HMSبـراي ١آناليز پراش اشعه ايكساز ٢در محـدوده (S-4160, Hitachi, Japan) سنج اشعه ايكـس

از بخش خطـي BET٢گيري شد. سطح ويژه درجه اندازه ٨٠تا صفر نمودار تعيين شد.

توزيع اندازه حفرات از بخش جذب هم دما و با استفاده از روش BJHــد ٣ ــين زده ش . ,USA) (Micrometrics ASAP 2000تخمميكروسكوپ محاسبه شد. تصاوير P/P0=0.99کل حفرات در حجم

ــي ــي پيمايش ــه (S-4160, HITACHI) ٤الكترون ــراي از نمون ــا ب هعنـوان به زانبررسي ساختار سطح آنها تهيه شد. براي شناسايي كيتو

٥، آنـاليز طيـف مـادون قرمـز HMSيک گروه عـاملي روي سـطح در (FTIR, 8400S, SHIMADZU, Japan)توسـط طيـف سـنج

تهيه شد. ٤٠٠٠ cm-1تا ٤٠٠محدوده هاي جذب در سيستم ناپيوسته آزمايش -۲-۵

و جاذب HMSتوسط ۸۶م ين پژوهش، جذب رنگ زرد مستقيدر اCh-HMS بـراي بررسـي اثـر شد. يوسته بررسيستم ناپيدر سpH ،

از ليتر ميلي ۵۰ به Ch-HMSو HMSهاي گرم از جاذب ۱/۰ابتدا ۲۵۰هـاي ليتـر در ارلـن درگـرم ميلـي ۴۰غلظـت محلول رنگ بـا

ــتگاه ميلـــي ــد و ســـپس توســـط دسـ متـــر pHليتـــري اضـــافه شـ (Jenway Model 3510) ،pH ۱۰تـا ۲ فوق در بـازه يها محلول

م يمـوالر تنظـ ۱موالر يا محلول سود ۱ کيدروکلريد هياستوسط ، شـركت فـن KM65(مـدل کريهـا در دسـتگاه شـ شد. سپس ارلـن

دور در ۱۸۰بـا سـرعت سلسـيوس درجـه ۲۵ يدر دما )آزماگستر

1 X-ray Diffraction (XRD) 2 BET 3 Barret-Joyner-Halenda 4Scaning Electon Microscop (SEM) 5 FTIR

ها از قه، ارلنيدق ۶۰قه، تکان داده شد. بعد از يدق ۶۰مدت دقيقه و بهجداسـازي، در داخـل دسـتگاه منظـور بـه ها کر خارج شد و نمونهيش

دور در ۴۰۰۰بـا سـرعت ) (Kokusan, H-11n, Japanسانتريفوژ هـاي عدد جـذب محلـول شدند.قه، سانتريفوژ يدق ۳۰مدت دقيقه به

هاي تعادلي، با اسـتفاده از دسـتگاه رنگ تعادلي براي تعيين غلظتحداكثر طول موج در (JENWAY ,6310, UK) ٦اسپكتروفوتومتر

هـاي تعـادلي رنـگ توسـط خوانده شد و غلظت نانومتر ٣٨٤رنگ ش يآزمـا ، محاسـبه شـد. ٨٦منحني کاليبراسيون رنگ زرد مستقيم

و HMS قـــدار جـــاذب، بـــا مقـــادير مختلـــف ازن اثـــر ميـــيتعCh-HMS )۰۱/۰،۰۲۵/۰ ،۰۵/۰ ،۰۷۵/۰ ،۱/۰ ــرم) ۱۵/۰و گ

بهينه انجام شد. براي بررسـي pHقبل و با آزمايشبا همان شرايط هاي به محلول Ch-HMSنه از جاذب ياثر زمان تماس، ابتدا مقدار به

درگـرم ميلـي ۱۲۰و ۱۰۰، ۸۰، ۶۰، ۴۰، ۲۰هـاي رنگ با غلظـت گيري نه تنظيم شده بودند اضافه شد و نمونهيبه pHمقدار كه در ليتر

، ۶۰، ۴۵، ۳۰، ۱۵در فواصـل زمـاني سلسيوسدرجه ۲۵ يدر دمازان رنگ جـذب ي، مها دقيقه انجام شد. در كليه آزمايش ۱۲۰و ۹۰

معـادالت ها و ميزان ظرفيت جذب تعادلي طبـق شده توسط جاذب يين شدندزير تع

)۱( q = (C − C ) = درصد حذف رنگ ×

)۲( 0

e0 C100)CC( *

معادالتن يکه در ا

qe زان رنگ جذب شده توسط جـاذب در زمـان تعـادل برحسـب يمترتيــب بــه Ceو C0 رگــرم جــاذب،گــرم رنــگ جــذب شــده ب ميلــي

هاي اوليه و تعادلي رنـگ موجـود در ارلـن در زمـان تعـادل غلظتحجم محلول رنگ در ارلـن برحسـب Vليتر، درگرم برحسب ميلي

جرم جاذب استفاده شده برحسب گرم است. Wليتر و هم دماهاي جذب -۲-۶

و هدف از مطالعه هم دماهاي جذب، بررسي عملكرد فراينـد جـذب هاي سنتز شـده بـراي جـذب رنـگ از داخـل محلـول قدرت جاذب

6 Spectrophotometer



، ١النگمير هم دماهاي جذب پژوهشاست. براي اين منظور در اين ر يـ شدند. رابطه جذب النگم يبررس ٤چيو الوو ٣ني، تمک ٢ندليچوفر

نشان داد زيرصورت هتوان ب يرا م )۳ ( q =

معادلهن يدر اكه qm حداكثررنگ جذب شده توسط جاذب در زمان تعـادل برحسـب

غلظـت تعـادلي رنـگ Ce گرم رنگ جذب شده برگرم جـاذب، ميليثابت kl ليتر و درگرم موجود در ارلن در زمان تعادل برحسب ميلي

