جذب رقابتی مس و منگنز از محلول‌های آبی توسط خرده لاستیک فرسوده

نوع مقاله : مقاله کامل علمی پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی کارشناسی ارشد، گروه علوم و مهندسی خاک، دانشگاه شهید باهنر کرمان

2 عضو هیأت علمی ، گروه علوم و مهندسی خاک، دانشگاه شهید باهنر کرمان

چکیده

سابقه و هدف:
برخی از فلزات سنگین نظیر مس و منگنز سمی بوده و به دلیل پایداری زیاد در محیط، جزو آلاینده‌های خطرناک محسوب می‌شوند. فلزات سنگین از طریق فعالیت‌های طبیعی و انسانی به خاک و محیط زیست افزوده می‌شوند. فلزات سنگین در طبیعت غیر‌قابل‌تجزیه بوده و سمیت زیادی برای گیاهان، حیوانات و انسان ایجاد می‌کنند. روش‌های مختلفی نظیر فیلتراسیون، رسوب شیمیایی، تبادل یونی و جذب سطحی توسط کربن فعال و جاذب‌های ارزان‌قیمت برای حذف فلزات سنگین از محلول‌های آبی وجود دارد. خرده‌های لاستیک به عنوان یک جاذب ارزان قیمت در حذف فلزات سنگین مورد توجه قرار‌ گرفته‌است. اطلاعات چندانی در ارتباط با جذب رقابتی فلزات سنگین توسط خرده‌های لاستیک در سیستم‌های حاوی چند فلز وجود ندارد. بنابراین پژوهش حاضر با هدف ارزیابی رفتار جذبی مس و منگنز روی اندازه‌های مختلف خرده لاستیک در یک سیستم رقابتی انجام شد.
مواد و روش‌ها:
خرده‌های لاستیک با سه اندازه 125/0-088/0، 250/0-177/0 و 500/0-353/0 میلی‌متر از کارخانه لاستیک یزد‌ تایر تهیه شد. یک آزمایش پیمانه‌ای با اضافه کردن 200 میلی‌گرم از هر سه اندازه خرده لاستیک به 10 میلی‌لیتر محلول حاوی مس+ منگنز در غلظت‌های 10 تا 50 میلی‌گرم‌بر‌لیتر انجام شد. بعد از 24 ساعت، سوسپانسیون از کاغذ صافی عبور داده شد و غلظت باقی‌مانده مس و منگنز در عصاره به کمک روش جذب اتمی اندازه‌گیری شد.
یافته‌ها:
با افزایش غلظت مس و منگنز، میزان جذب این فلزات توسط خرده‌های لاستیک افزایش یافت. بیشترین میزان جذب مس (9/1088 میلی‌گرم بر کیلوگرم) توسط خرده لاستیک با اندازه 125/0-088/0 صورت گرفت و با افزایش اندازه خرده لاستیک به 500/0-353/0 میلی‌متر مقدار جذب آن در حدود 35 درصد کاهش یافت. در بالاترین غلظت، جذب مس توسط خرده‌های لاستیک از طریق رقابت با منگنز کاهش یافت. در تمامی غلظت‌های به کار‌رفته، منگنز کمترین سایت‌های جذب را اشغال کرد. اگرچه جذب منگنز تحت تأثیر اندازه خرده‌‌لاستیک قرار نگرفت، ولی جذب آن توسط خرده‌لاستیک از طریق رقابت با مس محدود شد. داده‌های جذب برازش بهتری را در معادله لانگمویر (94/0R2=) در مقایسه با فروندلیچ (87/0R2=) نشان دادند که نشان از جذب تک‌لایه‌ای مس و منگنز توسط خرده لاستیک دارد. مقادیر حداکثر ظرفیت جذب محاسبه شده از معادله لانگمویر (qm) نشان داد که جذب مس بیشتر از منگنز می-باشد. با کاهش اندازه خرده‌های لاستیک، مقدار qm افزایش یافت. در این مطالعه عامل جدایش (RL) برای پیش‌بینی مطلوبیت جذب در سیستم جذب محاسبه گردید. در تمامی شرایط مقدار RL بین صفر تا یک متغیر بود که نشان از جذب مطلوب مس و منگنز توسط سه اندازه خرده لاستیک دارد
نتیجه‌گیری:
نتایج این مطالعه نشان داد که خرده‌های لاستیک (به ویژه در کوچکترین اندازه) توانایی مناسبی جهت جذب مس و منگنز در یک سیستم رقابتی را دارا می‌باشند. اگرچه داده‌های جذب سطحی مس و منگنز توسط خرده‌های لاستیک به خوبی توسط دو معادله لانگمویر و فروندلیچ توصیف شدند، اما معادله لانگمویر برازش بهتری را در مقایسه با معادله فروندلیچ نشان داد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Competitive sorption of copper and manganese from aqueous solutions by discarded tire rubber

