DOI: https://doi.org/10.56975/jetir.v13i1.572940
تاريخ النشر: 2026-01-01
المؤلف: Amit Anand وآخرون
الموضوع الرئيسي: الامتصاص والامتصاص الحيوي لإزالة الملوثات
نظرة عامة
تبحث هذه الدراسة في كفاءة الامتزاز للفحم النشط وطين البنتونيت لإزالة الصبغات من المحاليل المائية. تم تحليل المتغيرات الرئيسية مثل الرقم الهيدروجيني، وتركيز الصبغة الابتدائي، ووقت الاتصال، مما كشف عن إمكانية تحقيق كفاءة إزالة صبغة تزيد عن 98% في غضون 15 دقيقة باستخدام جرعة 1 جرام من الممتزات عند الرقم الهيدروجيني 8 و 2 لتركيزات صبغة ابتدائية أعلى. كما تشير الدراسة إلى أن الفلورسئين يتحلل بسرعة تحت ضوء الشمس الساطع ولكنه يبقى مستقرًا في الظلام، مع انخفاض معدلات التحلل كلما زادت تركيزات الصبغة. تسهل الخصائص اللونية لمحلول فلورسئين الصوديوم تصور عمليات التبخر، مما يبرز فعالية الممتزات.
في الختام، تم تحقيق إزالة مثالية للصبغة باستخدام 1 جرام من الممتز تحت ظروف قياسية لوقت اتصال قدره 60 دقيقة عند الرقم الهيدروجيني 8 و 2. تسهم هذه الدراسة في أهداف التنمية المستدامة من خلال معالجة التلوث وتعزيز ممارسات إدارة المياه المستدامة في ضوء تزايد ندرة المياه.
الطرق
في هذا القسم، يوضح المؤلفون الطرق المستخدمة لدراسة تحلل صبغة فلورسئين الصوديوم باستخدام البنتونيت والفحم النشط كممتزات. تم تحضير فلورسئين الصوديوم، الذي يبلغ وزنه الجزيئي 376.28 جرام/مول، في محاليل مخزنة بتركيزات 100 جزء في المليون و 200 جزء في المليون عن طريق إذابة 0.1 جرام في 1000 مل من الماء المقطر المزدوج. تم تحضير محاليل قياسية تتراوح من 10 جزء في المليون إلى 200 جزء في المليون من خلال التخفيف. تضمنت الإعدادات التجريبية إضافة 100 مل من صبغة فلورسئين الصوديوم إلى 1 جرام من البنتونيت، تلاها غمر الأقطاب في المحلول، الذي تم تحريكه باستمرار بسرعة 220 دورة في الدقيقة عند مستويات الرقم الهيدروجيني 2 و 8.
تم إجراء تجارب الامتزاز الدفعي لكل من البنتونيت والفحم النشط عند درجات حرارة ثابتة، مع فترات زمنية متغيرة (15، 30، 45 دقيقة، إلخ) مع الحفاظ على تركيزات الصبغة الابتدائية والرقم الهيدروجيني. بعد عملية الامتزاز، تم تصفية الخلطات، وتم تحليل الراشح باستخدام مقياس الطيف الضوئي ذو الشعاع المزدوج عند طول موجي 490 نانومتر لتقييم تحلل الصبغة. تم حساب نسبة إزالة الفلورسئين باستخدام المعادلة:
\[
\text{نسبة الإزالة} = \frac{\text{Abs}_{\text{initial}} – \text{Abs}_{\text{final}}}{\text{Abs}_{\text{initial}}} \times 100
\]
تسمح هذه المنهجية بتقييم منهجي لفعالية البنتونيت والفحم النشط في إزالة فلورسئين الصوديوم من المحاليل المائية.
النتائج
في هذه الدراسة، تم ملاحظة التغيرات اللونية لمحلولات فلورسئين الصوديوم حيث انخفض التركيز من الأحمر إلى الأخضر الفاتح، مع أقصى امتصاص قدره 0.096 عند 490 نانومتر لمحلول بتركيز 40 جزء في المليون بعد 45 دقيقة. تراوح تركيز فلورسئين الصوديوم من 10 جزء في المليون إلى 200 جزء في المليون، وظل الامتصاص مستقرًا عند تركيزات أعلى (150 جزء في المليون و 200 جزء في المليون) لمدة 30 إلى 45 دقيقة. تشير النتائج إلى أن إزالة لون الصبغة تعززت مع زيادة تركيز الصبغة والوقت، خاصة عند الرقم الهيدروجيني 2.
أظهر الفحم النشط كفاءة ملحوظة في إزالة الصبغة تصل إلى 99.9% عند الرقم الهيدروجيني 8، ويعزى ذلك إلى هيكله المسامي الدقيق ومجموعاته الوظيفية مثل الهيدروكسيل والكربوكسيل. تشير النتائج إلى أن قدرة إزالة الصبغة للفحم النشط تصل إلى أقصى حد عند تركيزات ابتدائية أعلى، كما هو موضح في أرقام الامتصاص ونسبة الإزالة. بشكل عام، تسلط الدراسة الضوء على فعالية الفحم النشط في إزالة فلورسئين الصوديوم من المحاليل المائية، مع أداء متغير بناءً على الرقم الهيدروجيني والتركيز.