,.Kumar et al).گـرم اسـت لي ليتر بـر ميلـي ر بر حسب مييالنگم

2010). تـوان از آن يبـوده کـه مـ يک معادله تجربيندليچ ودماي فر هم

Sanchez-Martin et) هتروژن استفاده کرد يها ستميان سيب يبراal., 2011, Kang et al., 2016)

)۴ ( q = k . C

در معادله باالكه Kf 1حداکثر مقدار رنگ جذب شده در واحد وزن جاذب و/n نشان

بـودن جـذب يمقدار انحـراف از خطـ nدهنده شدت جذب است و باشد. يم نتايج و بحث -٣ تصاوير ميكروسكوپ الكتروني روبشي از جاذب سنتز شده - ١- ٣ ٢در شکل Ch-HMSو HMSط به نانو ذرات مربو SEMتصاوير

شـود، ) مشاهده ميa-٢نشان داده شده است. همانطور که در شكل (دهد يکنواخت و کروي است که نشان مي اندازه و شکل ذرات تقريباً

SEM) تصــوير b-۲( تشــکيل شــده انــد. شــکل HMSنــانو ذرات يي روي ها دهد که کلوني را نشان مي Ch-HMSمربوط به نانو ذرات

HMSعلت پوشـش سـطح سطح قابل رويت است و اندازه ذرات به تر شده است. بزرگ زانبا كيتو

1 Langmuir Isotherm 2 Freundlich 3 Temkin 4 Elovich

Fig.2. SEM images of HMS (a) and Ch-HMS (b)

)b( Ch-HMSو ) HMS )aمربوط به SEM تصوير -۲شكل طيف سنجي مادون قرمز تبديل فوريه -۳-۲

٣در شـكل Ch-HMSو كامپوزيـت HMSمربوط بـه FTIRطيف ، نـوار HMSشود بـراي يده ميطور كه د نشان داده شده است. همان

هـاي مربـوط بـه سـاختار گـروه ٩٧/٣٤٤٩ cm-1 پهن و عريض در ,Liu et al., 2013).اســـت (Si-OH)هيدروكســـيل ســـطح

Asouhidou et al. 2009, Qin et al. 2009) نشـان دهنـده كشـش ٦٧/١٠٨٧ cm-1ارتعاش و پيك تيـز در

يلوکســان در ســاختار مزوپــوريس يهــا (گــروه Si-O-Siنامتقــارن HMS پيـك در ،(cm-1 و ٣٦/٤٦٥cm-1 ترتيــب نيــز بــه ٢٥/٨٠٢

Si-O-Siمربـوط بـه ٦و كشش متقـارن ٥نشان دهنده كشش خمشي ,.Liu et al., 2013, Asouhidou et al., 2009, Qin et al).است

2009) C-Hشـي مربـوط بـه ، ارتعـاش خم Ch-HMSبراي كامپوزيت

و ارتعـاش خمشـي cm-1٢٩٣٠در موقعيت حدود C-H2موجود در ــه ــوط ب ــود در C-Hمرب ــت CH3موج ــرار ٢٨٤٥ cm-1در موقعي ق

مربوط به ارتعاش كششي ١٦٣٥ cm-1گرفته است. پيك موجود در موجــود در (CONH2-)هــاي آميــد پيونــدهاي كربونيــل يــا گــروه

. (Cho et al., 2015, Rafiei and Shirvani, 2016) است زانكيتوــعيف در ــك ض ــاش ١٥٤٠ cm-1پي ــه ارتع ــوط ب ــي مرب ــاي كشش ه

,Cho et al., 2015, Gao et al., 2014)هـاي آمـين اسـت گـروه Rafiei and Shirvani, 2016)

ــد cm-1١٤٠٠پيــك درحــدود ــه ارتعــاش كششــي پيون C-Nبكشش توان به را مي cm-1٣٦٠٠مربوط بوده و نوار پهن در محدوده

N-H كه با كشش مربوط بـهOH همپوشـاني دارد، مـرتبط دانسـت (Cho et al., 2015, Gao et al., 2014)ـ . ا هـا در نمونـه کيـ ن پي

اوتـوجود با شدت متف وجود ندارد و در صورت HMS مربوط به 5Bending stretching 6Symmetric stretching



Fig.3. FTIR spectra of HMS and Ch-HMS

Ch-HMSو HMSمربوط به FTIRطيف -۳شكل

يرو زانتــويوجــود دارد کــه معــرف حضــور ک Ch-HMSمونــه ن از است. HMSسطح

Ch-HMSو HMSمربوط به XRDالگوي -۳-۳

دهـد. را نشان مـي Ch-HMSو HMS براي XRDالگوي ٤شکل ويژگـي و مشخصـه 2θ<5 پيک انعكاسـي تشـکيل شـده در ناحيـه

HMS .است درجـه ٣٠تا ٢٠بين 2θ پهن مشاهده شده در ناحيه نوار نسبتاً

گيـري شـكل يانگر بخش آمورف پايه است. حضور اين دو پيک وباسـت. HMS الگوي پراش اشعه ايكس، نشـان دهنـده تشـکيل اين

از محلـول نيكـل كه بـراي حـذف پژوهشيجواديان و همكاران در ــت ــايع توســط كامپوزي ــربو حــذف Polyaniline-HMSم از س

مينوپروپيـل تــري دار شـده بـا آ عامــل HMSمحلـول مـايع توسـط ، متوكسي سيالن انجام دادند

٣٠تـا ٢٠بين 2θ و در ناحيه 2θ<5o حضور دوپيك در ناحيه را گـزارش اسـت HMSهاي ساختار كريسـتالي درجه كه از ويژگي

-Chمربـوط بـه جـاذب XRDكردند. بنابراين، با مقايسـه الگـوي

HMS وHMS ايـهـ اذب، پيـک ـر دو جـشود که براي ه معلوم مي ـ ابه وجـمش -Ch سـاختار جـاذب دهـد در يـان مـ ـود دارد کـه نشـ ــ

HMS نانو ذرات ،HMS روي سـطح زانوجود دارد و حضور كيتـوHMSســاختار كريســتالي آن ايجــاد نكــرده اســت ، اشــكالي در

(Javadian et al., 2013, 2014).

