تاثیر کادمیم بر جذب کروم شش ظرفیتی (VI) توسط نانو رس کلویزایت سدیمی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 هیات علمی، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی ساری

2 دانشجوی دکتری آبیاری و زهکشی، دانشکده مهندسی علوم آب، دانشگاه شهید چمران اهواز

3 دانش آموخته کارشناسی ارشد عمران- محیط زیست، دانشکده مهندسی علوم آب، دانشگاه چمران اهواز

4 دنش آموخته کارشناسی ارشد آبیاری و زهکشی، دانشگاه علوم و تحقیقات واحد اهوا

چکیده

سابقه و هدف: در ﺳﺎل‌ﻫﺎی اﺧﻴﺮ ﻧﮕﺮاﻧﻲ در ﻣﻮرد آﺛﺎر دراز ﻣﺪت ﻓﻠـﺰات ﺳـﻨﮕﻴﻦ ﺑﻪ ﻋﻨﻮان یکی از اصلی‌ترین آﻻﻳﻨﺪه‌ﻫﺎی زﻳﺴﺖ ﻣﺤﻴﻄﻲ اﻓﺰاﻳﺶ ﻳﺎﻓﺘﻪ اﺳﺖ. فلزات سنگین عمدتا از طریق تخلیه پساب‌های صنعتی و فاضلاب‌های شهری به محیط وارد می‌شوند. این فلزات ثرات نامطلوبی بر سلامتی انسان دارند که عبارتند از کاهش رشد، سرطان، آسیب به سیستم عصبی و قلبی. در حال حاضر روش‌های متنوعی برای کاهش آلودگی‌های آب و حذف فلزات سنگین از آن وجود دارد که یکی از آن‌ها، جذب سطحی با استفاده از جاذب‌های آلی و معدنی می‌باشد. در این پژوهش، توانایی نانورس کلویزایت سدیمی برای جذب کروم شش ظرفیتی از محلول‌های تک عنصری (کروم) و دو عنصری (کروم- کادمیم) مورد بررسی قرار گرفت.
مواد و روش‌ها: این پژوهش در مقیاس آزمایشگاهی و سیستم ناپیوسته با تغییر عوامل موثر بر فرایند جذب از جمله pH (2-10)، زمان تماس (5- 1440 دقیقه)، مقدار جاذب (1-50 گرم بر لیتر) و غلظت اولیه محلول کروم و کادمیم (100-1 میلی‌گرم بر لیتر) انجام شد. سپس در محلول‌های تک و دو عنصری تطابق داده‌های آزمایش با ایزوترم‌های جذب فروندلیچ، لانگمویر و سیپس بررسی شد.
یافته‌ها: نتایج نشان داد که مقدار pH بهینه جذب کروم برای سیستم تک عنصری برابر 6 و برای سیستم دو عنصری برابر 7 می‌باشد. همچنین در سیستم تک و دو عنصری بیشینه بازده حذف به ترتیب برابر 82 و 2/59 درصد به دست آمد. مطالعه تاثیر زمان تماس بر فرایند جذب نشان داد که زمان تعادل حذف کروم شش ظرفیتی توسط نانو رس کلوزایت سدیمی در محلول تک عنصری 240 دقیقه و در محلول ترکیبی (کروم و کادمیم)، 180 دقیقه گردید. مقدار بهینه جاذب برای جذب یون‌های کروم از محلول تک عنصری و ترکیبی با غلظت 10 میلی‌گرم در لیتر، به ترتیب 5 و 20 گرم بر لیتر به دست آمد. مقایسه ایزوترم‌های فروندلیچ، لانگمویر و سیپس نشان داد که مدل سیپس داده‌های سیستم تک عنصری را با ضریب تبیین 9977/0 و شاخص خطای 1751/0، بهتر از سایر مدل‌ها توصیف می‌نماید. در سیستم دو عنصری مدل فروندلیچ با ضریب تبیین 9721/0 و شاخص خطای 2831/0 برازش بهتری بر داده‌های آزمایشگاهی جذب دارد.
نتیجه‌گیری: با توجه به حضور فلزات سنگین گوناگون در فاضلاب صنایع مختلف و تأثیر آن‌ها بر فرایند جذب یکدیگر توسط جاذب‌های مختلف لازم است به منظور دستیابی به نتایج واقعی‌تر در مطالعات جذب به این موضوع توجه شود. نتایج به دست آمده از این تحقیق نیز ثابت کرد که فرایند جذب کروم از محلول‌های تک عنصری و ترکیبی با جادب یکسان کاملاً با هم متفاوت می‌باشد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

The effects of cadmium on the adsorption of Cr (VI) by nano clay (Cloisite®‌Na+)

نویسندگان [English]

