توليف مركب هجين من الشيتوزان والسيليكا النانوية المستخرجة من رمال الكثبان إلزالة صبغة كاتونية: تحسين متعدد المتغيرات، التوازن، الحركية، وآلية االمتزاز

Abstract

This study falls within the framework of developing effective and low-cost adsorbent

materials. Therefore, in its first phase, it aims to extract amorphous silica nanoparticles (n- SiO2 ) from Algerian desert dune sand using the sol-gel method, which is characterized by its

simplicity, cost-effectiveness, and environmental friendliness. In the second phase, a promising new hybrid material was prepared by modifying the surface of these nanoparticles with chitosan (CTS), followed by chemical binding with trisodium citrate (CT) to form the adsorbent material (CTS-CT/SiO2 ), with the aim of improving surface properties and increasing adsorption capacity. To test the efficiency of this material, the removal of crystal violet dye (CV) from its aqueous solutions was studied, relying on the Box-Behnken design (BBD) technique to optimize the operating conditions. The prepared material underwent a precise characterization process using several analytical techniques to study its structural and morphological properties. The influence of the main factors affecting the adsorption process, namely adsorbent dose, pH, contact time, and temperature, was evaluated and statistically optimized using response surface methodology (RSM-BBD) to achieve maximum removal efficiency. The results showed that the prepared material possesses a high adsorption capacity towards CV dye, with a maximum adsorption capacity of 322.58 mg/g and a removal efficiency reaching 96.12% under the optimal conditions: adsorbent dose of 0.08 g, pH of 4, temperature of 45°C, and contact time of 60 minutes. Regarding adsorption kinetics, the results showed good agreement with the pseudo-second-order model, while the adsorption equilibrium data were more consistent with the Freundlich model. These results confirm the high effectiveness of modified silica nanoparticles prepared from dune sand in removing cationic dyes from aqueous solutions, making them a promising material for polluted water treatment applications.تندرج هذه الدراسة يف إطار تطوير مواد مازة فعالة ومنخفضة التكلفة، لذا هتدف هذه الدراسة يف مرحلتها األوىل إىل استخالص جزيئات السيليكا النانوية غري املتبلورة (2SiO-n (من رمال الكثبان الرملية اجلزائرية باستخدام طريقة سول-جيل، اليت تتميز ببساطتها، واقتصاديتها، ومالءمتها للبيئة. ويف املرحلة الثانية، مت حتضري مادة هجينة جديدة واعدة، من خالل تعديل سطح هذه اجلزيئات بالشيتوزان (CTS(، مث ربطها ا ً كيميائي بسرتات ثالثي الصوديوم (CT (لتكوين املادة املازة(2SiO/CT-CTS (، وذلك هبدف حتسني اخلصائص السطحية ورفع القدرة االمتزازية. وإلختبار كفاءة هذه املادة، متت دراسة إزالة صبغة البنفسج البلوري (CV) من حماليلها املائية، باالعتماد على تقنية تصميم بوكس-بنكن (BBD (لتحسني الظروف التشغيلية. وقد خضعت املادة احملضرة لعملية توصيف دقيقة باستخدام عدة تقنيات حتليلية، هبدف دراسة خصائصها البنيوية واملورفولوجية. كما مت تقييم تأثري العوامل الرئيسية يف عملية االمتزاز، وهي: جرعة املادة املازة، األس اهليدروجيين (pH(، زمن التالمس، ودرجة احلرارة، ومت حتسينها ا ً إحصائي عرب منهجية سطح االستجابة (BBD-RSM (للوصول إىل أقصى كفاءة إزالة. أظهرت النتائج أن املادة احملضرة متتلك قدرة امتزازية عالية جتاه صبغة البنفسجي البلوري (CV (، حيث بلغت أقصى سعة امتزازية g/mg 322.58 ، وبكفاءة إزالة وصلت إىل %96.12 يف الظروف املثلى اليت متثلت يف: جرعة مادة مازة g ،0.08 درجة محوضة ،4 درجة حرارة C،45° وزمن ً تالمس min .60 أما فيما خيص حركية االمتزاز، فقد أظهرت النتائج ا تطابق ا ً جيد مع منو ذج الرتبة الثانية الزائفة -Pseudo( توافق مع منوذج فر اندليش (Freundlich (ؤكد ً (order-second، يف حني كانت بيانات التوازن االمتزازي أكثر ا ،ت هذه النتائج ُ الفعالية العالية للسيليكا النانوية املعدلة واحملضرة من رمال الكثبان الرملية يف إزالة األصباغ الكاتيونية من احملاليل املائية، مما جيعلها مادة واعدة يف تطبيقات معاجلة املياه امللو ثة.