نویسنده [English]

  • Majid Hejazi Meh 2
1
2
چکیده [English]

Background and objectives:
Some of heavy metals such as copper (Cu) and manganese (Mn) are toxic and represent as hazardous pollutants due to their persistence in the environment. Heavy metals can be introduced into soils and aqueous environment by natural processes or anthropogenic activities. They are non-degradable in nature and highly toxic to plants, animals and human beings. Various methods exist for the removal of heavy metal ions from solution, such as filtration, chemical precipitation, ion exchange and sorption by activated carbon and others. Discarded tires are an interesting and inexpensive medium for the sorption of heavy metals. There has been little research on heavy metal sorption into tire rubber in competitive systems. Therefore the present study was conducted to assess the sorption behavior of Cu and Mn on different size of tire rubber in a competitive system.
Materials and methods:
The finely ground discarded tire rubber with three sizes including 0.088-0.125, 0.177-0.250 and 0.353-0.500 mm were prepared from Yazd Tire Company in Iran. A batch experiment was conducted by adding of 200 mg of ground tire to 10 ml of Cu+Mn aqueous solution of the desired concentration (10 to 50 mg L-1). After 24h, supernatant was separated by filtration and analyzed for remaining Cu and Mn by atomic absorption spectroscopy technique.
Results: Sorption of Cu and Mn on tire rubber increased with increasing of metal concentration from 0 to 50 mg L-1. The greatest sorption of Cu (1088.9 mg Kg-1) was found at the smallest tire rubber size (0.088-0.125 mm) and decreased by 35% when the largest size (0.353-0.500 mm) was used. At the highest concentration, sorption of Cu was restricted by Mn competition. In the whole range of studied metal concentrations, Mn occupied the least sorption sites of tire rubber. The sorption of Mn was not affected by tire rubber size and was restricted by Cu competition. Based on average, the experimental data were fitted in Langmuire (R2=0.94) better than Freundlich one (R2=0.87), showing monolayer sorption of Cu and Mn on discarded tire rubber. The values of maximum sorption capacities calculated from the fitted Langmuir equation showed that Cu sorption was higher than Mn. There was an increase in the qm values of Mn when the tire rubber diameter decreased. In this study, separation factor (RL) was used to predict if an adsorption system is favorable or unfavorable. In all cases, the values of RL were between 0 and 1, pointing to the favorable sorption of Cu and Mn on three size of rubber.
Conclusion:
Results clearly showed that ground discarded tire rubber (especially, the smallest size) are an effective adsorbent for the removal of Cu and Mn in competitive system. The equilibrium sorption isotherm of Cu and Mn onto discarded tire rubber is well described by the Langmuir and Freundlich models, but the Langmuir model fits the experimental data better than the Freundlich model.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Environment
  • Heavy metals
  • Pollution
  • sorption Isotherms
1.Amari, T., Themelis, N., and Wernick, I. 1999. Resource Recovery from Used Rubber Tires, Resour. Policy. 25: 170-188.
2.Amalo-Nole, L.A., Perales-Perez, O., and Roman-Velazquez, F.R. 2011. Sorption study of toluene and xylene in aqueous solutions by recycled tires crumb rubber. J. Hazard. Mater. 185: 107-111.
3.Bartram, J., and Ballanco, R. 1996. Water quality monitoring. A: practical guide to the design and implementation of fresh water quality studies and monitoring programmers, UNEP/WHO, USA.
4.Borda, M.J., and Sparks, D.L. 2008. Kinetics and mechanisms of metal (loid) sorption/desorption in soils; a multi-scale assessment, P 97-124. In: A. Vilante, P.M. Huang, G.M. Gadd, (Eds.), Biophysico-chemical processes of heavy metal and metaloids in soil environment. John Wiely and Sons, USA.
5.Calisir, F., Roman, F.R., Alamo, L., Perales, O., Arocha, M.A., and Akman, S. 2009. Removal of Cu(II) from aqueous solutions by recycled tire rubber. Desalination. 249: 515-518.
6.El-Ashtoukhy, E.S.Z., Amin, N., and Abdelwahab, O. 2008. Removal of lead (II) and copper (II) from aqueous solution using pomegranate peel as a new adsorbent. Desalination. 223: 162-173.