  • Mojtaba Khoshravesh 1
  • Laleh Divband 2
  • Farzaneh Motamedi 3
  • Gelareh Reihany 4
1 Assistant Professor, Sari Agricultural Sciences and Natural Resources University
2 Ph.D Student of Irrigation & Drainage. Facualty of Water Sciences Engineering. Shahid Chamran University of Ahvaz
3 Educated of Civil and Environmental Engineering, Faculty of Water Science, Shahid Chamran University Ahvaz
4 Educated of Irrigation & Drainage. Science and Research, University of Khouzastan.
چکیده [English]

Background and Objectives: In recent years, concerns about the long-term effects of heavy metals as one of the main environmental pollutants has increased. These metals have adverse effects on human health, which include growth retardation, cancer, damage to the nervous and heart system. Mainly heavy metals discharge into environment from industrial and urban sewage. There are the different methods to reduce water pollution and removal of heavy metals from water.There are the different methods to reduce water pollution and removal of heavy metals from water that one of them is adsorption by using organic and inorganic absorbers. In this study, the use of nanoclay (Cloisite Na+) for adsorption of chromium form Single- and two- component solution (competitive) was investigated.
Materials and Methods: this study was conducted in scale laboratory conditions and batch system by changing the factors that affect the absorption process such as pH (2-10), contact time (5-1440 minutes), adsorbent dose (1- 5 and 2 gr/L) and adsorbate concentration (1-100 mg/ L). Then in solution of single and two elements systems, experimental data were investigated with absorption isotherms of Freundlich, Langmuir and Sips.
Results: Results showed that the optimum pH values for adsorption of chromium were 6 and 7 for single-element and two elements systems, respectively. Also, in single and two-element systems, the maximum removal efficiency was obtained (82% and 59.2%). Effect of contact time on the adsorption process showed that equilibrium time of removal of Cr (VI) by nanoclay (Cloisite Na+) is 180 min in single element systems and 240 min in two-element systems. Optimum dosage of adsorbent for absorption of chromium ions from single and two element solution with a concentration of 10 ppm is 5 and 20 g/L, respectively. Comparison of the Freundlich, Langmuir and Sips isotherms showed that the Sips model for single element system was described data of adsorption better than other models with R2 (0.9977) and RMSE (0.1751). Also in two-element system, Freundlich model with R2 (0.9721) and RMSE (0.2831), is better fit with data of adsorption.
Conclusion: Due to the presence of heavy metals in various industries wastewater and their effects on adsorption of each other by the different adsorbent, it is necessary for getting real results in the process of adsorption Notice to this matter. The results of this study also showed that the absorption presses of chromium from solutions of single element or combination of elements with the same adsorbent are completely different.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Adsorption isotherm
  • chromium
  • Nano clay
1.Afkhami, A., Saber-Tehrani, M., and Bagheri, H. 2010. Simultaneous removal of heavy-metal ions in wastewater samples usingnano-alumina modified with 2,4-dinitrophenylhydrazine.
J. Hazard. Mater. 181: 834-6.
2.Chen, H., Yan, T., and Jiang, F. 2014. Adsorption of Cr (VI) from aqueous solution on mesoporous carbon nitride. J. Taiwan Inst. Chem. Eng. 45: 1842-9.
3.Chen, H., Zhao, J., Dai, G., Wu, J., and Yan, H. 2010. Adsorption characteristics of Pb (II) from aqueous solution onto a natural biosorbent, fallen Cinnamomum camphora leaves. Desalination. 262: 1. 174-82.
4.Chen, Y.G., He, Y., Ye, W.M., and Jia, L.Y. 2015. Competitive adsorption characteristics of Na (I)/Cr (III) and Cu (II)/Cr (III) on GMZ bentonite in their binary solution. J. Ind. Engin. Chem. 26: 335-339.
5.Coelho, G.F., Gonçalves Jr, A.C., Tarley, C.R.T., Casarin, J., Nacke, H., and Francziskowski, M.A. 2014. Removal of metal ions Cd (II), Pb (II) and Cr (III) from water by the cashew nut shell Anacardium occidentale L. Ecol. Eng. 73: 514-25.
