A computer-based approach for modeling of removal of Cd2+ ion from industrial wastewater with polyacrylamide coated rice husk ash

Abstract

Pirinç kabuğu dünyadaki ekili tarım alanının yaklaşık %22lik kısmını oluşturmaktadır ve bu yüksek üretim oranı pirinç kabuğunun önemli bir atık problemi olarak ortaya çıkmasına neden olmaktadır. Bu problemi çözmek amacıyla bilim adamları birçok çalışma yapmıştır ve bu çalışmaların sonucunda pirinç kabuğunun birçok uygulama alanı ortaya çıkmıştır. Bu kullanım alanlarının en önemlilerinden biriside pirinç kabuğunun endüstriyel atık sulardaki ağır metal ve tekstil boyarmaddelerin giderimi amacıyla adsorban olarak kullanılmasıdır. Pirinç kabuğunun ağır metal ve tekstil boyarmaddelerin giderimi için kullanılması hem pirinç kabuğunun depolanma problemine bir çözüm sunmaktadır hem de endüstriyel atık suların ağır metallerden temizlenmesinde diğer mevcut yöntemlerden daha ekonomik bir çözüm alternatifidir. Bu çalışmada Cd2+ iyonunun poliakrilamid ile muamele edilmiş pirinç kabuğuna bağlanma mekanizmasını açıklamak için geometri optimizasyonu yöntemi kullanılan bilgisayar destekli bir metot önerilmiştir. Cd2+ iyonunun pirinç kabuğundan hazırlanan adsorban yapıya bağlanma mekanizmaları modellenmiş ve bu yapıların geometri optimizasyonları yapılarak en kararlı yapı Gaussian 09 paket programı yardımıyla tespit edilmiştir.Bir sonraki aşamada optimize edilmiş yapıların adsorpsiyon enerjileri Material Studio 6.1 paket programı kullanılarak hesaplanmıştır. Sonuçlar pirinç kabuğunun aktif karbon gibi pahalı adsorbanların yerine kullanılabileceğini göstermiştir. Sonuç olarak literatürdeki deneysel çalışmalarında sonuçlarından yararlanılarak bilgisayar destekli bir yöntem geliştirilmiştir. Önerdiğimiz yöntemin deneysel yöntemlere göre avantajı daha çabuk bitmesi ve daha az maliyetli olmasıdır.

Rice makes up %22 of cultivated area and this high production rate makes it an important waste problem. To find a solution to this problem many studies were conducted and a lot of usage area of rice husk emerged. One important usage area of rice husk is using to get rid of heavy metals and textile dyes in the industrial wastewater via adsorption process. The use of rice husks for removal of heavy metal would be a good solution for rice husk storage problems, and it is an economical way for removing heavy metals from industrial wastewater than the other methods.In this study, a computer-based approach is proposed to optimize binding mechanism of Cd2+ ion to polyacrylamide coated rice husk by using geometry optimization and absorption simulation methods. Binding mechanism of Cd2+ ion to adsorbent prepared from rice husk explained and modeled by doing the geometry optimizations for determining the most stable structure by Gauss View® 5.0 software. The adsorption energies of these optimized structures were calculated by using the Material Studio® 6.1 software. Results showed that rice husks can be used as an adsorbent instead of expensive materials such as active carbon. This result indicates that adsorption capacity of rice husk is increasing with polymer treatment. As a conclusion, a computer-based approach was developed by using the obtained results of experimental methods in different studies in literature. It is said that the proposed approach is more quickly and less costly, when compared with experimental methods