جذب زیستی کادمیم از محلول‌های آبی توسط پوست میگو

نوع مقاله : مقاله کامل علمی پژوهشی

نویسندگان

1 گروه علوم خاک، دانشکده کشاورزی، دانشگاه ولی عصر رفسنجان

2 دانشگاه ولی عصر رفسنجان

چکیده

سابقه و هدف: امروزه به حذف و پالایش محیط‌های آلوده به فلزهای سنگین توجه زیادی می‌شود. جذب ‌زیستی یک روش موثر برای حذف فلزهای سنگین از محلول‌های آبی می‌باشد. در این پژوهش جذب‌ زیستی کادمیم توسط پوست میگو مورد بررسی قرار گرفت.
مواد وروش‌ها: مطالعات جذب سطحی کادمیم توسط پوست میگو به عنوان تابعی از pH در محدوده‌ی pH 3 تا 8 در یک غلظت کادمیم 8 میلی‌گرم در لیتر انجام گردید. همدماهای جذب سطحی در محدوده‌ای از غلظت فلز (15 تا 100 میلی‌گرم در لیتر) انجام گردید. آزمایش‌های جذب وابسته به زمان برای کادمیم در دو غلظت ثابت 5 و 50 میلی‌گرم بر لیتر و 7 سطح زمانی (5/0، 2، 4، 6، 8، 12، 24 ساعت) انجام شد. میزان کادمیم جذب سطحی شده بر روی جاذب، با اندازه‌-گیری غلظتهای تعادلی و غلظت آنها در نمونههای شاهد محاسبه ‌گردید. طیف سنجی مادون قرمز تبدیل فوریه (FTIR) قبل و بعد از جذب سطحی کادمیم به وسیله‌ی دستگاه طیف سنجی و گونه‌بندی کادمیم در محلول‌های تعادلی به وسیله ی برنامه‌ی Visual MINTEQ انجام گردید.
یافته‌ها: نتایج آزمایش‌های جذب وابسته به pH نشان داد که با افزایش pH، میزان جذب سطحی کادمیم به وسیله‌ی پوست میگو افزایش یافت و بیشترین جذب کادمیم در pH، 5/7 صورت گرفت، که در این pH، بیش از 99 درصد از کادمیم توسط جاذب جذب سطحی گردید. نتایج همدماهای جذب نشان داد که مدل‌های فروندلیچ و لانگمویر جذب کادمیم را به خوبی توصیف کردند. حداکثر ظرفیت جذب کادمیم (qmax)، به‌وسیله‌ی مدل لانگمویر برای این جاذب 1/5 میلی‌گرم بر گرم تعیین شد. مدل سینتیکی شبه رده دوم بهترین برازش را بر داده‌های جذب سطحی وابسته به زمان داشت. منحنی‌های سینتیکی جذب کادمیم از دو فاز مشخص تشکیل شده‌اند. یک فاز اولیه که جذب کادمیم توسط جاذب سریع بود و متعاقب آن فاز ثانویه که واکنش به حالت تعادل نزدیک شد. نتایج گونه‌بندی شبیه‌سازی شده به وسیله برنامه Visual Minteq نشان داد که گونه Cd+2 در محدوده 5/8-2=pH، گونه اصلی کادمیم در محلول است و در دامنه pH، 9-8 و غلظت گونه هیدرولیزی +Cd(OH) نیز افزایش می‌یابد. طیف مادون قرمز پوست میگو قبل و بعد از جذب کادمیم نشان داد که اتم‌های N گروه‌های عامل آمین در پوست میگو نقش عمده‌ای در جذب این عنصر داشتند.
نتیجه‌گیری: به طور کلی، با توجه به داده‌های به دست آمده از این پژوهش، پوست میگو یک جاذب موثر برای کادمیم می‌باشد و می‌تواند در پالایش محیط‌های آبی آلوده به کادمیم مورد استفاده قرار گیرد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Biosorption of Cd from aqueous solutions by shrimp shell

نویسندگان [English]

  • Mohsen Hamidpour 1
  • Nahid Hosseini 2
  • Shafagh Molaei 1
1 Soil Sci. Dep., Vali-e-Asr University of Rafsanjan
2 Vali-e-Asr University of Rafsanjan
چکیده [English]