المناقشة
في هذه الدراسة، تم استخدام مقياس الطيف الضوئي UV-vis (مقياس الطيف الضوئي ذو الشعاع المزدوج AU -2703، Systronics، الهند) لتحليل كفاءة إزالة بعض الملوثات، باستخدام قنينة كوارتز بسمك 1 سم للقياسات. تضمنت الإعدادات التجريبية محرك مغناطيسي لتحريك المحلول ومصباح قياسي بخيوط كخيار للضوء المرئي. تم إجراء الترشيح باستخدام ورق ترشيح واتمان (رقم الكاتالوج 1001 125)، وتمت قياسات دقيقة لمسحوق الفلورسئين باستخدام ميزان تحليلي بأربعة أرقام (BSM220.4).
تشير النتائج إلى أن إزالة الملوثات المثلى تم تحقيقها باستخدام 1 جرام من الممتزات تحت ظروف قياسية، تحديدًا عند وقت اتصال قدره 60 دقيقة ومستويات الرقم الهيدروجيني 8 و 2. تسهم هذه الدراسة في أهداف التنمية المستدامة من خلال معالجة تقليل التلوث وتعزيز ممارسات إدارة المياه المستدامة في ضوء التحديات المتزايدة لندرة المياه.
DOI: https://doi.org/10.56975/jetir.v13i1.572940
Publication Date: 2026-01-01
Author(s): Amit Anand et al.
Primary Topic: Adsorption and biosorption for pollutant removal
Overview
This research investigates the adsorption efficiency of activated charcoal and bentonite clay for dye removal from aqueous solutions. Key variables such as pH, initial dye concentration, and contact time were analyzed, revealing that over 98% dye removal efficiency can be achieved within 15 minutes using a 1 g adsorbent dose at both pH 8 and pH 2 for higher initial dye concentrations. The study also notes that fluorescein degrades rapidly under intense sunlight but remains stable in darkness, with degradation rates decreasing as dye concentration increases. The colorimetric properties of fluorescein sodium solution facilitate the visualization of vaporization processes, underscoring the effectiveness of the adsorbents.
In conclusion, optimal dye removal was achieved using 1 g of adsorbent under standard conditions for a contact time of 60 minutes at pH 8 and pH 2. This research contributes to Sustainable Development Goals by addressing pollution and enhancing sustainable water management practices in light of increasing water scarcity.
Methods
In this section, the authors detail the methods employed for the study of fluorescein sodium dye degradation using bentonite and activated charcoal as adsorbents. Fluorescein sodium, with a molecular weight of 376.28 g/mol, was prepared in stock solutions of 100 ppm and 200 ppm by dissolving 0.1 g in 1000 ml of double distilled water. Standard solutions ranging from 10 ppm to 200 ppm were subsequently prepared through dilution. The experimental setup involved adding 100 ml of fluorescein sodium dye to 1 g of bentonite, followed by immersion of electrodes in the solution, which was continuously stirred at 220 rpm at pH levels of 2 and 8.
The batch adsorption experiments for both bentonite and activated charcoal were conducted at fixed temperatures, with varying time intervals (15, 30, 45 minutes, etc.) while maintaining initial dye concentrations and pH. After the adsorption process, the mixtures were filtered, and the filtrates were analyzed using a double beam spectrophotometer at a wavelength of 490 nm to assess dye degradation. The percentage removal of fluorescein was calculated using the formula:
\[
\text{Percentage Removal} = \frac{\text{Abs}_{\text{initial}} – \text{Abs}_{\text{final}}}{\text{Abs}_{\text{initial}}} \times 100
\]
This methodology allows for a systematic evaluation of the effectiveness of bentonite and activated charcoal in removing fluorescein sodium from aqueous solutions.
Results
In this study, the colorimetric changes of fluorescein sodium solutions were observed as the concentration decreased from red to light green, with a maximum absorbance of 0.096 at 490 nm for a 40 ppm solution after 45 minutes. The concentration of fluorescein sodium varied from 10 ppm to 200 ppm, and the absorbance remained stable at higher concentrations (150 ppm and 200 ppm) for 30 to 45 minutes. The findings indicate that the decoloration of the dye is enhanced with increasing dye concentration and time, particularly at pH 2.
Activated charcoal demonstrated a remarkable dye removal efficiency of up to 99.9% at pH 8, attributed to its microporous structure and functional groups such as hydroxyl and carboxyl. The results suggest that the dye removal capacity of activated charcoal is maximized at higher initial concentrations, as illustrated in the absorbance and percentage removal figures. Overall, the study highlights the effectiveness of activated charcoal in removing fluorescein sodium from aqueous solutions, with varying performance based on pH and concentration.
Discussion
In this study, a UV-vis spectrophotometer (Double Beam Spectrophotometer AU -2703, Systronics, India) was utilized to analyze the removal efficiency of certain pollutants, employing a 1 cm quartz cuvette for measurements. The experimental setup included a magnetic stirrer for solution agitation and a standard w-filament bulb as the visible light source. Filtration was performed using Whatman filter paper (Cat No. 1001 125), and precise measurements of fluorescein powder were conducted using a four-digit analytical balance (BSM220.4).
The findings indicate that optimal pollutant removal was achieved using 1 g of adsorbents under standard conditions, specifically at a contact time of 60 minutes and pH levels of 8 and 2. This research contributes to the Sustainable Development Goals by addressing pollution reduction and enhancing sustainable water management practices in light of increasing water scarcity challenges.