دانشگاه تربیت مدرس مهندسی عمران مدرس 2476-6763 20 5 2020 11 21 Optimization of Arsenic Adsorption from Solution Using Nano-Jacobsite by Response Surface Method (RSM) بهینه‌سازی جذب آرسنیک از محلول با استفاده نانوجاکوبسیت به وسیله‌ی روش پاسخ سطح RSM 131 141 12384 FA امیر ضیاءلامع دانش اموخته کارشناسی ارشد مهندسی معدن، گرایش محیط‌ زیست دانشگاه تربیت مدرس احمد جمشیدی استادیار دانشگاه تربیت مدرس، گروه فرآوری مواد معدنی، عضو پژوهشکده محیط‌زیست دانشگاه تربیت مدرس احمد خدادادی دربان استاد دانشگاه تربیت مدرس، گروه فرآوری مواد معدنی، عضو پژوهشکده محیط زیست دانشگاه تربیت مدرس Journal Article Lots of ecosystems including soil and water in the world is contaminated by the arsenic every year. The emission of arsenic (As) to the surface and groundwater by human activities such as mining, agricultural and industrial activities is considered a global threat to the ecosystem and human health. Arsenite and arsenate are the two dominant arsenic species in contaminated soils that are highly toxic to the human health and ecosystems. Thus, the As elimination from aqueous solution is considered as crucial issue. Among the different removal methods, adsorption is the low cost, and high efficient technique for the As elimination from aqueous phase. In the adsorption process, the adsorbent type is the one of the main factors of successful removal process. Application of nano-adsrobent may lead to produce less secondary waste in the adsorption process. Moreover, bimetal nano-adsorbent due to the some properties including increasing As removal in the early time was selected as adsorbent to remove As from aqueous solution. Many researches believe that Jacobsite nanoparticles (MnFe₂O₄) are an effective absorbent for the removal of organic and inorganic materials. Due to the special properties of nanoparticles such as high reactivity, Jacobsite nanoparticles were selected for the adsorption of arsenic from water and prepared based on co-precipitation method. The prepared nanoparticles were characterized through the X-ray fluorescence (XRF), X-ray diffraction XRD, scanning electron microscopy methods (SEM), and pH_pzc. According to the XRD, the obtained peaks for the synthesized adsorbent were followed by the previous researches indicated the production of Jacobsite. Based on the XRF, the Mn-oxide and Fe-oxide was 27.8% and 65.5%, respectively. Overall, results of XRD and XRF proved that the synthesized nanoparticles were Jacobsite. Moreover, based on the Fe-SEM, the nanoparticle size was less than 100 nm with mean size of 33.8 nm. Moreover, the he pH of zero point of the nanoparticle (pH_pzc) of the synthesized adsorbent was 7.2. In the presnet study, Response Surface Methodology (RSM) was used to model and optimize the adsorption process of arsenic from solution with Jacobsite nanoparticles. Four factors of pH (3 to 11), concentration of arsenic in solution (1000 to 4000 μg/l), amount of nanoparticles (1 to 5 g/l) and time (15 to 195 min) were selected as independent factors affecting the adsorption efficiency of arsenic. The central composite design (CCD) was used to design of the experiment and optimize the model parameters. Variance analysis indicated that prediction of adsorption of arsenic from the nano-adsorbent by the CCD model was well performed (p <0.0001) with the high accuracy (R2 of 96.24%). The results showed that the effect of four factors pH, nanoparticles, initial arsenic concentration and time was significant. According to the optimization objectives, the results showed that the optimum pH, amount of nanoparticles, time and initial concentration of arsenic were 3, 2 g / l, 48 min and 3250 μg/l, respectively. The arsenic removal from the solution at optimum values ​​calculated for the factors was estimated to be 79.7%. However, 94.77% of As was removed in the adsorption experiments.<br> انتشار آرسنیک در آب‌های سطحی و زیرزمینی به وسیله فعالیت‌های انسانی همچون معدنکاری، کشاورزی و صنعتی بعنوان یک تهدید جهانی برای موجودات زنده به شمار می‌آید. آرسنیت و آرسنات دو گونه‌ی غالب آرسنیک در خاک‌های آلوده هستند که سمیت بالایی برای انسان و موجودات زنده دارند. با توجه به خواص ویژه نانوذرات ازجمله واکنش‌پذیری بالا، نانو ذرات جاکوبسیت جهت جذب آرسنیک از آب انتخاب و با استفاده از روش هم‌رسوبی تهیه شد. دراین تحقیق، از روش سطح پاسخ (<span dir="LTR">RSM</span>) جهت مدلسازی و بهینه‌سازی فرآیند جذب آرسنیک از محلول با نانوذرات جاکوبسیت استفاده شد. چهار فاکتور <span dir="LTR">pH</span> (3 الی 11)، غلظت آرسنیک در محلول (1000 تا 4000 میکرو‌گرم بر لیتر) ، مقدار نانوذرات (1 الی 5 گرم بر لیتر) و زمان (15 الی 195 دقیقه) بعنوان فاکتورهای مستقل موثر بر کارآیی جذب آرسنیک انتخاب شدند. طرح مرکب مرکزی (<span dir="LTR">CCD</span>) برای طراحی آزمایش و بهینه‌سازی پارامتر‌های مدل استفاده شد. آنالیز واریانس گویای آن بود که پیش‌بینی جذب آرسنیک از محلول با اصلاح کننده‌ی نانوجاکوبسیت توسط مدل <span dir="LTR">CCD</span> به خوبی (<span dir="LTR">p-value</span> کمتر از 0001/0 ) و با دقت بالا (<span dir="LTR">R²</span> برابر 24/96 درصد ) انجام شد. نتایج نشان داد که اثر چهار عامل <span dir="LTR">pH</span>، مقدار نانو ذرات، غلظت اولیه آرسنیک و زمان معنی‌دار است. با توجه به اهداف بهینه‌سازی، نتایج نشان داد که مقدار بهینه <span dir="LTR">pH</span>، مقدار نانو ذرات، زمان و غلظت اولیه آرسنیک به ترتیب برابر 3، 2 گرم بر لیتر، 48 دقیقه و 3250 میکروگرم بر لیتر است. مقدار درصد جذب آرسنیک از محلول در مقادیر بهینه محاسبه‌شده برای عوامل، برابر با 7/79 درصد تخمین زده شد. با این ‌وجود مقدار جذب 77/94 درصدی نیز در آزمایش‌های مربوط به جذب آرسنیک از محلول مشاهده شد.<br> https://mcej.modares.ac.ir/article_12384_20d534ef3fe79831c525d1a218cc2818.pdf