Study of Thermodynamic and Kinetic Adsorption of Azo Dyes on Different Adsorbent Surfaces

Abstract

The kinetics and thermodynamics of the removal of Alzarin yellow and Congo red dyes from their aqueous solutions using local clay taken from Shoraw region northwest of the province of Kirkuk Iraq as well as bentonite and activated charcoal as adsorbents was held, using UVvisible spectroscopy to follow the adsorption process. The equilibrium time of the adsorption process was determined and found that it reached a state of equilibrium in a period of time between 70-50 min, in the case of adsorption of the dyes on the activated charcoal and bentonite surfaces and 70-60 min, when using the clay. The results indicated that the best weight of the adsorbent surfaces is (0.1gm). Adsorption was studied in the natural pH of the basic dyes, as well as in the acidic and neutral pH. Isotherm (Freundlich and Langmuir) was used, and it was found that the best isotherm is Freundlich. Adsorption efficiency was calculated in the range of 15-65 o C of temperature. It was found that the adsorption efficiency decreased by increasing the temperature in the case of alizarin yellow dye adsorption on the three surfaces. Whereas the adsorption efficiency of Congo red on the clay surface decreased by increasing the temperature and this indicates that the reaction is exothermic. It has been found that the efficiency of adsorption is increased by increasing the temperature in the case of adsorption of Congo red dye on activated charcoal and bentonite surfaces and this indicates that the reaction is endothermic. The values of the thermodynamic parameters of the adsorption process and the adsorption kinetics study were calculated and found that the adsorption follows the pseudosecond order equation. Keyword: adsorption; kinetics and thermodynamic study , Azo dyes. DOI: http://doi.org/10.32894/kujss.2019.14.2.16 Kirkuk University Journal /Scientific Studies (KUJSS) Volume 14, Issue 2, June 2019 , pp. (273-296) ISSN: 1992-0849 (Print), 2616-6801 (Online) Web Site: www.uokirkuk.edu.iq/kujss E-mail: kujss@uokirkuk.edu.iq, kujss.journal@gmail.com 386 1 . ةمدقملا : ثومتلا دعي اينم صػمختلاو ايتلا زا ةػيفيك ةفرعم بمطتت يتلاو يلاحلا تقولا يف فاسنلاا وجاوت يتلا ؿكاشملا ـىأ فم ايتدايز يف فاسنلأا وبعمي يذػلا حضاولا رودػلا ببسب ايتروطخ ـقافتػت ةمكشملا هذىو [1] . اينمو ثومتمل عاونا ةدع ؾانى ذلاو ةػبرتلا ثومت ؿمشي يذػلاو يئيبلا ثومتلا ي ي ةيئايميكلا داوملا ـكا رت وببس [2] ، ؿصحي يذلا ءاوػيلا ثومت ىلا ةفاضا تاسسؤملا فم يتأػي