Analyses expérimentales et de modélisation de l'élimination de la DCO des eaux usées industrielles à l'aide du TiO2

Rapports scientifiques volume 12, Numéro d'article : 11088 (2022) Citer cet article

1285 accès

2 Citations

Détails des métriques

Dans la présente étude, des nanoparticules d'oxyde de titane (TiO2), du chitosan et plusieurs nanocomposites contenant différentes doses massiques de TiO2 et de chitosan ont été appliqués comme adsorbant pour l'élimination de la DCO des eaux usées industrielles (Bouali Sina Petrochemical Company, Iran). Les tests FESEM, XRD et FTIR ont été utilisés pour caractériser les nanoparticules de TiO2, le chitosane et les nanocomposites fabriqués. Ensuite, l'effet des paramètres d'adsorption, y compris le rapport massique TiO2-chitosan (1:1, 1:2 et 2:1), la teneur en adsorbant (0,25–2,5 g), la température (20–50 °C), le pH (3–11), le volume de la solution (100–500 mL) et le temps de contact (30–180 min) sur la réduction de la DCO a également été surveillé expérimentalement et numériquement. La conception Box-Behnken de l'expérience approuve que TiO2-chitosan (1: 1), teneur en adsorbant de 2, 5 g, température = 20 ° C, pH 7, 4, volume de solution de 100 ml et temps de contact = 180 min sont la condition qui maximise l'élimination de la DCO (c'est-à-dire 94, 5%). De plus, les modèles de Redlich-Peterson et de pseudo-second ordre sont les meilleurs scénarios isothermes et cinétiques pour décrire les comportements transitoires et d'équilibre de l'élimination de la DCO. La capacité maximale d'adsorption de DCO monocouche du nanocomposite TiO2–chitosane est de 89,5 mg g−1. Les résultats ont révélé qu'il est préférable d'éliminer la DCO des eaux usées industrielles en utilisant le TiO2–chitosane (1:1) à une température = 20 °C.

La quantité d'oxygène nécessaire pour oxyder les polluants organiques dans les eaux usées est définie comme DCO (demande chimique en oxygène) ou DBO (demande biologique en oxygène)1. Il est possible d'employer des scénarios chimiques2, physiques2 et biologiques3, tels que l'adsorption4,5, la nano-adsorption6, la membrane7, l'échange d'ions, l'électrocoagulation8, la bio-floculation9, les boues d'épuration10,11 et la filtration12,13 pour le traitement des flux de déchets. En effet, les procédés de séparation qui utilisent les matériaux poreux solides (c'est-à-dire l'adsorption) sont parmi les techniques les plus populaires en raison de leurs caractéristiques économiques/opérationnelles et d'une efficacité d'élimination élevée réalisable14,15,16. En règle générale, les avantages du processus d'adsorption par rapport aux autres méthodes sont les suivants : performances élevées, faible coût, larges plages de pH et fonctionnement facile. D'autre part, le produit de déchet et la faible sélectivité sont quelques-uns des principaux inconvénients du procédé d'adsorption17.

Aujourd'hui, les matériaux solides à l'échelle nanométrique ont réussi à améliorer les propriétés des fluides de travail18,19, des alliages20,21 et des polymères22, l'efficacité des capteurs solaires23 et les performances des procédés de traitement des eaux usées24. Kechtkar et al. ont utilisé les nanoparticules d'alumine synthétisées avec différentes surfaces spécifiques pour adsorber les ions nickel des eaux usées synthétiques24. Esmaeili-Faraj et al. ont étudié la désulfuration d'un échantillon réel de carburant diesel en appliquant le nanocomposite alumine/polymère d'un point de vue numérique et expérimental25.

Les nanocomposites à base de chitosane ont été largement utilisés pour le traitement de l'eau/des eaux usées26,27. Cette popularité est associée au faible coût du chitosane et à ses groupes fonctionnels amino ou hydroxyle. Chung a examiné l'applicabilité du chitosane avec divers degrés de désacétylation pour le traitement des eaux usées d'aquaculture28. L'élimination optimale de la DCO de 69,7 % a été rapportée pour le chitosane avec un degré de désacétylation de 98 %. Dionisi et al. ont inspecté l'impact de l'adsorbant de chitosane et du pH sur l'élimination des polluants des eaux usées de pot ale29. Thirugnanasambandham et Sivakumar se sont concentrés sur le nanocomposite oxyde de zinc-chitosane pour traiter efficacement les eaux usées de l'industrie de transformation du lait30. Il a été rapporté que la DCO et la turbidité peuvent être réduites en appliquant le nanocomposite oxyde de zinc-chitosane. L'efficacité d'adsorption du Chitosan-Citral Schiff pour le traitement des eaux usées d'une industrie laitière a été étudiée par Tsaneva et al.31. L'efficacité maximale d'élimination de la DCO était d'environ 35,3 % dans les conditions optimales. Ligaray et al. ont étudié l'applicabilité du composite bentonite-chitosane pour l'élimination de la DCO d'un flux d'eaux usées industrielles contenant une concentration initiale de DCO de 1348 ppm32. L'élimination maximale de la DCO de 73,34 % a été obtenue dans des conditions optimales. La cinétique d'élimination des métaux lourds (cuivre, cadmium et chrome) des eaux usées à l'aide d'adsorbants à base de chitosane a été étudiée par Prakash et al.33,34,35. Les résultats montrent que ce modèle cinétique de pseudo second ordre est mieux corrélé avec les données expérimentales33,34,35.

Les nanoparticules de dioxyde de titane (TiO2) sont non toxiques, photochimiquement stables et possèdent une forte capacité d'oxydation36. Les nanoparticules de TiO2 ont été largement utilisées comme photocatalyseur ou comme adsorbant pour l'élimination de la DCO des eaux usées37,38. Belessi et al. ont examiné l'élimination/adsorption simultanée de la DCO et du rouge 195 réactif à partir de solutions aqueuses utilisant la nanoparticule de TiO239. L'efficacité d'élimination photocatalytique de la DCO des eaux usées à l'aide du catalyseur TiO2 a été étudiée par Toke et Ingale40. Goutam et al. ont synthétisé les nanoparticules vertes de TiO2 et étudié leurs performances pour le traitement des eaux usées des tanneries41. Les résultats indiquent que les nanoparticules de TiO2 vertes fabriquées éliminent respectivement 82,26 % et 76,48 % des ions COD et Cr (VI). L'utilisation de nanoparticules de TiO2 pur comme photocatalyseur pour l'élimination de la DCO présente plusieurs limites, notamment une irradiation UV (ultraviolet) inadéquate, une faible performance oxydative et un coût élevé42. L'amélioration des propriétés de surface des nanoparticules par le co-adsorbant est une technique suggérée pour surmonter les limitations du TiO2 et augmenter son efficacité d'élimination de la DCO des eaux usées. Rojviroon et al. appliqué le charbon actif TiO2 synthétisé par la méthode sol-gel pour éliminer la DCO et le colorant du lixiviat de la décharge43. Maleki et al. concentré sur l'élimination du dichlorure d'éthylène des eaux usées à l'aide du catalyseur TiO2–graphène44. Li et al. ont étudié les caractéristiques électrocatalytiques de la particule fabriquée de TiO2–SiO2/GAC pour l'élimination de la DCO45. Récemment, le nanocomposite TiO2-chitosane a été utilisé pour éliminer les acides organiques, les métaux lourds et les colorants. Le taux de dégradation de la rhodamine B à l'aide du nanocomposite TiO2-chitosane a été rapporté par Zhang et al.46. Chen et al. ont utilisé le nanocomposite chitosan-TiO2 modifié par la thiourée pour éliminer le 2,4-dichlorophénol et les ions Cd(II) d'une solution aqueuse47. Farzana et Meenakshi ont étudié la dégradation du bleu de méthylène, du red2 réactif et de la rhodamine B par le composite TiO2-chitosan en mesurant la solution COD48. Wibowo et al. ont comparé la capacité de réduction de la DBO et de la DCO de la zéolite, du TiO2-chitosane et du composite TiO2-bentonite49. Ali et al. ont utilisé les fibres de TiO2-chitosane soutenues par des nanoparticules de valence zéro pour l'élimination des composés organiques50. La capacité de l'adsorbant TiO2-chitosane à empreinte ionique a également été étudiée pour l'élimination du nickel des solutions aqueuses51. Tao et al. ont utilisé le film hybride TiO2-chitosane pour absorber le plomb des solutions aqueuses52. Nawi et al. ont examiné l'impact des paramètres de fonctionnement sur la capacité d'élimination du colorant anionique (rouge réactif 4) du nanocomposite TiO2-chitosane53. L'efficacité des nanofibres de TiO2-chitosane pour la sorption des ions métalliques a été étudiée par Razzaz et al.54.