آناليز سطح آزاد جاذب -۳-۴وزيـع انـدازه براي تعيين سطح آزاد يا فعال جـاذب و بررسـي ت

BJHو روش BETهــاي جــاذب ســنتز شــده، از نمــودار روزنــهــدول ــل در ج ــايج حاص ــد. نت ــتفاده ش ــت. ١اس ــده اس ــه ش ارائ

Ch-HMSو جـاذب HMSدفع نيتروژن براي -دماهاي جذب همشود، بـراي طور كه ديده مي اند. همان نشان داده شده ٥ در شكل

HMS فشار نسبي مقـدار، افزايش شديد در(p/po) در محـدودهدمـاي شـود، هـم اده است. مالحظـه مـي ـاتفاق افت ٤/٠تا ١/٠

قابل توصيف اسـت. افـزايش شـديد HMSبراي IVجذب نوعــذب ــروژن ج ــزرگ نيت ــبي ب ــارهاي نس ــر از در فش از ٩٣/٠ت

Fig.4. XRD pattern of HMS and Ch-HMS

Ch-HMSو HMSمربوط به XRDالگوي -۴شكل



ج حاصل از آناليز سطح فعالنتاي -۱جدول Table 1. BET parameters for HMS and Ch-HMS

Sample Specific surface area (m2/g)

The pore diameter calculated from the using the BJH (nm)

Using the BJH Total pore volume (cm3/g)

HMS 885 3.29 1.19 Ch-HMS 184.11 2.42 0.1183

Fig.5. N2 adsorption–desorption isotherms for HMS and Ch-HMS

Ch-HMSو HMS براي دفع نيتروژن- دماهاي جذب هم -۵شكل

هـاي بـا انـدازه روزنـه بوده و مربوط به حضـور HMS خصوصيات

Asouhidou et al., 2009, Qin et). در ساختار پايه است ماكرو

al., 2009). نيتـروژن دماي جـذب مشخص است، هم ٥شكل همانطور كه در

را بـا تغييـر در IV، مدل هم دماي نوع Ch-HMSبراي كامپوزيت مرحله جـذب نيتـروژن حفـظ كـرده كـه علـت ايـن تغييـر، پوشـش

است. كاهش در حجم نيتروژن جذب شده زانمزوپورها توسط كيتو HMSدر مقايسه با Ch-HMSدر تمام فشارهاي نسبي براي نمونه

علـت بارگـذاري بـا بـه HMSهـاي نده كاهش حجم روزنهنشان دهدهـد كـه سـطح و همچنين نشان مـي ١. نتايج جدول است زانكيتو

ترتيـب بـه كيتوزاندار شدن با پس از عامل HMSهاي حجم روزنهكاهش يافته است كه بيانگر پوشش و بارگذاري درصد ٩٠و ٢/٧٩

است. زانبا كيتو HMSخوب بر ميزان جذب pHبررسي اثر -۳-۵

pH د ـرهاي كنترل كننده در فراينـترين پارامت مـي از مهـول يكـمحلجذب است چون بر قابليت انحالل حل شـونده، غلظـت يـون روي

سطح، گروه عاملي جاذب و درجه يـونش جـاذب در طـول واكـنش بـه HMS شـود، مالحظه مي ٦گذارد. همانطور كه در شكل ثير ميأت

نـدارد و ٨٦در جـذب رنـگ زرد مسـتقيم تنهـايي قابليـت زيـادي بـرهمكنش زيـادي بـا HMSمربـوط بـه Si-OHهاي سـطحي گروه

هاي رنگ ندارند. همچنين مشخص است كـه جـذب رنـگ مولكول، pHطـوري كـه بـا افـزايش وابسته است به pHروي كامپوزيت به

ميزان جذب رنگ روي جاذب كاهش يافته و حداكثر ميزان جـذب محلـول باعـث افـزايش pHاتفاق افتـاد. كـاهش ٢با برابر pHدر

NHهـاي هاي فعال جاذب و تبديل گروه بارهاي مثبت روي سايتNH2 به كيتوزان

هاي رنگ آنيـوني زرد مسـتقيم شده و جذب يون +. آسـوهيدو و (Liu et al., 2013) دهـد روي جاذب را بهبود مي ٨٦

HMSجـاذب را توسـط 3BSهمكاران حذف رنگ قرمز ريمازولو بـا نـد دار شده با آمينو پروپيل اتوكسي سـيالن بررسـي كرد عامل

بهينه pHعنوان بهرا ٢اسيدي برابر pHتوجه به آنيوني بودن رنگ، NH2هـاي علت حضور گـروه دار شده به عامل HMS. نمودندتعيين

NH3روي سطح و پروتونه شدن آنها به ، عملكرد بهتري در جـذب +

. همچنين (Asouhidou et al., 2009) داشت HMSرنگ نسبت به

dx.doi.org/10.22093/wwj. 2018.97745.2486 ...سنتز و اصالح سطح تركيب سيليكاتي


Fig.6. The effect of pH on the adsorption of DY86 onto

HMS and Ch-HMS و HMSبر روي ٨٦در جذب رنگ زرد مستقيم pHتأثير - ٦شكل

Ch-HMS

هاي اسيد فوشين، قرمز برلياني راكتيـو، نتايج مشابه در حذف رنگـ IV نارنجي MCM-41ج توسـط جـاذب ميـان حفـره و متيـل اورن