Background and objectives: Nowadays, extensive attention has been paid to removal and remediation of heavy metals from polluted sites. Biosorption is a cost-effective method for removing heavy metals from aqueous solutions. In this study, biosorption of Cd has been examined by shrimp shell.
Materials and Methods: The adsorption of Cd on shrimp shell was studied as a function of pH (Cd concentration: 8.0 mg L-1) in the range of 3.0-8.0, and as a function of metal concentration (Cd concentration in the range of 15-100.0 mg L-1) using a 24h batch equilibration experiments. The amounts of Cd sorbed on the adsorbent were calculated from the difference between the metal concentration in the blank and equilibrium concentration of Cd in the solutions. Chemical species of Cd(II) in the solutions was also predicted using Visual MINTEQ, a computer code developed to simulate equilibrium processes in aqueous systems. Infrared spectrums of untreated and Cd-loaded adsorbent were obtained using a Fourier transform infrared spectrometer.
Results: The results of pH dependent experiments showed that the percent removal of Cd on the sorbent increased with the increase of suspension pH. The experimental data showed that shrimp shell used in this study removed more than 95% Cd from solution at pH=7.5. The Freundlich and Langmuir isotherms were described satisfactorily equilibrium data. Maximum sorption capacity (qmax) of the sorbent was 5.1 mg g-1. Pseudo second order kinetic model provided a perfect fit for the kinetic data of Cd sorption onto shrimp shell. Biosorption kinetics of Cd consisted of two steps: An initial rapid step where adsorption was very fast. The second phase is the gradual biosorption stage before the Cd uptake reached equilibrium. The equilibrium was achieved in 30 min for initial metal concentration of 5 mg L-1 and in 240 min for initial metal concentration of 50 mg L-1 where 91 % and 92 % of Cd were adsorbed, respectively. Based on the estimates obtained by Visual MINTEQ, the Cd2+ and Cd(OH)+ species were the dominant species present in solutions in pH ≤ 8.5 and pH≥ 8.5, respectively. Infrared spectrum analysis of adsorbent before and after adsorption showed that the N atoms of the amine functional groups played a major role in shrimp shell for adsorption of Cd.
Conclusion: Based on the equilibrium sorption and kinetic information obtained for Cd removal by this sorbent, it may be concluded that shrimp shell is an effective sorbent for Cd and may be considered for environmental remediation in future studies.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Cadmium
  • Heavy metals
  • biosorbent
  • Pollution
  • Remediation
 1.Amarasinghe, B.M.W.P.K., and Williams, R.A. 2007. Tea waste as a low cost adsorbent for
the removal of Cu and Pb from wastewater. Chem. Eng. J. 132: 299-309.
2.Cochrane, E.L., Lu, S., Gibb, S.W., and Villaescusa, I. 2006. A comparison of low-cost
biosorbents and commercial sorbents for the removal of copper from aqueous media.
J. Hazard. Mater. 137: 198-206.
3.Essington, M.E. 2004. Soil and Water Chemistry: An Integrative Approach. CRC Press, Boca
Raton, Florida, USA.
4.Fouladi-Fard, R., Azimi, A., and Nabi-Bidhendi, G. 2008. Cadmium biosorption in a batch
reactor using excess municipal sludge powder. J. Water Wastewater. 67: 19-24
5.Freundlich, H.M.F. 1906. Over the adsorption in solution. J. Phys. Chem. 57: 385-470.
6.Gils, C.H., Silva, A.P., and Easton, I.A. 1974. A general treatment and classification of the
solute adsorption isotherm part. II. Experimental interpretation. J. Coll. Interface Sci.
47: 766-778.
7.Hamidpour, M., Kalbasi, M., Afyuni, M., and Shariatmadari, H. 2011. Sorption of lead on
Iranian bentonite and zeolite: kinetics and isotherms. Environ. Earth Sci. 62: 559-568.
8.Ho, Y.S. 2006. Review of second-order models for adsorption systems. J. Hazard. Mater.
136: 681-689.
9.Hosseini, N., Hamidpour, M., and Mozafari, V. 2016. Lead biosorption using shrimp shell:
kinetics, isotherms and pH-dependent adsorption. Iran. J. Soil Water Res. 47: 109-117.
10.Iqbal, M., and Edyvean, R.G.J. 2004. Biosorption of lead, copper and zinc ions on loofa
sponge immobilized biomass of Phanerochaete chrysosporium. Mineral. Eng. 17: 217-223.
11.Kalbasi, M.R., Abdollahzadeh, E., and Salari-Joo, H. 2013. A Review on aquaculture
development in Iran. Ecopersia. 1: 159-178.
12.Lagergren, S. 1898. Zur theorie der sogenannten adsorptoin geloster stoffe. Handlingar.
24: 1-39.
13.Langmuir, I. 1918. Adsorption of gas on plane surfaces of glass, mica and platinum. J. Amer.
Chem. Soc. 40: 1361-1403.
14.Li, W., Zhang, L., Peng, J., Li, N., Zhang, S., and Guo, S. 2008. Tobacco stems as a low cost
adsorbent for the removal of Pb(II) from wastewater: Equilibrium and kinetic studies.
Ind. Crop Prod. 28: 294-302.
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.Mahvi, A.H., Naghipour, D., Vaezi, F., and Nazamara, Sh. 2005. Tea waste as an adsorbent
for heavy metal removal from industrial wastewaters. Amer. J. Appl. Sci. 2: 372-375.
17.Malik, A. 2004. Metal bioremediation through growing cells. Environ. Int. 30: 261-278.
18.Ornek, K., Ozacar, M., and Sengil, A.I. 2007. Adsorption of lead on to formaldehyde or
sulphuric acid atread acorn waste: Equilibrium and kinetic studies. Biochem. Eng. J.
37: 192-200.
19.Purna Chandra Rao, G., Satyaveni, S., Ramesh, K., Seshaiah, K., Murthy, S.N., and
Choudary, N.V. 2006. Sorption of cadmium and zinc from aqueous solutions by zeolite 4A,
zeolite 13X and bentonite. J. Environ. Manage. 81: 265-272.
20.Rana, S.V.S. 2006. Environmental Pollution: Health and Toxicology, Alpha Science
International Ltd., Oxford, UK.
21.Romera, E., Gonzales, F., Ballester, A., Blazquez, M.L., and Munoz, J.A. 2007. Comparative
study of biosorption of heavy metals using different types of algae. Bioresource Technol.
98: 3344-3353.
22.Sen Gupta, S., and Bhattacharyya, K.G. 2008. Immobilization of Pb(II), Cd(II) and Ni(II)
ions on kaolinite and montmorillonite surfaces from aqueous medium. J. Environ. Manage.
87: 46-58.
23.Sparks, D. 2003. Environmental Soil Chemistry. Academic Press San Diego, California,
USA.
24.Wan Ngah, W.S., and Fatinathan, S. 2010. Pb(II) biosorption using chitosan and chitosan
derivatives beads: Equilibrium, ion exchange and mechanism studies. J. Environ. Sci.
22: 338-346.
25.Westerman, R.L. 1990. Soil Testing and Plant Analysis. 3rd ed. Soil Science Society of
America. Madison, Wisconsin, USA.