يحصلا ؼرصلا هاػيمو ةيفوجلا هاػيملا ثومتو ةػماسلا ةرياطتملا تاػبكرملاو تاباغلا ؽا رتحلأ ةجيتن ةمئاسلا ةيعانصلا تاػيافنلا ؼذقت يتلا ةيراػجتلاو ةماعلا [3] . ةيعانصلا غابصلأا فا ،يئاملا ـاظنمل تاثومملا ـىأ فم دعت ـاع يفف ،يئاملا ـاظنمل ةثومملاو ـلاعلا يف ةيئايميكلا تاعانصلا يف ةمدختسملا عيماجملا رثكاو ـىا فم ةدحاو ييف 1990 فاك جاتنلإا ( فم رثكا ؿزغلا غابصا فػم يونسلا 8 غيرفت ـتيو )فط فويمم 10% ةمئاس تايافنك اػينم [4] . فكلو ،ءاملاب بوذت لا اينم ـسقف ءاملا يف ايينابوذ ةجرد يف )ةيعانصلا غابصلأا ـىا ىدحا(وزلآا غابصا توافتت دػيدعلا فأ ظحولو فابوذلا ؿيمق رخلاا ـسقلاو ،ىرخا داومو ؿوناثيلااو ؿوناثيملا ؿثم ىرخأ تابيذم دوجو عم ايتباذإ فكمي ت ببػستو ةنطرسمو ةماػس يى غابصلأا هذى فم ةيقمخ تاىوش [5] ، هاػيملا تاثومم ةجلاعمل ؽرػطلا فم ديدعلا دجوتو زا زتملأا اينمو ايتلا زاو ةيوضعلا ، زا زتملأا دػعيو ةجلاعمو ةلا زا يف ةمدختسملا ةميسلاو ةنملأاو ةلاػعفلا ؽرطلا ـىأو رثكأ فم ىرخلاا ؽرطلاب ايتلا زا بعصي يتلاو ةيوضعلا تاثومملا هذى لاو ينويلأا ؿدابتلاك ةدسكلأاو حيػشرتلاو يسكعلا حضانت ىعدت ،ىرخأ ةدام حطس ىمع تائيزج وأ تا رذ وأ تانويا ؿكشب ام ةدام ؽئاقد عمجت ةرىاظ وى زا زتملاا فا . ةيػئايميكلا )زاملا حطسلاب( زا زتملاا ويمع ثدحي يذلا حطسلا ىعدي امنيب ،)ةزتمملا ةداملاب( ؽئاقدلا هذى [6] ةزتمملا داوملا فا يف ةممعتسملا ى ثحبلا اذ يتغبص يى ءا رفصلا فيرا زيللاا [7] ا رمحلا وغنوكلاو ء [8] فاتملاو فادعت فوكيو وزلأا غابصأ فم يئايميكلا اميبيكرت يف امك فيمكشلا 1 و 2 . مكش 1 ; ءاشًحنا ىغَىكنا خغجص تيكشت ٍيجي . Kirkuk University Journal /Scientific Studies (KUJSS) Volume 14, Issue 2, June 2019 , pp. (273-296) ISSN: 1992-0849 (Print), 2616-6801 (Online) Web Site: www.uokirkuk.edu.iq/kujss E-mail: kujss@uokirkuk.edu.iq, kujss.journal@gmail.com 387 مكش 2 ; ءاشفصنا ٍيساضينلأا خغجص تيكشت ٍيجي . 2 . داوملا قرطو لمعلا : امىو ةسا ردلا هذى يف فيتممعتسملا فيتغبصلا تزيج ( ةكرش ؿبق فم ءا رمحلا وغنوكلا و ءا رفصلا فيرا زيللاا Fluka ) ( ةكرش فم تيانوتنبلاو طشنملا فوبراكلا زيج امنيب MERCK .وا روش ةقطنم فم ذخأف يمحملا فيطلا امأ ) ـادختسا ـت ؼايطم ةعشلاا ةيئرملا ؽوػف ةيجسفنبلا (UV-Visible) ةفرعمل زيكرت ةداػملا او ةيقبتملا ةزتممل دنع فزاوتلا ـاػمحو يئام يذ زا زى رطيػسمو ىمع ةجرد وترا رح . 2.1 ةقيرط لمعلا : فم زيكا رت سمخ ريضحت ؿلبخ فم ءا رمحلا وغنوكلاو ءا رفصلا فيرا زيللأا يتغبصل زا زتملأا تامريثوزيا فيعت ـت ( M 9x19 -5 0.5x10 -5 ) ( بحس ـت ذا 25ml ( ةعس ةيجاجز ينانق يف تعضوو زػيكرت ؿك فمو ةغبص ؿك فم ) 50ml ) سامتبو عم فزولا ددحملا حوطػسمل )طشنملا ـحفلا(زاملا يذلاو (وى 0.1gm ) ـتو ايتيطغت اديج تعضوو يف ـاػمح يئام دوزم زا زيب ( ةقيقدلا يف ةرود فيسمخ ىمع جرلا ةعرس تيبثت ـت 50rpm را رحلا ةجردو ) ( ىمع ة 298K حيشرت ـػت .) ةفمتػخم فامزاب ةذفنملا