NH3)دار شده با آمونيوم عامل+-MCM-41) متيـل و حـذف رنـگ

دار شـده بـا پليمرآمونيـوم توسـط نـانو ذرات سـيليكا عامـل اورنج ,.Qin et al., 2009, Liu et al).مشاهده شده است اتيلن ايمين پلي

2013) بررسي تأثير مقدار جاذب بر جذب رنگ -۳-۶

ثير مقدار جاذب بر ميزان حذف رنگ نشـان داده شـده أت ٧ در شکلشود درصد حذف رنـگ بـا طور كه در شكل مشاهده مي است. همان

تغيير ميزان جاذب تغيير کرده و با افزايش مقدار جاذب، تـا مقـدار ش مقـدار يمانـد. بـا افـزا مشخصي افزايش يافته و سپس ثابت مـي

راندمان حـذف ته وافيش يجاذب، سطح تماس جاذب و رنگزا افزا، گـرم ۰۷۵/۰ شـتر مقـدار جـاذب از يش بيابد. با افـزا ي يش ميافزا

فعـال يهـا و کاهش حفرات و مکان Ch-HMSعلت اشباع سطح بهــزا يرو ــطح، اف ــاهده يش بيس ــگ مش ــذف رن ــدمان ح ــتر در ران ش

ايـن . (Rezaei Kahkha and Piri, 2016, Abbasi, 2017)نشـد با ثابت بودن نيروي ؛افتد ب اتفاق ميعلت تجمع زياد جاذ پديده به

هـاي در دسـترس افـزايش و بـا ثابـت مكان ،محركه (غلظت رنگ) ماندن درصد حذف رنگ و افزايش مقدار جاذب، ظرفيت جذب

Fig.7. The effect of adsorbent dosage

on dye removal اثر دز جاذب بر درصد حذف رنگ -٧شكل

رفيت جذب رنگ با ثابت ماندن درصـد شود. بنابراين ظ محدود مي

,.Kumar et al).يابد مي حذف رنگ و افزايش مقدار جاذب، كاهش

2010, Rezaei Kahkha and Piri, 2016). ثيري بر درصد أت HMSشد كه تغييرات مقدار همچنين مالحظه

دسـت آمـده، مقـدار حذف رنگ نداشته است. با توجه به نمـودار بـه در نظر گرفته شـد و بقيـه گرم ٠٧٥/٠، Ch-HMS بهينه كامپوزيت

در اين مقدار بهينه انجام شد. ها آزمايش تأثير زمان تماس -۳-۷

فواصـل براي بررسي حالـت تعـادل، جـذب رنـگ روي جـاذب در هـا فراينـد دقيقه انجام شد. در تمـام غلظـت ١٢٠زماني مختلف تا

عـادل كامل شد و پـس از آن جـذب بـه حالـت ت ٦٠جذب تا دقيقه دقيقـه، ١٢٠تا ٦٠. نتايج نشان داد كه افزايش زمان تماس از رسيد

زيادي بر جذب رنگ روي جاذب ندارد. ثيرأتعنـوان زمـان تعـادل در نظـر دقيقه بـه ٦٠بنابراين زمان تماس

مختلف به كار برده شد. کلوخه شدن هاي گرفته شد و براي آزمايشتـر رنـگ بـه وذ عميـق هاي رنگ با افزايش زمان تماس، نف مولکول

هاي باالتر را غير ممکن هاي با انرژي مكان داخل ساختار جاذب در ,Kumar et al., 2010, Zarrinkamar and Gharbani).سـازد مي

2016).

0102030405060708090

100

0 5 10 15

Rem

oval

eff

icie

ncy(

%)

pH

Chitosan/HMS

HMS

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0 0.05 0.1 0.15 0.2

Rem

oval

eff

icie

ncy(

%)

Adsorbent dosage(g)

Chitosan/HMS

HMS



مطالعات تعادلي جذب -٨-٣ـ ـي از جـربـاي تجـه داده اذبـروي جـ ٨٦م ـذب رنگ زرد مستقي

Ch-HMS ندليچ، تمكين و ومير، فردماهاي النگ با شكل خطي از همها بـرازش شـد. بـراي چ با استفاده از رگرسيون خطي اين مدليالووکه نـوع دماي النگمير، چهار نوع رگرسيون خطي به کار برده شد هم

اول، تطابق بهتري با نتايج تجربي داشته و همچنين مقـدار ضـريب طـور تري نيز نسبت به سه نوع ديگر داشت. همـان همبستگي بزرگ

شـود، هـم دمـاي النگميـر مشـاهده مـي ٨و شـكل ٢كه در جـدول دهد جذب تك اليه باالترين ضريب همبستگي را دارد كه نشان مي

هـاي پذيرنـده مـاده جـذب شـونده روي جاذب اتفاق افتاده و گـروه اند. براي صورت يكنواخت و همگن روي سطح جاذب توزيع شده به

دست آمد كه نشـان دهنـده هب ٤برابر با n ندليچ، مقدارودماي فر همدمـاي جذب مطلوب است. براي مطالعه جذب سطحي چند اليه، هم

٩٥٣/٠دمـاي تمكـين تمكين نيز بررسي شد. ضريب همبستگي هم كند، بنـابراين جـذب دست آمد كه جذب چند اليه را توجيه نمي هب