Cependant, peu de recherches se sont concentrées sur la capacité du nanocomposite TiO2-chitosane à éliminer la DCO des eaux usées industrielles. Par conséquent, ce travail applique le nanocomposite TiO2-chitosane comme moyen efficace pour l'élimination de la DCO des eaux usées industrielles (Bouali Sina Petrochemical Company, Iran). Les caractéristiques du TiO2, du chitosane et des nanocomposites fabriqués de TiO2-chitosane ont été déterminées à l'aide des tests FESEM, XRD et FTIR. Le BBD (Box-Benkhen design of experiment) étudie l'effet des paramètres d'adsorption (c'est-à-dire la température, le pH, le temps de contact, la teneur en adsorbant du rapport massique TiO2-chitosane et le volume de la solution) sur l'élimination de la DCO des eaux usées. De plus, la condition de fonctionnement optimale qui maximise l'élimination de la DCO des eaux usées industrielles à l'aide du nanocomposite TiO2-chitosane a été déterminée. Les meilleurs modèles cinétiques et isothermes pour décrire les mesures transitoires et d'équilibre d'élimination de la DCO ont été introduits, et leurs paramètres associés sont ajustés avec précision.

Le chitosan (poids moléculaire = 100 kDa, degré de désacétylation de 99 %) et les nanoparticules de TiO2 ont été achetés chez Sigma-Aldrich, USA. L'acide acétique et le chlorure de sodium ont été achetés chez Fluka, Allemagne. Toutes les expérimentations ont été faites avec de l'eau distillée.

Le nanocomposite TiO2–chitosane a été synthétisé selon la procédure décrite par Zainal et al.55. En bref, 2,5 g de nanoparticules de chitosane ont été dissoutes dans 40 mL de NaCl (molarité = 0,2) et 30 mL d'acide acétique (molarité = 0,1) sous 12 h d'agitation. Ensuite, 2,5 g, 1,25 g ou 5 g de poudre de TiO2 (selon le contenu du composite, c'est-à-dire 1:1, 1:2 ou 2:1) et 50 mL d'acide acétique (molarité = 0,1) ont été ajoutés à la solution précédente et mélangés pendant plus de 24 h jusqu'à l'obtention d'une solution homogène de TiO2-chitosan. Enfin, la solution a été réchauffée dans un four à 100 ° C pendant 4 h jusqu'à ce que le solvant soit complètement évaporé et que le composite TiO2-chitosane soit synthétisé. Plusieurs composites avec différents rapports massiques de TiO2 et de chitosane (c'est-à-dire 1:1, 1:2 et 2:1) ont été fabriqués de la même manière que celle décrite précédemment.

Cette étude caractérise la morphologie des nanoparticules de TiO2, du chitosane et des nanocomposites fabriqués de TiO2-chitosane en appliquant le FESEM (microscopie électronique à balayage à émission de champ, MIRA3TESCAN-XMU) après revêtement d'or. Les groupes fonctionnels des nanocomposites TiO2, chitosane et TiO2-chitosane ont été surveillés à l'aide du test FTIR (spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier, spectromètre Perkin-Elmer Spectrum GX FTIR). L'instrument Philips (diffractomètre X'pert) a été utilisé pour enregistrer les profils XRD (diffraction des rayons X sur poudre) des composites chitosane, TiO2 et TiO2-chitosane à 25 ° C (en utilisant des radiations CuKα).

Les performances des nanocomposites TiO2-chitosane fabriqués pour réduire la DCO des eaux usées ont été mesurées à l'aide de la procédure standard de HACH. En effet, la méthode de reflux fermé56 dans un réacteur HACH DCO (DRB200, Hach Co., Loveland) contenant le réactif K2Cr2O7 (dichromate de potassium) a été appliquée pour mesurer la DCO des eaux usées allant de zéro à 1500 mg L-1. Ensuite, des aliquotes de 2 ml ont été ajoutées aux flacons COD à 150 ° C pendant 2 h. Les flacons COD ont été refroidis à température ambiante et titrés avec du sulfate d'ammonium ferreux (molarité = 0,05). Le pH de la solution s'ajuste en utilisant H2SO4 (molarité = 0,1) ou NaOH (molarité = 0,1). Après avoir effectué les tests d'adsorption, l'adsorbant se sépare de l'extrait par 10 min de centrifugation à 4000 rpm (Denley BS400 machine, UK). Le TDS (matières dissoutes totales), le pH initial et la DCO des eaux usées de Bouali Sina Petrochemical Company sont respectivement de 574 mg L-1, 7,3 et 0,97 g L-1. L'équation (1) exprime la formulation mathématique de l'élimination de la DCO57.

où Ci et Co représentent respectivement les concentrations initiale et finale de DCO.

La recherche actuelle applique le scénario BBD à trois niveaux à quatre facteurs (conception Box – Behnken) pour étudier l'impact des paramètres d'adsorption [c. Le modèle polynomial pour corréler l'élimination de la DCO aux paramètres d'adsorption est défini par l'Eq. (2) 58.

où A0, Ak, Akk, Akz sont les coefficients du modèle. Xk, Xk2 et Xk Xz sont les trois combinaisons des variables indépendantes (linéaire, quadratique et interactive). Le tableau 1 résume le résultat de l'application de la conception de l'expérience aux paramètres d'adsorption. Ce tableau rapporte également les valeurs d'élimination de DCO mesurées expérimentalement (voir la section "Effet des conditions de fonctionnement sur l'élimination de DCO"), et leurs homologues prédites par un modèle polynomial (voir la section "Analyses statistiques des expériences d'adsorption").

Dans les conditions optimales du processus d'adsorption, l'effet de la température (20 à 50 ° C) sur la réduction de la DCO des eaux usées industrielles considérées a également été étudié. Les performances du TiO2, du chitosan et des nanocomposites synthétisés avec différents rapports de masse de 1:1, 1:2 et 2:1 du TiO2 et du chitosan sur la réduction de la DCO ont été examinées. Deux modèles cinétiques célèbres [c'est-à-dire pseudo-1er ordre (Eq. 3)59 et pseudo-2e ordre (Eq. 4)60] ont été appliqués pour décrire le comportement transitoire de l'élimination de la DCO des eaux usées à l'aide du nanocomposite TiO2-chitosane.

où qe et qt présentent la capacité d'élimination de la DCO d'un adsorbant à l'état d'équilibre et au temps t, respectivement.