جرلا ةيممع ؿامكا دعب ةينامثلا ؿيلاحملا تسيقو ايل ةيصاصتملاا زا زتملأا تامريثوزيا ةسا رد تمتو ةقباسلا تاوطخلا سفن ةداعأب )تيانوتنبلاو فيطلا( يحطس ىمع ـتو باسح ةيمك ةداملا ةزتمملا Q g/mge ةقلبعلا بسحب : (1) ـتو ةسا رد ةيكرح زا زتملأا ءا رمحلا وغنوكلاو ءا رفصلا فيرا زيللأا يتغبصل ريضحت ؿلبخ فػم طشنملا ـحفلا حطس ىمع 8 ( ةعس ةػيجاجز ينانق 50ml (ةنينق ؿػك يف عضو ) 25ml صاخ زيكرت ةغبص ؿكل ةفمتخم زيكا رت تاذ ةغبص ؿك فم ) و ايب (0.1gm) ىمع رطيػسمو زا زيب دوزملا يئاملا ـاػمحلا يف تعضو ةيجاجز تادادسب ايتيطغت ـتيو طشنملا ـحفلا فم Kirkuk University Journal /Scientific Studies (KUJSS) Volume 14, Issue 2, June 2019 , pp. (273-296) ISSN: 1992-0849 (Print), 2616-6801 (Online) Web Site: www.uokirkuk.edu.iq/kujss E-mail: kujss@uokirkuk.edu.iq, kujss.journal@gmail.com 388 ( ةرا رح ةجرد 25oC رورػم دعبو ) (10min) ايل ةيصاصتملاا تسيقو حيشرتلا ؽا روأب ايحيشرت ـتػو ىلولأا ةنينقلا تبحس تبثملا يجوملا ؿوطلا دنع ( λmax ) ( رورم دعبو 20min ) ت ىلا زا زتملاا ةيممع ؿصت فا ىلا اذكىو ةيناثلا ةنينقلا بحس باسلا تاوطخلا سفن داعت )تيانوتنبلاو فيطلا( يحطس ىمع ةيكرحلا ةسا ردلو فزاوتلا ةلاح ةق . 3 . ةشقانملاو جئاتنلا : 3.1 زا زتملأا ىمع ةرثؤملا لماوعلا ريثأت ةسا رد ؽيرط فع زا زتملاا ةيكرح ةعباتم ضرغل غابصلاا ىمع ةيلوا ةسا رد ءا رجا ـت ،زا زتػملبل زـلبلا فمزلا ديدحت ضرغل ديق تاغبصلا عيمجل زا زتملاا ةيممع فا ىلا جئاتنلا تراشا .فزاوتلا ةلاح ىلا ؿوصولا ىتح فػمزلا عم زيكرتلا رييغت ؿصت تيانوتنبلاو طشنملا ـحفلا يحطس ىمع ةسا ردلا فيب حوا رتت ةػينمز ةدم يف فزاوتلا ةلاحل 70-50 min) ؿصي امنيب ،) فيب حوا رتت ةينمز ةرتف دنع فيطلا ؿامعتسا دنع فزاوتلا ةلاح ىلا 70-60 min) ةلادلا دنع ةسا ردلا هذى ءا رجا ـت .) ( ةتباث ةيمكو ةغبص ؿكل ؼمتخم زيكرتو ةيعيبطلا ةيضماحلا 0.01gm ةثلبثلا ةزاملا حوطسلا فم ) فيطلا( ، تيانوتنبلا ، )طشنملا ـحفلا . لودج 1 : ـادختساب ةفمتخم زيكا رتبو فمزلا عم ةسا ردلا ديق ةيوضعلا تاغبصمل )زتمملا ريغ( صاصتملاا ـيق ريغت فيبي فزوب طشنملا ـحفلا 0.01) gm ةزام ةدامك ) . Absorbance,A Time(min) Alizarin yellow R Congo red Dyes 3×10 -5 M 5×10 -5 M Conc. تيانوتنبلا نيطلا طشنملا محفلا تيانوتنبلا نيطلا طشنملا محفلا adsorbent 0.977 0.977 0.977 0.972 0.972 0.972 0 0.470 0.667 .321 0.501 0.478 0.333 10 0.439 0.628 0.267 0.460 0.450 0.301 20 0.417 0.586 0.227 0.412 0.405 0.262 30 0.393 0.555 0.198 0.375 0.381 0.204 40 0.377 0.523 0.178 0.322 0.342 0.166 50 0.353 0.508 0.178 0.322 0.341 0.131 60 0.353 0.508 0.146 0.370 0.344 0.131 70 0.398 0.512 0.183 0.379 0.359 0.153 80 Kirkuk University Journal /Scientific Studies (KUJSS) Volume 14, Issue 2, June 2019 , pp. (273-296) ISSN: 1992-0849 (Print), 2616-6801 (Online) Web Site: www.uokirkuk.edu.iq/kujss