دمـاي غالـب دماي النگمير، همچنان هم تك اليه اتفاق افتاده و هم

نسبت بـه مـدل يتر نييپا يب همبستگيچ هم ضرياست. مدل الوومنظور کند. به يد مأيير را تيزوترم النگميا ير داشت که برتريالنگم

بـا زانتـو يه کيـ هاي مختلـف بـر پا بررسي و مقايسه عملكرد جاذبظرفيـت جـذب بيشينهحاضر، مقادير پژوهشجاذب سنتز شده در

كهها در نظر گرفته شد جاذب اين يمختلف رو يها تك اليه رنگ ارائه شده است. ٣در جدول شود، جاذب سـنتز شـده طور كه در اين جدول مشاهده مي همان

Ch-HMS ظرفيت جذب باال و مناسب در مقايسـه بـا بسـياري ازعلت حضور مقادير دارد. اين ظرفيت زياد جذب به گريد يها جاذب

ختار كامپوزيت سنتز شده موجود در سا فنليهاي آميني و زياد گروه، استمطالعات مشابه كه براي حذف رنگ انجام شده است. در اكثر

بيانگر تك اليه بودن جـذب رنـگ كه دماي غالب بوده النگمير هم بر روي جاذب است.

دماهاي النگمير، فروندليچ، تمکين و الوويچ مقادير پارامترهاي هم - ٢جدول

Table.2. The parameters of Langmuir, Freundlich, Temkin and Elovich isotherms R2 Parameter Linear form Non linear equation Isotherm

0.999 qm=71.43 mg/g Kl=0.7 L/mg

Ce/qe=1/kl qm+ (1/qm) Ce Ce/qe vs. Ce

qe = qmKLCe/(1 + KLCe)

Langmuir 1

0.994 qm=66.66 mg/g Kl=1.15 L/mg

1/qe = 1/ kl qmCe + 1/qm 1/qe vs.1/Ce

Langmuir 2

0.967 qm=65.95 mg/g Kl=1.07 L/mg

qe= qm − qe/ kL Ce qevs. qe/Ce

Langmuir 3

0.967 qm=66.47 mg/g Kl=0.96 L/mg

qe/Ce= qm/kl− qe/kl qe/Cevs. qe

Langmuir 4

0.911 n= 4.16

Kf=29.84 (mg/g).(L/mg)1/n

ln qe=ln Kf + 1/n ln Ce Ln qe vs. ln Ce

qe =KfCe1/n

Freundlich

0.953 B=9.84 J/mole A=27.16 L/g

qe vs. ln Ce

qe=Bln (ACe) Temkin

0.934 qm=13.53 mg/g KE= 23.60 Ln (qe/Ce) vs. qe qe/qm= KECe

qe/qm Elovich



Fig.8. Linear form of Langmuir and Freundlich models for the adsorption of DY86 onto Ch-HMS

oC 25در Ch-HMSروي كامپوزيت ۸۶د مستقيم دماهاي جذب براي جذب رنگ زر هم -۸ شکل

y = 0.0135x + 0.0155R² = 0.9942

0

0.01

0.02

0.03

0.04

0.05

0.06

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3

1/qe

1/Ce

y = 0.014x + 0.020R² = 0.999

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0 10 20 30 40 50 60

Ce/qe

Ce

langmuir 1

y = -1.041x + 69.20R² = 0.967

-10

0

10

20

30

40

50

60

0 10 20 30 40 50 60 70 80

qe/C

e

qe

langmuir 4

y = -0.929x + 65.95R² = 0.967

0

10

20

30

40

50

60

70

80

0 10 20 30 40 50 60

qe

qe/Ce

langmuir 3

y = 0.240x + 3.396R² = 0.911

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

4

4.5

5

-2 -1 0 1 2 3 4 5

Ln q

e

Ln Ce

Freundlich

y = 9.843x + 32.50R² = 0.973

0

10

20

30

40

50

60

70

80

-2 -1 0 1 2 3 4 5

qe

ln Ce

Temkin

y = -0.0739x + 5.7366R² = 0.9343

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

4

4.5

5

0 10 20 30 40 50 60 70 80

Ln q

e/C

e

qe

Elovich



هاي آلي هاي حاوي كيتوزان براي حذف رنگ از محلول مقايسه حداکثر ظرفيت جذب جاذب - ۳جدول Table 3. Comparison of maximum adsorption capacity of different chitosan based adsorbents for the dye removal from

aqueous solution Dye Adsorbent Maximum

adsorption capacity (mg/g)

Ref.

Acid red 18 (AR18) SBA-15/Chitosan(5%) SBA-15/ Chitosan (10%)

40.3 96.6 Gao et al. 2014

Methylene blue (MB) chitosan/heulandite/Fe3O4 composites 45.1 Cho et al. 2015

Acid Red 88 (AR88) bio-silica/chitosan nanocomposite 25.84 Darvishi Cheshme Soltgani, et al., 2013

Reactive Black 5 Acid Red 51

Basic Violet 3 Chitosan hydrogel/SiO2

80.28 70.4

69.36 Copello et al., 2011

methylene blue Cross-linked chitosan/sepiolite composite 40.98 Marrakchi et al. 2016

Reactive Red 152 Chitosan/coffee residue composite beads 4.274 Nitayaphat 2017 Direct Yellow 86 Chitosan modified HMS (Ch-HMS) 71.43 This Study

٨٦ستقيم هاي اوليه مختلف رنگ زرد م هاي سينتيكي شبه مرتبه يك و شبه مرتبه دو در غلظت مقايسه پارامترهاي مدل - ٤جدول

Table 4. Comparison of pseudo first and second kinetic models for the adsorption of DY86 onto Ch-HMS nanocomposite

Second order model kh(g/mg.min) qe,cal.(mg/g) R2

First order model R2 qe,cal. (mg/g) kl(1/min)

Initial conc. (mg/L)

