بررسی راندمان حذف نیترات از محلول آبی با استفاده از جاذب نانوساختار برگ درخت بلوط

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 استادیار دانشگاه رازی - گروه مهندسی آب

2 گروه مهندسی آب دانشگاه رازی

چکیده

سابقه و هدف: در دسترس بودن آب سالم و پاک یکی از مهم‌ترین مسائل پیش روی بشر می‌باشد و به تدریج که مقدار مصرف آب بیشتر می‌شود مواد آلاینده نیز به طرق مختلف باعث آلوده کردن منابع آبی می‌گردند و این مسئله در آینده بحرانی‌تر خواهد شد. آلودگی محیط زیست مخصوصاً آب که عامل مهمی در محدود ساختن پیشرفت‌های انسان است، چنان اهمیت پیدا کرده است که مبارزه با آن مورد بحث سمینارهای جهانی و منطقه‌ای قرار گرفته است. آلودگی آب‌های زیرزمینی و سطحی به نیترات در بسیاری از مناطق دنیا به صورت یک مشکل جدی مورد توجه است. روش-های فیزیکی، شیمیایی و بیولوژیکی مختلفی برای حذف نیترات وجود دارد از جمله این فرآیندها می‌توان به اسمز معکوس، تبادل یون، کلریناسیون نقطه شکست، الکترودیالیز و دنیتریفیکاسیون شیمیایی اشاره کرد. در سال‌های اخیر توجه فراوانی به مواد کم‌هزینه نظیر پوست درخت، نانوجاذب‌های گیاهی و سایر مواد زائد به عنوان جاذب شده است. این مطالعه با هدف بررسی امکان استفاده از جاذب برگ درخت بلوط به عنوان یک جاذب ارزان قیمت و مقرون‌به-صرفه در حذف نیترات از محلول‌های آبی صورت گرفت.

مواد و روش‌ها: به منظور انجام آزمایش‌های جذب، نخستین قدم تهیه جاذب مورد نظر است. برای این کار و به منظور رسیدن به نتیجه مطلوب، از جاذب برگ درخت بلوط به عنوان بهترین گزینه استفاده شد تا بتوان جذب را در بهترین شرایط به دست آورد. پس از آماده‌سازی جاذب آزمایش‌های مشخصه یابی جاذب از جمله دانه بندی ذرات و سطح ویژه جاذب به روش جذب متیلن بلو صورت گرفت. سپس آزمایش‌های ناپیوسته انجام و روش تجزیه و تحلیل داده‌ها ذکر گردید. مطالعه حاضر درمقیاس آزمایشگاهی و به صورت ناپیوسته انجام شد. در این پژوهش جاذب برگ درخت بلوط ابتدا در برابر آفتاب نسبتاً خشک و به وسیله آسیاب خانگی خرد شده و سپس برای تهیه مواد نانو‌متری جاذب از الک شماره 200 عبور داده شد. و پس از شستشو با آب مقطر در آون با دمای 70 درجه سلسیوس به مدت 24 ساعت خشک شد. در این تحقیق اثر عواملی مانند pH، جرم جاذب، زمان تماس و غلظت اولیه نیترات مورد آزمایش قرار گرفت. تمام آزمایش‌ها در سیستم ناپیوسته با سه بار تکرار انجام گرفت. تجزیه و تحلیل داده‌ها و رسم نمودارها توسط نرم افزار اکسل صورت گرفت. از مدل‌های سینتیک لاگرگرن و هوو برای بررسی فرآیند جذب استفاده شد، همچنین بااستفاده از مدل‌های ایزوترم فروندلیچ و لانگمیر، داده‌های جذب تعادلی مورد تجزیه و تحلیل قرارگرفتند.
یافته‌ها: نتایج نشان داد که برای جاذب مورد مطالعه زمان تعادل پس از 120 دقیقه و حداکثر جذب نیترات در5 pH= به دست آمد. با افزایش جرم جاذب از 3/0 تا 7/0 گرم راندمان حذف از 93/88 تا 82/93 درصد افزایش یافت، اما با افزایش میزان جاذب از 7/0 تا 6/1 گرم راندمان جذب تقریباً کاهش یافت. با افزایش غلظت نیترات محلول (120-5 میلی‌گرم بر لیتر)، راندمان حذف از 41/94 به 35/89 درصد کاهش یافت.
نتیجه‌گیری: بر اساس نتایج بدست آمده فرایند جذب از مدل هوو و همکاران تبعیت کرده و داده‌های جذب با ایزوترم فروندلیچ مطابقت بیشتری داشت. بنابراین می‌توان اظهار نمود که برگ درخت بلوط می‌تواند بعنوان یک جاذب مناسب و مقرون‌به‌صرفه با حداقل تکنولوژی در حذف نیترات مورد استفاده قرار گیرد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Investigation of the efficiency of nitrate removal from aqueous solution using Oak leaf nanostructure adsorbent