6.Eltantawy, I., and Arnold, P. 1973. Reappraisal of ethylene glycol mono-ethyl ether (EGME) method for surface area estimation of clays. J. Soil Sci. 24: 2. 232-238.
7.Escudero, C., Poch, J., and Villaescusa, I. 2013. Modelling of breakthrough curves of single and binary mixtures of Cu (II), Cd (II), Ni (II) and Pb (II) sorption onto grape stalks waste. Chem. Eng. J. 217: 129-38.
8.Fang, X., Fang, Z., Tsang, P., Cheng, W., Yan, X., and Zheng, L. 2014. Selective adsorption of Cr (VI) from aqueous solution by EDA- Fe3O4 nanoparticles prepared from steel pickling waste liquor. Appl. Surf. Sci. 314: 655-62.
9.Fu, X., Yang, H., Lu, G., Tu, Y., and Wu, J. 2015. Improved performance of surface functionalized TiO2/activated carbon for adsorption–photocatalytic reduction of Cr (VI) in aqueous solution. Mater. Sci. Semiconduct. Process. 39: 362-370.
10.Ge, H., and Ma, Z. 2015. Microwave preparation of triethylenetetramine modified graphene oxide/chitosan composite for adsorption of Cr (VI). Carbohyd. Polym. 131: 280-287.
11.Georgieva, V.G., Tavlieva, M.P., Genieva, S.D., and Vlaev, L. T. 2015. Adsorption kinetics of Cr (VI) ions from aqueous solutions onto black rice husk ash. J. Mol. Liq. 208: 219-226.
12.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: 1. 46-58.
13.Hesse, P.R. 1971. A textbook of soil chemical analysis. CambridgeUniversity Press. 520p.
14.Ji, M., Su, X., Zhao, Y., Qi, W., Wang, Y., Chen, G., and Zhang, Z. 2015. Effective adsorption of Cr (VI) on mesoporous Fe-functionalized Akadama clay: Optimization, selectivity, and mechanism. Appl. Surf. Sci. 344: 128-136.
15.Lataye, D.H., Mishra, I.M., and Mall, I.D. 2006. Removal of pyridine from aqueous solution by adsorption on bagasse fly ash. Ind.Eng. Chem. Res. 45: 11. 3934-3943.
16.Li, L., Liu, F., Jing, X., Ling, P., and Li, A. 2011. Displacement mechanism of binary competitive adsorption for aqueous divalent metal ions onto a novel IDA-chelating resin: Isotherm and kinetic modeling. Water Res. 45: 3. 1177-88.
17.Lu, M., Guan, X.H., Xu, X.H., and Wei, D.Z. 2013. Characteristic and mechanism of Cr (VI) adsorption by ammonium sulfamate-bacterial cellulose in aqueous solutions. Chinese Chem. Lett. 24: 253-6.
18.Mahamadi, C., and Nharingo, T. 2010. Competitive adsorption of Pb2+ Cd2+ and Zn2+ ions onto Eichhornia crassipes in binary and ternary systems. Bioresource Technol. 101: 3. 859-64.
19.Mallakpour, S., and Moslemi, S. 2012. Dispersion of chiral amino acid organomodified Cloisite Na+ in poly (vinyl alcohol) matrix for designing of novel bionanocomposite films. Prog. Org. Coat. 74: 1. 8-13.
20.Niu, Y., Qu, R., Sun, C., Wang, C., Chen, H., and Ji, C. 2013. Adsorption of Pb (II)
from aqueous solution by silica-gel supported hyperbranched polyamidoamine dendrimers.
J. Hazard. Mater. 244: 276-86.
21.Pan, J., Jiang, J., and Xu, R. 2013. Adsorption of Cr (III) from acidic solutions by crop straw derived biochars. J. Environ. Sci. 25: 10. 1957-65.
22.Papageorgiou, S., Katsaros, F., Kouvelos, E., and Kanellopoulos, N. 2009. Prediction of binary adsorption isotherms of Cu2+, Cd2+ and Pb2+ on calcium alginate beads from single adsorption data. J. Hazard. Mater. 162: 2. 1347-54.
23.Rahmani, A., Zavvar Mousavi, H., and Fazli, M. 2010. Effect of nanostructure alumina on adsorption of heavy metals. Desalination. 253: 1. 94-100.
24.Siboni, S.,Samadi, T., Azizian,S.,Maleki, A., and Zarrabi, M. 2011.Removal of Chromium by Using of Adsorption onto Strong Base Anion Resin: Study of Equilibrium and Kinetic.
J. Water Wastewater. 3: 10-8. (In Persian)
25.Vieira Santos, A.C., and Masini, J. 2007. Evaluating the removal of Cd (II), Pb (II) and Cu (II) from a wastewater sample of a coating industry by adsorption onto vermiculite. Appl. Clay Sci. 37: 1. 167-74.
26.Wang, W., Zhou, J., Achari, G., Yu, J., and Cai, W. 2014. Cr (VI) removal from aqueous solutions by hydrothermal synthetic layered double hydroxides: Adsorption performance, coexisting anions and regeneration studies. Colloid Surf. 457: 33-40.
27.Zhang, Y.J., Ou, J.L., Duan, Z.K., Xing, Z.J., and Wang, Y. 2015. Adsorption of Cr (VI) on bamboo bark-based activated carbon in the absence and presence of humic acid. Colloids and Surf. A: Physicochem. Engin. Asp. 481: 108-116.