0.0009 29.41 0.983 0.933 31.18 0.07 20 0.0003 71.43 0.988 0.967 47.94 0.05 40 0.0004 71.43 0.986 0.945 70.80 0.067 60 0.0003 83.33 0.978 0.932 106.80 0.081 80 0.0012 52.63 0.987 1 26 0.035 100 0.001 58.82 0.991 0.966 36 0.046 120

سينتيک جذب

١يك شبه مرتبه اول الگرگرنمدل سينت - ۱- ۹- ۳هـاي فعـال در مدل سينتيکي شبه مرتبه يک، سرعت اشـغال مكـان

هاي خالي است. جاذب متناسب با تعداد مكاندر برابر ln(qe-qt)هاي از رسم داده ،۵طبق معادله ن مدليدر ا

شود كه مقـادير ثابـت سـرعت و راستي حاصل مي ، خطوط(t)زمان اين خطوط محاسـبه أز شيب و عرض از مبدظرفيت جذب تعادلي ا

دست هارائه شده است. با توجه به نتايج ب ٤جدول شوند. نتايج در ميبزرگ در ظرفيت جذب تعادلي بين مقادير آزمايشي آمده، اختالف

دهـد مـدل شـبه د که نشـان مـي ـاهده شـده مشـاسبه شـو مقادير مح Tunc et) نيسـت هاي آزمايشي منطبق خوبي با داده مرتبه يک بهal., 2009)

1Lagergren

)٥ (ln(q −q ) = lnq −k t

خطـوط أه و عـرض از مبـد يـ ب زاويب از ضريترت به qeو kl ريمقاد شود. يدست آمده محاسبه م هب

Ln ق رسم نموداريک جذب شبه مرتبه اول از طرينتينمودار س

(qe-qt) در مقابلt نقاط ييب همگرايو ضر(R2) نسـبت بـه خـط د.يآ يدست م هب

٢مدل سيتنيك شبه مرتبه دوم هو - ۲- ۹- ۳

و، مرحله کنترل کننـده سـرعت جـذب سـطحي هدر مدل شبه مرتبه هـا ميـان جـاذب و ممكن است اشتراک گذاشتن يا تعويض الکترون

ق باشد، صاد دوجذب شونده باشد. اگر سينتيک شبه مرتبه

2 HO



، (t)زمـان در برابـر مقـادير t/qبا رسـم مقـادير ٦طبق معادله آن، أشود كه از روي شيب و عرض از مبد خطوط راستي حاصل مي

ارائـه ٣در جـدول Khو qeآيد. مقـادير دست مي هب khو qeمقادير توان دريافت که مي ٤شده است. با توجه به نتايج موجود در جدول

است کـه دوباالترين ضريب همبستگي مربوط به معادله شبه مرتبه تواند معادله سينتيکي حاکم بر فرايند جذب باشد. مي

از طرفي مقايسـه بـين سـينتيک شـبه مرتبـه يـک و دو نشـان دهد كه اگرچه هر دو مدل ضريب همبستگي بـااليي دارنـد، امـا مي

حاصـل از qeبه مقادير شبه مرتبه دو محاسبه شده از مدل qeمقادير است. بنابراين مدل سـينتيك شـبه مرتبـه دو، تر نزديك ها آزمايش

(Zhong et al., 2011) مدل سينتيكي غالب در فرايند جذب است )٦ (= +

كه يك مدل دونتايج مشابهي در مورد مدل سينتيكي شبه مرتبه

غالب در فرايند جذب بوده، گزارش شده است.هاي اكسيد بر روي نانو لوله ١٢فرايند جذب رنگ زرد مستقيم

، (Ghaedi et al., 2013)كادميم بارگذاري شـده روي كـربن فعـال ,.Kuo et al) يهاي كربن روي نانو لوله ٨٦جذب رنگ زرد مستقيم

توسط نانو ذرات نقره ١٢و جذب سطحي رنگ زرد مستقيم (2008جملـه از ، (Ghaedi et al., 2012)بارگذاري شده روي كربن فعـال

هـا مـدل در مورد حذف رنـگ مسـتقيم اسـت كـه در آن ها پژوهش سينتيكي شبه مرتبه دو، مدل غالب و برتر بوده است.

گيري نتيجه -۴هـاي توسـط جـاذب ۸۶م يحذف رنـگ زرد مسـتق ن پژوهش،يدر ا

زانتـو ياصالح سـطح شـده بـا ک HMSن يو همچن HMSسنتز شده (Ch-HMS) شد. آناليزهـاي انجـام يدر يك فرايند ناپيوسته بررسييـد أرا ت HMSروي سـطح ميـان حفـره كيتـوزان ثر ؤشده حضور م

، مقدار جاذبpHنشان داد كه پارامترهاي پژوهشكرد. نتايج اين ثير بسـيار زيـادي بـر رانـدمان جـذب رنـگ زرد أو زمان تماس تـ

، ۲ب يـ ترت نـه آنهـا بـه يبه مقـدار روي جاذب دارنـد کـه ۸۶م يمستقمحلــول باعــث pHن شــد. کــاهش يــيقــه تعيدق ۶۰و گــرم ۰۷۵/۰

هــاي فعــال جــاذب و تبــديل افـزايش بارهــاي مثبــت روي ســايت ــروه ــاي گ ــو OHو NHه ــهزاكيت NH2ن ب

ــده و OH2 +و + ــذب ش ج .دهد مي روي جاذب را بهبود ٨٦هاي رنگ آنيوني زرد مستقيم يون

دماي النگمير با حداكثر مطالعات تعادلي جذب نيز نشان داد كه همدماي غالب بوده گرم بر گرم جاذب، هم ميلي ۴۳/۷۱ظرفيت جذب