Les isothermes de Freundlich, Redlich-Peterson et Langmuir ont également été vérifiées pour modéliser les mesures d'équilibre de l'élimination de la DCO.

Les images FESEM des nanoparticules de TiO2, du chitosane et du nanocomposite TiO2-chitosane sont présentées aux Fig. 1a à c, respectivement.

Images FESEM de (a) TiO2, (b) chitosane et (c) nanocomposite TiO2-chitosane.

Ces tests de caractérisation montrent que les nanocomposites TiO2, chitosane et TiO2–chitosane sont homogènes et ont une granulométrie moyenne de 30, 35 et 40 nm. On peut également voir que le chitosane et le TiO2 ont été dispersés de manière appropriée dans la structure du nanocomposite TiO2-chitosane. La morphologie du TiO2–chitosane a une taille de particules allant de 15 à 60 nm.

Les diagrammes DRX du nanocomposite de chitosane, TiO2 et TiO2–chitosane ont été présentés à la Fig. plans de forme anatase des nanoparticules de TiO2. Alors que les pics apparus aux 2θ = 27,5°, 37,0°, 54,3° et 70,3° correspondent aux différents plans de diffraction des nanoparticules sous forme de rutile61. Les pics correspondant à la forme cristalline du chitosane apparaissent à 2θ = 10° et 19,5°. Le diagramme XRD du nanocomposite TiO2-chitosan montre que le nanocomposite TiO2-chitosan synthétisé possède une forme cristallisée avec des pics à 2θ = 19,2°, 25,3°, 48,1°, 62,7° et 75°. La comparaison des modèles XRD du nanocomposite TiO2-chitosan et du TiO2 indique la présence de pics de chitosan dans la structure du nanocomposite TiO2-chitosan. De plus, aucun changement significatif dans les formes anatase et rutile des nanoparticules de TiO2 n'a eu lieu. Cette observation a confirmé que la procédure de synthèse TiO2-chitosane maintient la structure caractéristique des nanoparticules de TiO2.

Modèles XRD de TiO2, chitosane et nanocomposite TiO2-chitosane.

Les spectres FTIR des nanoparticules de TiO2, du chitosan et du nanocomposite TiO2-chitosan ont été présentés à la Fig. 3. Les bandes d'absorption à 3720 et 1650 cm-1 sont liées aux groupes O – H et N – H du polysaccharide. La bande d'étirement à 1560 cm-1 pourrait être associée à la teneur en amide dans la structure du chitosane. La liaison observée à 2924 cm-1 correspond aux groupes d'étirement CH2. La liaison observée à 2359 cm-1 montre l'étirement des groupes carboxyle du chitosane. La bande d'absorption autour de 1150 cm−1 décrit la vibration d'étirement C–OH. Les groupes d'étirement C–O du chitosane sont détectés à 1005 et 862 cm−1.

Spectres FTIR du nanocomposite chitosane, TiO2 et TiO2–chitosane.

Dans le spectre FTIR des nanoparticules de TiO2, les spectres d'absorption à 3737, 3231, 2359 et 1642 cm-1 sont associés aux groupes hydroxyles. La bande observée à 650 cm-1 a révélé l'existence du composé TiO2.

De plus, les bandes caractéristiques du chitosane et du TiO2 peuvent être facilement détectées dans le spectre FTIR du nanocomposite TiO2-chitosane. Aucune différence significative n'est observable dans les spectres FTIR du chitosane, du TiO2 et du nanocomposite TiO2-chitosane synthétisé. Cela implique que l'ajout de TiO2 dans la structure du chitosane ne produit aucun changement dans la structure chimique du chitosane. Ces observations ont confirmé que le TiO2 était physiquement chargé dans la structure du chitosane.

Les effets de quatre facteurs influents (c'est-à-dire la teneur en adsorbant, le temps de contact, le pH et le volume de la solution) sur l'élimination de la DCO des eaux usées industrielles ont été mesurés à trois niveaux de travail. La figure 4a montre l'impact du pH sur l'efficacité d'élimination de la DCO du nanocomposite TiO2-chitosane. Cette figure indique que l'augmentation du pH de la solution jusqu'à 7 augmente l'élimination de la DCO, et après cela, l'efficacité d'élimination de la DCO du nanocomposite TiO2-chitosane diminue. Une concentration plus élevée en ions H+ dans la solution acide (pH inférieur à 7) neutralise la charge négative de la surface TiO2-chitosane et réduit l'efficacité d'élimination de la DCO par échange d'ions. D'autre part, une concentration élevée en ions OH- dans la solution alcaline/basique (pH supérieur à 7) empêche la diffusion des matières organiques dans les pores TiO2-chitosane et diminue l'élimination de la DCO62. De plus, la charge superficielle de l'adsorbant dépend du pH de la solution. Le point de charge zéro d'un TiO2 dans l'eau est à pH ~ 6. Dans la plage de pH alcaline, la charge de surface positive de l'adsorbant peut être responsable de la diminution de l'efficacité d'élimination de la DCO du nanocomposite TiO2-chitosane40. Des résultats similaires ont également été rapportés par d'autres chercheurs63,64. La valeur de pH optimale de 7 a été rapportée pour maximiser l'efficacité d'élimination de la DCO de certains adsorbants pour le traitement des eaux usées des entreprises de transformation du café63 et du sucre64.

L'influence de (a) le pH de la solution, (b) le temps de contact entre les eaux usées et l'adsorbant, (c) la teneur en adsorbant et (d) le volume de la solution sur la capacité d'élimination de la DCO du nanocomposite TiO2-chitosane.

L'influence du temps de contact eaux usées-nanocomposite à trois niveaux sur les performances d'élimination de la DCO de l'adsorbant TiO2-chitosane est illustrée à la Fig. 4b. On peut conclure que la capacité d'adsorption du nanocomposite TiO2-chitosane augmente en augmentant le temps de contact. L'adsorption de DCO à l'aide de l'adsorbant TiO2–chitosane connaît l'état d'équilibre au temps de contact = 180 min. Plus de 90 % de la DCO totale a été adsorbée au cours des 105 premières minutes du temps de contact. La forte variation de l'élimination de la COD au cours des 105 premières minutes de temps de contact est associée au nombre élevé de sites actifs disponibles à la surface TiO2-chitosane. Après avoir saturé les sites tensioactifs, les matières organiques ont besoin de plus de temps pour diffuser à travers les pores TiO2-chitosane et s'adsorber sur les parois des pores du nanocomposite. Après 180 min de temps de contact, tous les sites actifs internes/externes du nanocomposite TiO2–chitosane ont été occupés et l'état d'équilibre est atteint. Une tendance similaire a été signalée pour l'élimination de l'eau du 2-diméthylaminoéthylazide à l'aide de chlorure de calcium et de zéolite NaA65.

La figure 4c montre l'influence de la teneur en adsorbant sur l'élimination de la DCO des eaux usées industrielles. Cette figure explique que l'augmentation de la teneur en adsorbant augmente les sites actifs disponibles pour l'adsorption des polluants et améliore l'efficacité d'élimination de la DCO du nanocomposite utilisé. Cette figure montre également que le taux d'élimination de la DCO diminue en augmentant la teneur en adsorbant (> 1,375 g). En effet, la diminution de la matière organique disponible à adsorber sur les sites nanocomposites actifs réduit le taux d'élimination de la DCO d'un dosage nanocomposite élevé.