E-mail: kujss@uokirkuk.edu.iq, kujss.journal@gmail.com 389 ةيصاصتملأا ـيق يف عيرس صقانت ظحول ةروكذملا غابصلؤل ةيصاصتملاا ـيق ةنراقم دنع ىلولأا رشعلا ؽئاقدلا دنع زا زتملاا ةيممع دعبو ؿبق ةزاملا داوملا حوطس عيمج ىمع تأدب ـػث ددحم فمزلو را رمتساب ةزتمملا ةغبصلا ةيمك تدادزا ذا ، تتبث وا يجيردتلا ؤطابتلاب اىدعب [9] ا زتملبل ةيكرحلا ةيرظنلا عم ؽفاوتي اذىو ، ضافخنلا يجيردتلا ؤطابتلا ببس دوعيو ،ز رثؤي فا فمزمل فكمي لا فزاوتلا ةلاح دنع ونا ذا ،ةزاملا حوطسلا ىمع ةدوجوملا ةلاعفلا عقاوملا عبشت ىلا ةيصاصتملاا ـيق ةزتمملا ةداملا ةيمك ىمع [10] ب ؾلذو زا زتملاا ةءافك طوبىو ةيصاصتملاا ـيق يف ةدايز ظحول فزاوتلا ةلاح دعبو ، ببس ةزاملا حوطسمل )تاماسملا( ةلاعفلا عػقاوملا عيمج عبشتو زا زتبلاا ؿوصح . ،ةسا ردلا يف ؿمعتسم زيكرت ؿضفا ديدػحتل ةزتمملا ةيوضعلا غابصلؤل يئادتبلاا زػيكرتلا ريثأت ةسا رد ـتو تممعتسا ذإ ىرخأ ىػلا وغبص فم زيكا رتلا هذػى تنيابت ،ةػغبص ؿكل ةفمتخم زػيكا رت ، لاا ةدش ؼلبتخا ببسب ؿكل يرلاوملا صاصتم ةممعتسم ةغبص فػمز ديدحت ـػت ؾلذكو ، داوملا فزو رػيثأت ةسا رد ـتو ،فيتسوردملا فيتغبصمل فا زتلاا دػنع يقبتملا زيكرتلا يىو ةفمتخم فا زوأ ثلبث ؿامعتساب ةزاملا (0.05,0.01,0.005)gm فيطلا( فم ، تيانوتنبلا ، )طشنملا ـحفلا دلا تنيب ، ةسا ر يى ةزاػػملا ةداملا فم ةػيمك ؿضفأ فأ gm 0.01) ) فيطلا( ةزاػػملا داوملا عيمجل ، تيانوتنبلا ، )طشنملا ـحفلا ، يف فيبم امكو ؿودجلا 2 . لودج 2 : ـادختساب ةفمتخم زيكا رتبو فمزلا عم ةسا ردلا ديق ةيوضعلا تاغبصمل )زتمملا ريغ( صاصتملاا ـيق ريغت فيبي فزوب طشنملا ـحفلا 0.01) gm ) ةزام ةدامك . Adsorption% Time(min Alizarin yellow R Congo red Dyes 3×10 -5 M 5×10 -5 M Conc. 0.005gm 0.01gm 0.05gm 0.005gm 0.01gm 0.05gm adsorpent 97 82 69 95 88.9 76 طشنمنا محفنا 70.3 47.3 27.02 80.4 67.1 43.7 نيطنا 82.3 63.6 44.4 86 69.2 56.4 تيانوتنبنا يف اييلا ؿوصولا ـػت يتلا جئاتنلا تحضواو ؿودػجلا 2 فيطلا( ةزاػملا داوملا فزو ةدايز فا ، ـحفلا ، يدؤي )تيانوتنبلا ةيحطػسلا ةحاػسملا ةدايز ببسب ؿػقأ فمز يف فا زتلاا ةػلاح ىلا ؿوصولا ىلا يدؤي ؾلذػبو ،زا زتملاا ةيممع ةعرػػس ةدايز ىلا Kirkuk University Journal /Scientific Studies (KUJSS) Volume 14, Issue 2, June 2019 , pp. (273-296) ISSN: 1992-0849 (Print), 2616-6801 (Online) Web Site: www.uokirkuk.edu.iq/kujss E-mail: kujss@uokirkuk.edu.iq, kujss.journal@gmail.com 38: زا زتملبل [11] . ( ءا رمحلا وغنوكلا ةغبصػل زيكرت ؿضفا رايتخا ـتو Congo red ) ( يى 5x10M ةغبصلو ) فيرا زيللاا ( ءا رفصلا Alizarin yellow R ) ( يى 4.5x10 و ) ريظا ؿودجلا 3 ةػئطاولا زيكا رتلا دنع ربكا فوػكت زا زتملاا ةءافك فأ ةزتمملا ةممعتسملا غابصلبل ةيممعل ةرفوتملا عػقاوملا ىمع سفانتلا ةمقل زا زتملاا [12] . لودج 3 : ـادختساب ةفمتخم زيكا رتبو فمزلا عم ةسا ردلا ديق ةيوضعلا تاغبصمل )زتمم