بـا دو مدل سينتيك شبه مرتبه و جذب تك اليه اتفاق افتاده است.محاسبه شده بـه qeمقادير يکينزد و ستگي باالتوجه به ضريب همب

، مدل غالب در فرايند جذب است.ها حاصل از آزمايش qeمقادير قدرداني -۵

نويسندگان اين مقالـه مراتـب سـپاس و تشـكر خـود را از معاونـت پژوهش و فناوري دانشگاه آزاد اسالمي واحد قائمشهر كه امكانات

قيق را فـراهم نمودنـد، اعـالم و شرايط مناسب جهت انجام اين تح نمايند. مي

References Abbasi, M. 2017. Synthesis and characterization of magnetic nanocomposite of chitosan/SiO2/carbon nanotubes

and its application for dyes removal. Journal of Cleaner Production, doi: 10.1016/j.jclepro.2017.01.046 Aksu, Z. & Alper Isoglu, I. 2006. Use of agricultural waste sugar beet pulp for the removal of Gemazol turquoise

blue-G reactive dye from aqueous solution. Journal of Hazardous Materials B, 137, 418-430. Asouhidou, D.D., Triantafyllidis, K.S., Lazaridis, N.K. & Matis, K. A. 2009. Adsorption of Remazol Red 3BS

from aqueous solutions using APTES- and cyclodextrin-modified HMS-type mesoporous silicas. Colloids and Surfaces A: Physicochem. Eng. Aspects, 346, 83-90.

Avramescu, S.M., Bradu, C., Franza, L., Mihalche , N., Neata, M. & Udrea, I. 2010. Removal of reactive black 5 azo dye from aqueous solutions by catalytic oxidation using CuO/ Al2O3 and NiO/ Al2O3. Applied Catalysis: Environmental Journal, 96, 548-556.

Baek, M.H., Olakitan Ijagbemi, Se-Jin O. & Kim, D.S. 2010. Removal of malachite green from aqueous solution using degreased coffee bean. Journal of Hazardous Materials, 176, 820-828.

dx.doi.org/10.22093/wwj. 2018.97745.2486 مهسا آقاپور و همكاران


Banerjee, S., Dubey, S., Gautam, R.K., Chattopadhyaya, M.C. & Sharma, Y.C. 2016. Adsorption characteristics of alumina nanoparticles for the removal of hazardous dye, Orange G from aqueous solutions. Arabian Journal of Chemistry, doi: 101016/j.arabjc.2016.12.016.

Belhouchat, N., Zaghouane-Boudiaf, H. & Viseras, C. 2017. Removal of anionic and cationic dyes from aqueous solution with activated organo-bentonite/sodium alginate encapsulated beads. Applied Clay Science, 135, 9-15.

Chae, K. S., Selvam , K. & Swaminathan, K. 2003. Decolourization of azo dyes and adye industry effluent by a white rot fungus thelephorasp. Journal of Bioresource Technology, 88, 115-119.

Chawla, S., Uppal, H., Yadav, M., Bahadur, N. & Singh, N. 2017. Zinc peroxide nanomaterial as an adsorbent for removal of Congo red dye from wastewater. Ecotoxicology and Environmental Safety, 135, 68-74.

Cho, D.W., Jeon, B.H., Chon, C.M., Schwartz, F.W., Jeong, Y. & Song, H. 2015. Magnetic chitosan composite for adsorption of cationic and anionic dyes in aqueous solution. Journal of Industrial and Engineering Chemistry, 28, 60-66.

Copello, G.J. Mebert, A.M., Raineri, M., Pesenti, M.P. & Diaz, L.E. 2011. Removal of dyes from water using chitosan hydrogel/SiO2 and chitin hydrogel/SiO2 hybrid materials obtained by the sol–gel method. Journal of Hazardous Materials, 186, 932-939.

Crini, G. 2006. Non-conventional low-cost adsorbents for dye removal: A review. Bioresource Technology, 97, 1061-1085.

Darvishi Cheshmeh Soltani, R., Khataee, A.R., Safari, M. & Joo, S.W. 2013. Preparation of bio-silica/chitosan nanocomposite for adsorption of a textile dye in aqueous solutions. International Biodeterioration and Biodegradation, 85, 383-391.

Ghaedi, M., Sadeghian, B., Kokhdan, S.N., Pebdani, A.A., Sahraei, R., Daneshfar, A. & Mihandoost, A. 2013. Study of removal of Direct Yellow 12 by cadmium oxide nanowires loaded on activated carbon. Materials Science and Engineering, 33, 2258-2265.

Ghaedi, M., Sadeghian, B., Pebdani, A., Sahraei, R., Daneshfar, A. & Duran, C. 2012. Kinetics, thermodynamics and equilibrium evaluation of Direct Yellow 12 removal by adsorption onto silver nanoparticles loaded activated carbon. Chemical Engineering Journal, 187, 133-141.

Gao, Q., Zhu, H., Luo, W.J., Wang, S. & Zhou, C.G. 2014. Preparation, characterization, and adsorption evaluation of chitosan-functionalized mesoporous composites. Microporous and Mesoporous Materials, 193, 15-26.

Hameed, B.H. & Ahmad, A. A. 2009. Batch adsorption of methylene blue from aqueous solution by garlic peel an agricultural waste biomass. Journal of Hazardous Materials, 164, 870-875.

Hanafiah, M.A.K.M., Ngah, W.S. & Teong, L.C. 2011. Adsorption of dyes and neary metal ions by chitosan composite: A review. Journal of Carbohydrate Polymers, 83, 1446-56.

Hii, S.L., Wong, C.L. & Yong, S.Y. 2009. Removal of rhodamine B from aqueous solution by sorption on Turbinavia conoides. Journal of Applied phycology, 21, 625-631.