L'impact du volume d'effluent d'eaux usées / solution sur l'efficacité d'élimination de la DCO du nanocomposite fabriqué est illustré à la Fig. 4d. Cette figure indique que l'augmentation du volume de la solution augmente le nombre de matières organiques, sature rapidement les sites actifs disponibles du nanocomposite et diminue l'élimination de la DCO. La faible performance du nanocomposite TiO2–chitosane pour éliminer efficacement la DCO de 500 mL de volume d'effluent est liée à la saturation rapide des sites adsorbants. En effet, l'efficacité d'élimination de la DCO plus faible obtenue pour le volume d'effluents d'eaux usées élevé que faible est liée à la DCO plus élevée devant être adsorbée/éliminée par le même nombre de sites actifs.

La capacité d'élimination de la DCO des nanoparticules de TiO2, du chitosane et des nanocomposites synthétisés avec des rapports de masse de 1: 1, 1: 2 et 2: 1 de TiO2 et de chitosane a été comparée à la Fig. 5. Ce graphique montre que l'élimination maximale de la DCO de 80% peut être obtenue en aidant l'adsorbant TiO2-chitosan (1: 1) à pH 7, temps de contact 180 min, teneur en adsorbant 2, 5 g, et un volume de solution de 300 ml. La capacité d'élimination de la DCO des adsorbants utilisés est de l'ordre de TiO2–chitosan 1:1 (80%) > TiO2–chitosan 1:2 (76%) > TiO2–chitosan 2:1 (73%) > TiO2 (69%) > chitosan (65%). Par conséquent, le TiO2-chitosane avec un rapport massique égal est le meilleur adsorbant pour l'élimination de la DCO des eaux usées industrielles.

Performance des adsorbants synthétisés pour l'élimination de la DCO des eaux usées (CS : Chitosan).

La dépendance de l'efficacité d'élimination de la DCO du nanocomposite TiO2-chitosan (1: 1) 100 ml de la solution d'effluent (pH 7, 4, teneur en adsorbant = 1, 375 g, temps de contact = 105 min) a été illustrée à la Fig. 6. Cette figure approuve l'effet négatif de la température sur l'efficacité d'élimination de la DCO du nanocomposite TiO2-chitosan. Cela signifie que l'adsorbant TiO2-chitosane a la plus forte tendance à éliminer la DCO des eaux usées à basse température. Ce comportement peut être associé à l'augmentation de l'énergie interne des polluants qui les aide à se détacher de la surface de l'adsorbant et à s'échapper dans la masse de la solution. L'adsorption exothermique peut être considérée comme la prochaine responsable de cette observation66. Ainsi, il est possible d'impliquer à la fois l'échange physique et l'échange d'ions dans le processus de sorption de la DCO en utilisant le nanocomposite TiO2-chitosane. Cette observation a également été rapportée par d'autres scientifiques67,68.

Effet de la température sur l'efficacité de réduction de la DCO à l'aide d'un nanocomposite TiO2–chitosane.

Le tableau 2 résume les résultats de l'ANOVA (analyse de variance) effectuée pour inspecter la probabilité de signification (valeur p) des variables influentes sur l'efficacité d'élimination de la DCO du nanocomposite. Ces variables indépendantes avec p < 0,05 à l'intervalle de confiance de 95 % ont un impact significatif sur la suppression de la DCO69. Les variables significatives doivent être incluses dans le modèle quadratique complet70. En revanche, les variables non significatives (p > 0,05) doivent être retirées du modèle quadratique complet71.

Le tableau 3 présente les résultats de l'ANOVA uniquement pour les variables significatives (p < 0,05). L'équation (5) présente le modèle polynomial développé pour prédire l'élimination de la DCO des variables significatives.

où X1, X2, X3 et X4 représentent le pH de la solution, le temps de contact (min), la teneur en adsorbant (g) et le volume de la solution effluente (mL), respectivement. La comparaison du manque d'ajustement avant (0,252) et après (0,224) l'élimination des paramètres non significatifs révèle une amélioration considérable de la précision de la prédiction du modèle. Un coefficient de corrélation atteint relativement élevé (R2> 0,99) implique une excellente compatibilité entre les valeurs expérimentales d'élimination de la DCO et leurs prédictions homologues par le modèle développé. L'équation (6) présente la forme mathématique du R2 72.

Un graphique de probabilité normale des résidus est représenté sur la figure 7a. Cette figure indique que tous les échantillons de données se situent approximativement autour de la ligne droite diagonale. D'après l'étude de Yetilmezsoy et al. observation, les erreurs ont une distribution normale et sont indépendantes les unes des autres73. Le graphique croisé de l'élimination prévue de la DCO (FITS1) par rapport à leurs mesures expérimentales associées a été présenté sur la figure 7b. On peut facilement conclure qu'il existe de légers écarts entre les valeurs expérimentales d'élimination de la DCO et les prédictions du modèle. La valeur élevée du coefficient de corrélation (R2 = 0,999) confirme que le modèle construit se rapproche avec précision des données COD mesurées expérimentalement.

(a) le graphique de probabilité normale des résidus et (b) le graphique croisé des valeurs expérimentales et prédites d'élimination de la DCO.

Il est possible de localiser les valeurs optimisées des variables indépendantes impliquées en résolvant l'Eq. (5). Les valeurs optimales du pH de la solution, du temps de contact, de la teneur en adsorbant et du volume de la solution effluente sont respectivement de 7,4, 180 min, 2,5 g et 100 mL. Dans ces conditions optimales, l'efficacité maximale d'élimination de la DCO du nanocomposite TiO2-chitosane est de 93,67 %. La valeur expérimentale de l'élimination de la DCO dans les conditions optimales (c'est-à-dire 94,5 %) est également en excellent accord avec la valeur optimisée prédite.

La figure 8 présente plusieurs graphiques tridimensionnels (3D) pour surveiller la dépendance de la capacité d'élimination de la DCO des nanocomposites TiO2-chitosane sur différentes combinaisons de variables influentes. Chacun de ces chiffres explique l'effet combiné d'une paire de variables indépendantes sur la suppression de la DCO (le niveau central des deux autres variables a été utilisé pour tracer ces chiffres). Le tracé de surface de l'élimination estimée de la DCO en fonction du pH et du temps de contact a été illustré à la Fig. 8a. L'efficacité d'élimination de la DCO du nanocomposite TiO2-chitosane augmente en augmentant le pH de la solution jusqu'à 7, puis diminue à des valeurs de pH plus élevées. Ce comportement était auparavant lié à la variation de la charge de surface de l'adsorbant par le pH de la solution. L'augmentation de l'élimination de la DCO au fil du temps est liée à la plus grande période disponible pour que la matière organique absorbe sur la surface du nanocomposite et se diffuse dans ses pores. Les effets simultanés du pH et de la teneur en adsorbant (Fig. 8b) et du pH et du volume de la solution effluente (Fig. 8c) sur l'élimination de la DCO des eaux usées révèlent que la valeur de pH optimale est d'environ 7. Les effets de couple du pH et du temps de contact (Fig. 8a), du dosage de l'adsorbant et du temps de contact (Fig. 8d), et du temps de contact et du volume de la solution (Fig. 8e) indiquent que deux mécanismes différents régissent l'efficacité d'adsorption de la DCO du nanocomposite utilisé au fil du temps. Dans la première étape (jusqu'à 105 min), l'adsorption rapide de la DCO peut être liée à l'adsorption de matières organiques sur la surface externe du nanocomposite TiO2-chitosane. Dans la deuxième étape, la matière organique diffuse à travers les pores et les gorges du composite TiO2-chitosane et s'absorbe sur les sites actifs internes.