نویسندگان [English]

  • Ali Bafkar 1
  • Neda Baboli 2
1 Assistant Prof., Dept. of Water Engineering, University of Razi
2 M.Sc. Graduate, Dept. of Water Engineering, University of Razi
چکیده [English]

Background and Objectives: The availability of clean and healthy water is one of the most important issues facing humankind, and as water levels increase further, pollutants also contaminate water resources in different ways, and this will become even more critical in the future. Environmental pollution, especially water, which is an important factor in limiting human progress, has become so important that the struggle has been addressed by global and regional seminars. Pollution of groundwater and surface water into nitrate in many parts of the world is a serious problem. Different physical, chemical and biological methods exist for nitrate removal, including reverse osmosis, ion exchange, decomposition of chlorination, electrodialysis, and chemical denitrification. In recent years, much attention has been paid to low-cost materials such as bark, plant nano‌adsorbents and other waste materials. The aim of this study was to investigate the possibility of using oak leaf absorbent as an inexpensive and cost effective absorbent for removing nitrate from aqueous solutions.
Materials and Methods: In order to carry out absorption tests, the first pace is to prepare the absorbent. To do this and in order to achieve the desired result, oak leaf absorbent was used as the best option to obtain the best in terms of absorption. After absorbent preparation, absorbent characterization experiments were carried out, including Particle Size and a Absorbent special surface by methylene blue absorption . Then, discontinuous tests were performed and the data analysis method was mentioned. The present study was conducted in a laboratory scale and was performed in a Discontinuous. In this study, oak leaf absorbent was first crushed against a relatively dry sunshine by household grinder and then passed through the sieve 200 to prepare absorbent nano‌materials. After being washed with distilled water in an oven at 70 ° C for 24 hours. In this study, the effects of factors such as pH, adsorbent mass, contact time and initial concentration of nitrate were tested. Experiments were performed in a discontinuous system with three replications. Data analysis and drawing of charts were done by Exel software. The kinetic models of Lagergrne and Ho were used to examine the adsorption process, Also using equilibrium absorption data was analyzed using Freundlich and Langmuir isotherm models.
Results: The results showed that for the absorbent, the equilibrium time after 120min and the maximum nitrate absorption at pH = 5 were obtained. . By increasing the absorbent mass from 0.3 to 0.7 grams, the removal efficiency ranged from 88.93 to 93.82 percent, However, with increasing adsorbent content from 0.7 to 1.6 g, the absorption efficiency Almost reduced. By increasing the concentration of dissolved nitrate (5-120 mg/l), the removal efficiency decreased from 94.41 to 89.35%.
Conclusion: Based on the results, the absorption process was followed by the Ho et al model and the absorption data was more consistent with the Freundlich isotherm. Therefore, it can be stated that oak leaf can be used as a suitable and cost effective absorbent with the least technology in nitrate removal.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Nitrate
  • removal efficiency
  • nano‌absorbent
  • Oak leaf