Ho, Y.S. & Mckay, G. 2003. Sorption of dyes and copper ions onto biosorbents. Journal of Process Biochemistry, 28, 1047-1061.

Humelnicu, I., Baiceanu, A., Ignat, M.E. & Dulman, V. 2017. The Removal of Basic Blue 41 textile dye from aqueous solution by adsorption onto natural zeolitic tuff: Kinetics and thermodynamics. Process Safety and Environmental Protection, 105, 274-287.

Javadian, H., Babzadeh Koutenaei, B., Khatti, R. & Toosi, M. 2014. Application of functionalized nano HMS type mesoporous silica with N-(2- aminoethyl)-3-aminopropyl methyldimethoxysilane as a suitable adsorbent for removal of Pb (II) from aqueous media and industrial wastewater. Journal of Saudi Chemical Society, 21, 219-230.

Javadian, H., Vahedian, P. & Toosi, M. 2013. Adsorption characteristics of Ni(II) from aqueous solution and industrial wastewater onto Polyaniline/HMS nanocomposite powder. Applied Surface Science, 284, 13-22.



Jayasantha Kumari, H., Krishnamoorthy, P., Arumugam, T.K., Radhakrishnan, S. & Vasudevan D. 2017. An efficient removal of crystal violet dye from waste water by adsorption onto TLAC/Chitosan composite: A novel low cost adsorbent. International Journal of Biological Macromolecules, 96, 324-333.

Kang, J.K., Park, J.A., Kim, J.H., Lee, C.G. & Kima, S.B. 2016. Surface functionalization of mesoporous silica MCM-41 with 3-aminopropyltrimethoxysilane for dye removal: Kinetic, equilibrium, and thermodynamic studies. Desalination and Water Treatment, 57, 7066-7078.

Khaled, A., El Nemr, A., El-Sikaily, A. & Abdelwahab, O. 2009. Removal of direct N Blue-106 from artificial textile dye effluent using activated carbon from orange peel: Adsorption isotherm and kinetic studies. Journal of Hazardous Materials, 165, 100-110.

Kumar, P.S., Ramalingam, S., Senthamarai, C., Niranjanaa, M., Vijayalakshmi, P. & Sivanesan, S. 2010. Adsorption of dye from aqueous solution by cashew nut shell: Studies on equilibrium isotherm, kinetics and thermodynamics of interactions. Desalination, 261, 52-60.

Kuo, C.Y., Wu, C.H. & Wu, J.Y., 2008. Adsorption of direct dyes from aqueous solutions by carbon nanotubes: Determination of equilibrium, kinetics and thermodynamics parameters. Journal of Colloid and Interface Science, 327, 308-315.

Liu, J., Ma, J. & Zang, L. 2013. Preparation and characterization of ammonium-functionalized silica nanoparticle as a new adsorbent to remove methyl orange from aqueous solution. Applied Surface Science, 265, 393-398.

Marrakchi, F., Khanday W.A., Asif, M. & Hameed B.H. 2016. Cross-linked chitosan/sepiolite composite for the adsorption of methylene blue and reactive orange 16. International Journal of Biological Macromolecules, http://dx.doi.org/10.1016/j.ijbiomac.(2016. 9. 6).

Nitayaphat, W. 2017. Chitosan/coffee residue composite beads for removal of reactive dye. Materials Today: Proceedings, 4, 6274-6283.

Pauly, T.P. & Pinnavaia, J. 2001. Pore size modification of mesoporous HMS molecular sieve silicas with wormhole framework structures. Chemistry of Materials, 13, 987-993.

Qin, Q., Ma, J. & Liu, L. 2009. Adsorption of anionic dyes on ammonium-functionalized MCM-41. Journal of Hazardous Materials, 162, 133-139.

Rafiei, H.R. & Shirvani, M. 2016. Sorption of Lead (Pb) from aqueous solutions by sepiolite and bentonite modified with chitosan biopolymers: Isotherms and kinetics. Journal of Water and Wastewater, 27(3), 75-87. (In Persian)

Razaei Kahkha, M.R. & Piri, J. 2016. Adsorption of reactive red dye from wastewater using modified citrulluscolosynthis ash. Journal of Water and Wastewater, 27(3), 32-37. (In Persian)

Salahshoor, Z., Shahbazi, A. & Badiei, A. 2016. Functionalized nanoporous silica by mono and dendrimeramine in methylene blue removal from wastewater. Journal of Water and Wastewater, 27(1), 19-28. (In Persian)

Sanchez-Martin, J., Beltran-Heredia, J. & Gragera-Carvajal, J. 2011. Caesalpinia spinosa and Castanea sativa tannins: A new source of biopolymers with adsorbent capacity. Preliminary assessment on cationic dye removal. Industrial Crops and Products, 34, 1238-1240.

Singh, H., Chauhan, G., Jain, A.K. & Sharma, S.K. 2017. Adsorptive potential of agricultural wastes for removal of dyes from aqueous solutions. Journal of Environmental Chemical Engineering, 5, 122-135.

Tunc, O., Tanac, H. & Aksu, Z. 2009. Potential use of cotton plant wastes for the removal of Remazol Black B reactive dye. Journal of Hazardous Materials, 163, 187-198.

Zarrinkamar, R. & Gharbani, P. 2016. Adsorption of malachite green dye using modified γ-Alumina. Journal of Water and Wastewater, 27(6), 33-41. (In Persian)

Zhong, Q.Q., Yue, Q.Y., Li, Q., Xu, X. & Gao, B.Y. 2011. Preparation, characterization of modified wheat residue and its utilization for the anionic dye removal. Desalination, 267 (2-3), 193-200.

synthesis and surface modification of hexagonal mesoporous ... · maximum adsorption capacity of...

Documents