Variation de l'élimination de la DCO par (a) pH de la solution-temps, (b) pH de la solution-masse du nanocomposite, (c) pH-volume des eaux usées, (d) temps-masse du nanocomposite, (e) temps-volume des eaux usées et (f) masse du nanocomposite-volume des eaux usées.

De plus, l'amélioration de l'élimination de la DCO par le dosage du nanocomposite TiO2-chitosane peut être liée à l'augmentation de la surface disponible et des sites actifs pour l'adsorption des polluants (Fig. 8b, d, f). L'effet simultané du volume et du pH, du dosage de l'adsorbant et du temps de contact a été présenté sur les figures 8c, e, f. Ces graphiques indiquent que l'augmentation du volume des eaux usées effluentes affecte négativement l'efficacité d'élimination de la DCO du nanocomposite. Une augmentation du volume des eaux usées effluentes augmente la concentration en polluants, sature rapidement les sites actifs et réduit la capacité d'élimination de la DCO du nanocomposite.

Se référant aux Éqs. (3) et (4), les constantes ajustables des équations cinétiques du pseudo-1er ordre et du pseudo-2ème ordre sont représentées par k1 et k2, respectivement. Le tableau 4 présente les constantes ajustées des modèles cinétiques considérés, les valeurs expérimentales et calculées de la capacité d'adsorption de DCO à l'état d'équilibre, et les coefficients de corrélation observés. Étant donné que le pseudo-2ème ordre a un coefficient de corrélation plus élevé que celui de l'approche cinétique du pseudo-1er ordre, la première décrit mieux le comportement transitoire de l'élimination de la DCO par le nanocomposite TiO2-chitosane. De plus, la capacité d'adsorption de DCO obtenue par le pseudo-2ème ordre a une meilleure compatibilité avec les mesures expérimentales (R2 = 0,993) que celles fournies par le modèle cinétique du pseudo-1er ordre (R2 = 0,970). Ainsi, le modèle cinétique de pseudo-2ème ordre est choisi pour modéliser le comportement transitoire de l'élimination de la DCO des eaux usées à l'aide de l'adsorbant TiO2-chitosane. Ceci est proche des résultats discutés par Prakash et al.35.

Trois modèles isothermes bien établis, à savoir Freundlich74, Redlich–Peterson75 et Langmuir76,77, ont été utilisés pour surveiller le comportement à l'équilibre des performances d'élimination de la DCO du nanocomposite TiO2–chitosane. La forme mathématique de Freundlich [Eq. (7)], Redlich-Peterson [éq. (8)], et Langmuir [éq. (9)] isothermes a été montré ci-dessous.

où kF et n sont les constantes du modèle de Freundlich. qm et b montrent les coefficients du modèle de Langmuir. P, α et β représentent les paramètres du modèle Redlich-Peterson. Les paramètres ajustés des isothermes sélectionnés pour décrire l'élimination de la DCO à l'équilibre à l'aide du composite TiO2-chitosane ont été rapportés dans le tableau 5. Ce tableau présente également les valeurs numériques des coefficients de corrélation observés. On peut voir que le modèle isotherme de Redlich-Peterson a la valeur R2 la plus élevée (c'est-à-dire 0,991) et l'isotherme de Freundlich possède le R2 le plus petit (c'est-à-dire 0,970). Puisque la valeur ajustée du β (pour l'isotherme de Redlich-Peterson) est proche de 1, on peut conclure que l'adsorption de DCO monocouche par le nanocomposite TiO2-chitosane est le scénario prédominant.

Le coût du chitosane et de la nanopoudre de TiO2 a été obtenu comme présenté dans le tableau 6. Selon le tableau 6, le coût de production maximal du nano composite TiO2-chitosane (1:1) est d'environ 2,96 $ par kg d'adsorbant.

Cette recherche a étudié le traitement des eaux usées industrielles à l'aide de nanoparticules de TiO2, de chitosane et d'un nanocomposite TiO2-chitosane d'un point de vue expérimental et numérique. Les adsorbants considérés ont été caractérisés par les tests XRD, FTIR et FESEM. Le modèle XRD a prouvé que le nanocomposite TiO2-chitosane synthétisé préserve la structure caractéristique des nanoparticules de TiO2. L'analyse des spectres FTIR a confirmé que les nanoparticules de TiO2 ont été physiquement chargées dans la structure du chitosane. Les tests FESEM ont confirmé que le nanocomposite TiO2-chitosane a une taille de particules allant de 15 à 60 nm. L'impact du pH de la solution, de la température, de la masse et de la composition de l'adsorbant, du temps de contact et du volume de la solution effluente sur l'élimination de la DCO a été surveillé à l'aide des analyses expérimentales et de modélisation. La condition optimale pour le processus considéré (pH 7,4, temps de contact = 180 min, masse de nanocomposite = 2,5 g et volume d'effluents d'eaux usées = 100 ml) a été déterminée à l'aide de la conception Box-Behnken de l'expérience. De plus, les résultats ont confirmé que le TiO2–chitosane (1:1) à la température la plus basse autorisée est préférable d'utiliser pour le traitement des eaux usées industrielles. L'efficacité maximale expérimentale et calculée d'élimination de la DCO du nanocomposite TiO2-chitosane est de 93,67 % et 94,5 %, respectivement. L'isotherme de Redlich-Peterson et les modèles cinétiques de pseudo-2ème ordre ont montré les meilleures performances pour décrire l'équilibre et les mesures cinétiques de l'élimination de la DCO des eaux usées par le nanocomposite fabriqué.

Toutes les données générées ou analysées au cours de cette étude sont disponibles sur demande raisonnable de l'auteur correspondant.

Yaseen, ZM et al. Traitement des eaux usées de la blanchisserie à l'aide d'une combinaison de filtre à sable, de charbon biologique et de paille de teff. Sci. Rep. 9, 1–11 (2019).

Article ADS CAS Google Scholar

Yadav, A., Mukherji, S. & Garg, A. Élimination de la demande chimique en oxygène et de la couleur des eaux usées textiles simulées à l'aide d'une combinaison de processus chimiques/physicochimiques. Ing. ind. Chim. Rés. 52, 10063-10071 (2013).

Article CAS Google Scholar

Hamdan, AM, Abd-El-Mageed, H. & Ghanem, N. Traitement biologique des métaux lourds dangereux par Streptomyces rochei ANH pour une gestion durable de l'eau dans l'agriculture. Sci. Rép. 11, 1–12 (2021).

Article CAS Google Scholar

Prakash, N. & Vendan, SA Mélanges ternaires à base de polymères biodégradables pour l'élimination des métaux traces des eaux usées industrielles simulées. Int. J. Biol. Macromol. 83, 198-208 (2016).

Article CAS PubMed Google Scholar

Tian, ​​X. et al. Élimination des colorants anioniques et cationiques des eaux usées à l'aide d'adsorbants sensibles au pH de mousses poreuses de cellulose à greffe moléculaire de l-lysine. J. Hazard. Mater. 426, 128121 (2022).

Article CAS PubMed Google Scholar

Liu, W. et al. Recyclage du nanoadsorbant Mg(OH)2 lors du traitement de la faible concentration de CrVI. Environ. Sci. Technol. 45, 1955-1961 (2011).

Article ADS CAS PubMed Google Scholar

Zhang, L. et al. Les performances du bioréacteur à membrane d'ultrafiltration à électrodes dans le traitement des eaux usées cosmétiques et ses propriétés antisalissures. Environ. Rés. 206, 112629 (2022).