7.Entezari, M.H., Ghows, N., and Chamsaz, M. 2006. Ultrasound facilitates and improves removal of Cd(II) from aqueous solution by the discarded tire rubber. J. Hazard. Mater. 131: 84-89.
8.Franco, M.A., Gonzalez, C.F., Dominguez, M.A., and Serrano, V.G. 2011. Adsorption of cadmium on carbonaceous adsorbents developed from used tire rubber. J. Environ. Manage. 92: 2193-2200.
9.Garcia Sanchez, A., Alvarez Ayuso, E., and Jimenez de Blas, O. 1999. Sorption of heavy metal from industrial waste water by low-cost mineral silicates. Clay Miner. 34: 469-477.
10.Gunasekara, A.S., Donovan, J.A., and Xing, B. 2000. Ground discarded tires remove naphthalene, toluene, and mercury from water. Chemosphere. 41: 11-55.
11.Gupta, V.K., Ganjali, M.R., Nayak, A., Bhushan, B., and Agarwal, S. 2012. Enhanced heavy metals removal and recovery by mesoporous adsorbent prepared from waste rubber tire. Chem. Eng. J. 197: 330-342.
12.Gupta, V.K., Jain, C.K., Ali, I., Sharma, M., and Saini, S.K. 2003. Removal of cadmium and nickel from wastewater using bagasse fly ash a sugar industry waste. Water Res. 37: 4038-4044. 
13.Karabulut, S., Karabakan, A., Denizli, A., and Yurum, Y. 2000. Batch removal of copper (II) and zinc (II) from aqueous solutions with low rank. Turk. Coal. Sep. Pur. Technol. 18: 177-184.
14.Guzel, F., Yakut, H., and Topal, G. 2008. Determination of kinetic and equilibrium parameters of the batch adsorption of Mn (II), Co (II), Ni (II) and Cu (II) from aqueous solution by black carrot (Daucus carota L.) residues. J. Hazard. Mater. 153: 1275-1287.
15.Lian, F., Song, Z., Liu, Z., Zhu, L., and Xiang, B. 2013. Mechanistic understanding of tetracycline sorption on waste tire powder and its chars as affected by Cu2+ and pH. Environ. Pollut. 178: 264-270.
16.Peacock, C.L., and Sherman, D.M. 2004. Copper sorption onto goethite, hematite and lepidocrocite: a surface complexation model based on ab initio molecular geometries and EXAFS spectroscopy. Geochim. Cosmochimi. Ac. 68: 2623-2637.
17.Pimentel, P.M., Melo, A.M.F., Melo, D.M.A., Assancao, A.L.C., Henrique, D.M., Silva, C.N., and Gonzalez, G. 2008. Kinetics and thermodynamics of Cu (II) adsorption on oil shale wastes. Fuel Process. Technol. 89: 62-67.
18.Rowley, A.G., Husband, F.M., and Cunningham, A.B. 1984. Mechanisms of metal adsorption from aqueous solutions by waste tire rubber. Water Res. 18: 981-984.
 19.Shahbazi, A., Younesi, H., and Saadatpour, M. 2012. Synthesis of Organic-Inorganic Hybrid Amine Based on Nanostructured Silicate Materials and Its Application for Removal of Heavy Metal Ions from Aqueous Solution. J. Water Wastewater. 23: 2-12. (In Persian)
20.Shahmohammadi, Sh., Babazadeh, H., Nezami, A.H., and Manshouri, M. 2011. Isotherm and kinetic studies on adsorption of Pb, Zn and Cu by kaolinite. Caspian J. Environ. Sci. 9: 243-255.
21.Shahmohammadi, Sh. 2012. Study of Kinetics of Copper in Aqueous Solution by Sawdust Adsorbent. J. Water Wastewater. 23: 127-133. (In Persian)
22.Shahmohammadi, S., and Isfahani, A. 2012. Removal of Manganese from Aqueous Solution by Natural Zeolite in the Presence of Iron, Chrome and Aluminum Ions. J. Water Wastewater. 23: 66-75. (In Persian)
23.Sheikhhosseini, A., Shirvani, M., and Shariatmadari, H. 2013. Competitive sorption of nickel, cadmium, zinc and copper on palygorskite and sepiolite silicate clay minerals. Geoderma. 192: 249-253.
24.Singh, D.B., Rupainwar, D.C., Prasad, G., and Jayaprakas, K.C. 1998. Studies on the Cd (II) removal from water by adsorption. J. Hazard. Mater. 60: 29-40.
25.Sposito, G. 1980. Derivation of the freundlich equation of ion exchange reactions in soil. Soil Sci. Soc. Am. J. 43: 652-654.
26.Yavuz, O., Altunkaynak, Y., and Guzel, F. 2003. Removal of copper, nickel, cobalt and manganese from aqueous solution by kaolinite. Water Res. 37: 948-952.
27.Zhu, J., Huang, Q., Pigna, M., and Vilante, A. 2012. Competitive sorption of Cu and Cr on goethite-bacteria complex. Chem. Eng. J. 179: 26-32.
28.Zhu, J., Pigna, M., Cozzolino, V., Caporale, A.G., and Violante, A. 2010. Competitive sorption of copper, chromium and lead on ferrihydrate and two organomineral complexes. Geoderma. 159: 409-416.