Article CAS PubMed Google Scholar

Bellebia, S., Kacha, S., Bouyakoub, AZ et Derriche, Z. Étude expérimentale de la demande chimique en oxygène et de l'élimination de la turbidité des effluents des papeteries à l'aide de procédés combinés d'électrocoagulation et d'adsorption. Environ. Programme. Soutenir. Énergie 31, 361–370 (2012).

Article CAS Google Scholar

Zhang, L. et al. Effets de la coexistence de Na+, Mg2+ et Fe3+ sur l'élimination de l'azote et du phosphore et les propriétés des boues à l'aide du procédé A2O. J. Water Process Eng. 44, 102368 (2021).

Article Google Scholar

Ge, D. et al. Application du processus de peroxone enrichi en CaO2 pour ajuster les caractéristiques des boues activées de déchets pour l'amélioration de la déshydratation : transformation moléculaire des matières organiques dissoutes et mécanisme réalisé de déshydratation en profondeur. Chim. Ing. J. 437, 135306 (2022).

Article CAS Google Scholar

Ge, D., Yuan, H., Xiao, J. & Zhu, N. Aperçu de la déshydratation améliorée des boues par le conditionnement de l'acide tannique et la régulation du pH. Sci. Environ. 679, 298–306 (2019).

Article ADS CAS PubMed Google Scholar

Hu, M. et al. Double nanoréseau hiérarchique de nanofibres polymères et de nanofibrilles supramoléculaires pour la filtration de l'air avec une efficacité de filtration élevée, une faible résistance à l'air et une perméabilité élevée à l'humidité. J. Mater. Chim. A 9, 14093–14100 (2021).

Article CAS Google Scholar

Esmaeili Faraj, SH, Esfahany, MN, Kadivar, M. & Zilouei, H. Élimination du chlorure de vinyle d'un flux d'air par filtre biotrickling. J. Environ. Sci. Santé. A 47, 2263-2269 (2012).

Article CAS Google Scholar

Halim, AA, Aziz, HA, Johari, MAM, Ariffin, KS & Adlan, MN Élimination de l'azote ammoniacal et de la DCO du lixiviat de décharge semi-aérobie à l'aide d'un adsorbant composite : performance d'adsorption sur colonne à lit fixe. J. Hazard. Mater. 175, 960–964 (2010).

Article PubMed CAS Google Scholar

AbGhani, Z., Yusoff, MS, Zaman, NQ, Zamri, MFMA et Andas, J. Optimisation des conditions de préparation du charbon actif de la pseudo-tige de bananier en utilisant la méthodologie de surface de réponse sur l'élimination de la couleur et de la DCO du lixiviat de décharge. Gestion des déchets 62, 177-187 (2017).

Article CAS Google Scholar

Zhou, K. et al. Développement d'une clinoptilolite revêtue de nano-CaO2 pour une meilleure adsorption du phosphore et une élimination simultanée de la DCO et de l'azote des eaux usées. Chim. Ing. J. 328, 35–43 (2017).

Article CAS Google Scholar

Sadegh, H. & Ali, GAM Applications potentielles des nanomatériaux dans le traitement des eaux usées : performances des nanoadsorbants. Dans Advanced Treatment Techniques for Industrial Wastewater (eds Hussain, A. & Ahmed, S.) 51–61 (IGI Global, 2019). https://doi.org/10.4018/978-1-5225-5754-8.ch004.

Chapitre Google Scholar

Wang, Y. et al. Évaluation expérimentale des propriétés de lubrification de l'interface meule/pièce en rectification MQL avec différents nanofluides. Tribol. Int. 99, 198-210 (2016).

Article CAS Google Scholar

Zhang, Y. et al. Biolubrifiant nano-amélioré dans la fabrication durable : de la transformabilité aux mécanismes. Friction 1, 1–39 (2022).

Google Scholar

Zhang, Y. et al. Etude expérimentale de l'effet de la concentration en nanoparticules sur la propriété lubrifiante des nanofluides pour le broyage MQL d'alliage à base de Ni. J. Mater. Processus. Technol. 232, 100-115 (2016).

Article CAS Google Scholar

Li, B. et al. Performances de transfert de chaleur du broyage MQL avec différents nanofluides pour les alliages à base de Ni utilisant de l'huile végétale. J. Propre. Prod. 154, 1–11 (2017).

Article CAS Google Scholar

Gao, T. et al. Broyabilité du polymère renforcé de fibres de carbone à l'aide d'un lubrifiant biologique CNT. Sci. Rép. 11, 1–14 (2021).

Article CAS Google Scholar

Cao, Y., Kamrani, E., Mirzaei, S., Khandakar, A. & Vaferi, B. Efficacité électrique des capteurs photovoltaïques/thermiques refroidis par des nanofluides : simulation d'apprentissage automatique et optimisation par algorithme évolutionnaire. Energy Rep. 8, 24–36 (2022).

Article Google Scholar

Keshtkar, Z., Tamjidi, S. & Vaferi, B. Intensification de l'absorption de nickel (II) des eaux usées à l'aide de la γ-alumine synthétisée : étude expérimentale de l'effet des propriétés des nano-adsorbants et des conditions de fonctionnement. Environ. Technol. Innov. 22, 101439 (2021).

Article CAS Google Scholar

Esmaeili-Faraj, SH, Hassanzadeh, A., Shakeriankhoo, F., Hosseini, S. & Vaferi, B. Désulfuration du carburant diesel par membrane nanocomposite alumine/polymère : analyse expérimentale et modélisation par la méthodologie de surface de réponse. Chim. Ing. Processus. Processus Intensif. 164, 108396 (2021).

Article CAS Google Scholar

Rani, M. & Shanker, U. Nanocomposites à base d'oxyde métallique et de chitosane pour une dégradation efficace des HAP cancérigènes. J. Environ. Chim. Ing. 8, 103810 (2020).

Article CAS Google Scholar

Rimu, SH & Rahman, MM Aperçu du nanocomposite à base de chitosane pour l'élimination du chrome hexavalent des eaux usées : un examen. Int. J. Environ. Anal. Chim. 1, 1–18 (2020).

Article CAS Google Scholar

Chung, YC Amélioration des eaux usées d'aquaculture à l'aide de chitosan de différents degrés de désacétylation. Environ. Technol. 27, 1199-1208 (2006).

Article CAS PubMed Google Scholar

Dionisi, D., Bruce, SS & Barraclough, MJ Effet de l'ajustement du pH, de la séparation solide-liquide et de l'adsorption du chitosane sur l'élimination des polluants des eaux usées de pot ale. J. Environ. Chim. Ing. 2, 1929-1936 (2014).

Article CAS Google Scholar

Thirugnanasambandham, K. & Sivakumar, V. Modélisation et optimisation du traitement des eaux usées de l'industrie laitière à l'aide d'un nanocomposite chitosan-oxyde de zinc. Dessalement. Traitement de l'eau. 57, 18630–18638 (2016).

Article CAS Google Scholar

Tsaneva, DK, Nikolova, MI, Prokopov, TV, Stoyanova, AS & Denev, PP Évaluation de la capacité d'adsorption de la base de schiff chitosane-citral pour le prétraitement des eaux usées dans les industries laitières. Écol. Balck. 9, 1–10 (2017).

Google Scholar

Ligaray, M., Futalan, CM, de Luna, MD & Wan, MW Élimination de la demande chimique en oxygène des eaux usées d'affichage à cristaux liquides à transistor à couche mince à l'aide de bentonite recouverte de chitosane : études isothermes, cinétiques et d'optimisation. J. Propre. Prod. 175, 145-154 (2018).

Article CAS Google Scholar

Prakash, N., Sudha, PN & Renganathan, NG Élimination du cuivre et du cadmium des eaux usées industrielles synthétiques à l'aide de chitosane et de nylon 6. Environ. Sci. Pollution. Rés. 19, 2930-2941 (2012).

Article CAS Google Scholar

Prakash, N., Latha, S., Sudha, PN & Renganathan, NG Influence de l'argile sur l'adsorption des métaux lourds comme le cuivre et le cadmium sur le chitosane. Environ. Sci. Pollution. Rés. 20, 925–938 (2013).

Article CAS Google Scholar

Prakash, N., Latha, S., Sudha, PN & Renganathan, NG Cinétique de l'élimination du chrome des eaux usées à l'aide de mélanges de polymères binaires à base de chitosan. Synthé. Réagir. Inorg. Rencontré. Nano Métal Chem. 46, 1310-1317 (2016).

Article CAS Google Scholar

de Dicastillo, CL, Correa, MG, Martínez, FB, Streitt, C. & Galotto, MJ Effet antimicrobien des nanoparticules de dioxyde de titane. dans Antimicrobial Resistance-A One Health Perspective (IntechOpen, 2020).

Al-Mamun, MR, Kader, S., Islam, MS & Khan, MZH Amélioration de l'activité photocatalytique et application de la photocatalyse UV-TiO2 dans le traitement des eaux usées textiles : une revue. J. Environ. Chim. Ing. 7, 103248 (2019).

Article CAS Google Scholar

Mustapha, S. et al. Application des nanoparticules de TiO2 et ZnO immobilisées sur de l'argile dans le traitement des eaux usées : un bilan. Appl. Sci de l'eau. 10, 1–36 (2020).

Article CAS Google Scholar

Belessi, V., Romanos, G., Boukos, N., Lambropoulou, D. & Trapalis, C. Élimination du rouge réactif 195 des solutions aqueuses par adsorption à la surface de nanoparticules de TiO2. J. Hazard. Mater. 170, 836–844 (2009).

Article CAS PubMed Google Scholar

Toke, N., Oza, A. & Ingale, ST TiO2 en tant qu'oxydant pour l'élimination de la demande chimique en oxygène des eaux usées. Univers. J. Environ. Rés. Technol. 4, 1–10 (2014).

Google Scholar

Goutam, SP et al. Synthèse verte de nanoparticules de TiO2 à l'aide d'extrait de feuille de Jatropha curcas L. pour la dégradation photocatalytique des eaux usées de tannerie. Chim. Ing. J. 336, 386–396 (2018).

Article CAS Google Scholar

Li, J., Luo, G., He, L., Xu, J. et Lyu, J. Approches analytiques pour déterminer la demande chimique en oxygène dans les masses d'eau : un examen. Crit. Rév. Anal. Chim. 48, 47–65 (2018).

Article CAS PubMed Google Scholar

Rojviroon, O., Rojviroon, T. & Sirivithayapakorn, S. Élimination de la couleur et de la demande chimique en oxygène du lixiviat de décharge par procédé photocatalytique avec AC/TiO2. Énergie Procedia 79, 536–541 (2015).

Article CAS Google Scholar

Maleki, SA, Mirzaei, M. & Azimi, A. Réduction de la DCO par traitement photocatalytique au TiO2/graphène du dichlorure d'éthylène dans les eaux usées. Dessalement. Traitement de l'eau. 57, 13207–13212 (2016).

Article CAS Google Scholar

Li, XY et al. Particules TiO2-SiO2/GAC pour une meilleure élimination électrocatalytique des eaux usées de teinture orange acide 7 (AO7) dans un réacteur électrochimique tridimensionnel. Sept. Purif. Technol. 187, 303–310 (2017).

Article CAS Google Scholar

Zhang, X., Zhao, X. & Su, H. Caractéristique de dégradation de l'adsorbant TiO2-chitosane sur la rhodamine B et purification des eaux usées industrielles. Coréen J. Chem. Ing. 28, 1241-1246 (2011).

Article CAS Google Scholar

Chen, A. et al. Nouveau composite chitosane/TiO2 à empreinte magnétique modifiée par la thiourée pour l'élimination simultanée du cadmium et du 2,4-dichlorophénol. Chim. Ing. J. 191, 85–94 (2012).

Article ADS CAS Google Scholar

Farzana, MH & Meenakshi, S. Effet synergique du chitosane et du dioxyde de titane sur l'élimination des colorants toxiques par la technique de photodégradation. Ing. ind. Chim. Rés. 53, 55–63 (2014).

Article CAS Google Scholar

Wibowo, EAP, Aji, NR & Widiarti, N. Synthèse d'un photocatalyseur TiO2/chitosane, TiO2/bentonite et adsorption de zéolite pour purifier le réservoir d'eau d'unnes. Int. J. Chemtech. Rés. 10, 62–69 (2017).

CAS Google Scholar

Ali, F., Khan, SB, Kamal, T., Alamry, KA & Asiri, AM Les fibres d'oxyde de chitosane-titane supportaient des nanoparticules à valence zéro : Catalyseur hautement efficace et facilement récupérable pour l'élimination des polluants organiques. Sci. Rep. 8, 1–18 (2018).

Annonces d'article Google Scholar

Li, Q., Su, H. & Tan, T. Synthèse de l'adsorbant chitosan-TiO2 à empreinte ionique et ses performances multifonctionnelles. Biochimie. Ing. J. 38, 212-218 (2008).

Article CAS Google Scholar

Tao, Y., Ye, L., Pan, J., Wang, Y. et Tang, B. Élimination de Pb(II) d'une solution aqueuse sur un film hybride chitosan/TiO2. J. Hazard. Mater. 161, 718–722 (2009).

Article CAS PubMed Google Scholar

Nawi, MA, Sabar, S., Jawad, AH & Ngah, WSW Adsorption de Reactive Red 4 par du chitosan immobilisé sur des plaques de verre : vers la conception d'un système de bicouche photocatalyseur-adsorption synergique TiO2-chitosan immobilisé. Biochimie. Ing. J. 49, 317–325 (2010).

Article CAS Google Scholar

Razzaz, A., Ghorban, S., Hosayni, L., Irani, M. & Aliabadi, M. Nanofibres de chitosane fonctionnalisées par des nanoparticules de TiO2 pour l'élimination des ions de métaux lourds. J. Taïwan Inst. Chim. Ing. Rév. 58, 333–343 (2016).

Article CAS Google Scholar

Zainal, Z., Hui, LK, Hussein, MZ et Abdullah, AH Caractérisation du photocatalyseur TiO2-chitosane/verre pour l'élimination d'un colorant monoazoïque via un processus de photodégradation-adsorption. J. Hazard. Mater. 164, 138-145 (2009).

Article CAS PubMed Google Scholar

Fédération, WE & Association, A. Méthodes standard pour l'examen de l'eau et des eaux usées. Suis. Association de santé publique 21, 1–10 (2005).

Google Scholar

Dubey, S., Joshi, A., Trivedi, R., Pal, D. et Prajapati, AK. Ressource en eau. Ind. 25, 100142 (2021).

Article CAS Google Scholar

Afshin, S. et al. Application de la conception de Box-Behnken pour optimiser les paramètres d'élimination du chrome hexavalent des solutions aqueuses à l'aide de Fe3O4 chargé sur du charbon actif préparé à partir d'algue : étude de la cinétique et de l'équilibre. J. Water Process Eng. 42, 102113 (2021).

Article Google Scholar

Moussout, H., Ahlafi, H., Aazza, M. & Maghat, H. Critique des équations linéaires et non linéaires des modèles cinétiques de pseudo-premier ordre et de pseudo-second ordre. Karbala Int. J.Mod. Sci. 4, 244-254 (2018).

Article Google Scholar

Ghanbari Pakdehi, S. & Vaferi, B. Une étude sur l'élimination par adsorption du DMAZ des solutions aqueuses par le ZSM-5, les zéolites NaY et le charbon actif : cinétique et isotherme. Dessalement. Traitement de l'eau. 57, 18286–18292 (2016).

Article CAS Google Scholar

Behnajady, MA, Modirshahla, N., Shokri, M. & Rad, B. Amélioration de l'activité photocatalytique des nanoparticules de TiO2 par dopage à l'argent : photodéposition versus méthodes d'imprégnation liquide. Glob. NEST J. 10, 1–7 (2008).

Google Scholar

Devi, R. & Dahiya, RP Réduction de la demande chimique en oxygène (DCO) dans les eaux usées domestiques par les cendres volantes et les cendres des fours à briques. Eau. Air. Pollution du sol. 174, 33-46 (2006).

Article ADS CAS Google Scholar

Devi, R. Technologie innovante de réduction de la DCO et de la DBO des eaux usées de traitement du café à l'aide de carbone de graines d'avocat (ASC). Eau. Air. Pollution du sol. 207, 299–306 (2010).

Article ADS CAS Google Scholar

Parande, AK, Sivashanmugam, A., Beulah, H. et Palaniswamy, N. Évaluation des performances des adsorbants à faible coût dans la réduction de la DCO dans les effluents industriels du sucre. J. Hazard. Mater. 168, 800–805 (2009).

Article CAS PubMed Google Scholar

Ghanbari, S. & Vaferi, B. Étude expérimentale et théorique de l'élimination de l'eau du carburant liquide DMAZ par un processus d'adsorption. Acta Astronaute. 112, 19–28 (2015).

Article ADS CAS Google Scholar

Dong, Y., Gao, M., Song, Z. & Qiu, W. Mécanisme d'adsorption d'As(III) sur des particules de polytétrafluoroéthylène de différentes tailles. Environ. Pollution. 254, 112950 (2019).

Article CAS PubMed Google Scholar

Ramya, PM et al. Réduction de la demande chimique en oxygène des eaux usées de traitement du café : une étude comparative sur l'utilisation de biosorbants préparés à partir de déchets agricoles. (2015).

Ziati, M. & Hazourli, S. Élimination de la demande chimique en oxygène des eaux usées pharmaceutiques par adsorption sur l'anthracite : isothermes d'adsorption et thermodynamique. Rév. Roum. Chim. 62, 933–940 (2017).

Google Scholar

Aliabadi, M., Irani, M., Ismaeili, J. & Najafzadeh, S. Conception et évaluation d'une membrane de nanofibre composite chitosan/hydroxyapatite pour l'élimination des ions de métaux lourds d'une solution aqueuse. J. Taïwan Inst. Chim. Ing. 45, 518-526 (2014).

Article CAS Google Scholar

Abdulredha, MM, Hussain, SA & Abdullah, LC Optimisation de la désémulsification de l'émulsion eau dans huile via un tensioactif non ionique par les méthodes de surface de réponse. J.Pet. Sci. Ing. 184, 106463 (2020).

Article CAS Google Scholar

Nasirpour, N. & Mousavi, SM Optimisation basée sur RSM du prétraitement liquide ionique assisté par PEG de la bagasse de canne à sucre pour une production améliorée de bioéthanol : effet des paramètres du procédé. Biomasse Bioénerg. 116, 89-98 (2018).

Article CAS Google Scholar

Wang, J. et al. Estimation de la cristallinité relative de composites biodégradables d'acide polylactique et de polymère polyglycolide par des méthodologies d'apprentissage automatique. Polymères 14, 527 (2022).

Article CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Yetilmezsoy, K., Demirel, S. & Vanderbei, RJ Modélisation de la surface de réponse de l'élimination du Pb(II) d'une solution aqueuse par Pistacia vera L. : conception expérimentale de Box-Behnken. J. Hazard. Mater. 171, 551-562 (2009).

Article CAS PubMed Google Scholar

Freundlich, H. Sur l'adsorption dans les solutions. Z. Phys. Chem., 57, 385-470 (1907).

Article CAS Google Scholar

Redlich, O. & Peterson, DL Une isotherme d'adsorption utile. J.Phys. Chim. 63, 1024 (1959).

Article CAS Google Scholar

Langmuir, I. La constitution et les propriétés fondamentales des solides et des liquides. Partie I. Solides. Confiture. Chim. Soc. 38, 2221-2295 (1916).

Article CAS Google Scholar

Mahmoodi, F., Darvishi, P. & Vaferi, B. Prédiction des coefficients de l'isotherme d'adsorption de Langmuir à l'aide de diverses techniques d'intelligence artificielle (IA). J. Iran. Chim. Soc. 15, 2747–2757 (2018).

Article CAS Google Scholar

Télécharger les références

Les auteurs tiennent à remercier l'Université Shahid Chamran d'Ahvaz pour son soutien à ce projet (Grant 1396).

Département de chimie, Faculté des sciences, Université Shahid Chamran d'Ahvaz, Ahvaz, Iran

Shahin Heydari Orojlou, Saadat Rastegarzadeh & Behrooz Zargar

Vous pouvez également rechercher cet auteur dans PubMed Google Scholar

Vous pouvez également rechercher cet auteur dans PubMed Google Scholar

Vous pouvez également rechercher cet auteur dans PubMed Google Scholar

Tous les auteurs ont une même contribution.

Correspondance à Saadat Rastegarzadeh.

Les auteurs ne déclarent aucun intérêt concurrent.

Springer Nature reste neutre en ce qui concerne les revendications juridictionnelles dans les cartes publiées et les affiliations institutionnelles.

Libre accès Cet article est sous licence Creative Commons Attribution 4.0 International, qui autorise l'utilisation, le partage, l'adaptation, la distribution et la reproduction sur tout support ou format, à condition que vous accordiez le crédit approprié à l'auteur ou aux auteurs originaux et à la source, fournissez un lien vers la licence Creative Commons et indiquez si des modifications ont été apportées. Les images ou tout autre matériel de tiers dans cet article sont inclus dans la licence Creative Commons de l'article, sauf indication contraire dans une ligne de crédit au matériel. Si le matériel n'est pas inclus dans la licence Creative Commons de l'article et que votre utilisation prévue n'est pas autorisée par la réglementation légale ou dépasse l'utilisation autorisée, vous devrez obtenir l'autorisation directement du détenteur des droits d'auteur. Pour voir une copie de cette licence, visitez http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/.

Réimpressions et autorisations

Heydari Orojlou, S., Rastegarzadeh, S. & Zargar, B. Analyses expérimentales et de modélisation de l'élimination de la DCO des eaux usées industrielles à l'aide de nanocomposites TiO2-chitosane. Sci Rep 12, 11088 (2022). https://doi.org/10.1038/s41598-022-15387-0

Télécharger la citation

Reçu : 07 mai 2022

Accepté : 23 juin 2022

Publié: 30 juin 2022

DOI : https://doi.org/10.1038/s41598-022-15387-0

Toute personne avec qui vous partagez le lien suivant pourra lire ce contenu :

Désolé, aucun lien partageable n'est actuellement disponible pour cet article.

Fourni par l'initiative de partage de contenu Springer Nature SharedIt

En soumettant un commentaire, vous acceptez de respecter nos conditions d'utilisation et nos directives communautaires. Si vous trouvez quelque chose d'abusif ou qui ne respecte pas nos conditions ou directives, veuillez le signaler comme inapproprié.