جذب متیلن بلو توسط بایوچار، خاک و خاک تیمار شده با بایوچار از محلول های آبی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانش آموخته کارشناسی ارشد شیمی خاک، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی ساری

2 دانشیار گروه علوم خاک، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی ساری

3 عضو هیئت علمی گروه علوم خاک- دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی ساری

4 استادیار گروه علوم خاک، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی ساری

چکیده

چکیده
سابقه و هدف: مواد رنگی صنعتی یک دسته از بزرگترین ترکیبات آلی را تشکیل می‌دهند که کاربرد بالقوه‌ای در صنایع مختلف دارند. با توجه به ساختار آروماتیک پیچیده‌ی آنها و اینکه ساخته دست بشر هستند، ترکیبات پایداری می باشند و تصفیه آنها مشکل می‌باشد. فاضلاب حاوی مواد رنگی موجب آلودگی آب سطحی و زیر سطحی می‌شود و از طریق آبیاری موجب آلودگی خاک نیز می‌گردد. این پساب‌ها چنانچه بدون تصفیه وارد محیط شوند، می‌توانند صدمات جبران‌ناپذیری به محیط زیست وارد کنند. در نتیجه لازم است پساب‌ها و خاک آلوده با استفاده از روش‌های مؤثر تصفیه شوند. در بین روش‌های مناسب برای حذف رنگ‌ها، جذب یکی از بهترین و مناسب‌ترین تکنیک‌ها برای رنگ‌زدایی می‌باشد.
مواد و روش‌ها: در این تحقیق تأثیر بایوچار کاه برنج تولید شده در دمای C˚600 ، خاک و مخلوط بایوچار و خاک بر جذب متیلن بلو از محیط‌های آبی مورد بررسی قرار گرفت. ابتدا کاه برنج در شرایط دمایی C˚600 به بایوچار تبدیل شد. سپس بایوچار را با نسبت‌های مختلف (1، 5/2 و 5 درصد وزنی) با خاک شنی تهیه شده از دشت های آبرفتی منطقه تجن لته شهر ساری، استان مازندران مخلوط کردیم. محلول رنگی متیلن بلو از ترکیب پودری متیلن بلو مرک آلمان تهیه شد و میزان 40 میلی‌لیتر از محلول با غلظت‌های 30-300 میلی‌گرم بر لیتر و pH =7 به 1/0 گرم بایوچار، خاک و مخلوط خاک و بایوچار افزوده شد و در نهایت ایزوترم‌های جذب متیلن بلو توسط بایوچار، خاک و مخلوط بایوچار و خاک تعیین گردید. آزمایشات بصورت طرح کاملا تصادفی در سه تکرار انجام شد.
یافته‌ها: نتایج برازش داده‌های به‌دست آمده با مدل ایزوترمی لانگمویر و فرندلیچ نشان داد که جذب متیلن بلو بر روی بایوچار حاصل از کاه برنج تولید شده در دمای 600 درجه سانتی‌گراد،خاک، و مخلوط خاک و بایوچار با مدل ایزوترم لانگمویر مطابقت دارد و مدل لانگمویر تناسب بسیار خوبی با فرایند جذب داشت. از بین تیمارها به ترتیب بایوچار، مخلوط بایوچار و خاک و تیمار خاک دارای حداکثر میزان جذب متیلن بلو با مقادیر 85/27، 953/17 و 272/3 میلی‌گرم بر گرم بوند. بایوچار به دلیل داشتن سطح ویژه بالا، ظرفیت تبادل کاتیونی بالا و وجود گروه‌های عاملی، جذب بالایی از متیلن بلو داشت.
نتیجه‌گیری: به طور کلی نتایج نشان داد که ایزوترم‌های جذب متیلن بلو توسط بایوچار، خاک و مخلوط خاک و بایوچار به صورت L شکل بودند و میل نسبتا بالایی برای جذب وجود داشت. همچنین نتایج بیانگر این امر بود که استفاده از بایوچار در خاک، موجب افزایش ظرفیت جذب خاک شده است، در نتیجه می‌تواند باعث بهبود جذب متیلن بلو در خاک شود.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Adsorption of Methylene Blue Using Biochar, soil and Treated Soil with Biochar from aqueous solutions

نویسندگان [English]

  • Sakineh Nabizadeh 1
  • Fardin Sadegh Zadeh 2
  • bahi jalili 3
  • Mostafa Emadi 4
1 Master of Soil Chemistry, Sari Agricultural Sciences and Natural Resources University.
2 Associate Professor of Soil Science Department, Sari Agricultural Sciences and Natural Resources University.
3 Member of faculty member of Soil sciences Department of Sari University of Agricultural Sciences and Natural Resources
4 Assistant Professor of Soil Science Department, Sari Agricultural Sciences and Natural Resources University.
چکیده [English]

Abstract
Background and objectives: Industrial dyes are one of the largest organic compounds with potential application in different industries. According to their complex aromatic structure and that they are man-made, they are stable compounds and their purification is difficult . Sewage containing dyestuffs causes surface and sub-surface water pollution and also causes soil contamination through irrigation. If these effluents enter the environment without purification, they can impose irreparable damage to the environment. Therefore, it is necessary to reclaim wastewaters and contaminated soil by using effective methods. Among the suitable methods for removing dyes, adsorption is one of the best and most appropriate techniques for dye removal.
Materials and methods: In this study, the effect of rice straw biochar (RSB) which is produced at 600˚C, soil and mixture of soil and biochar on methylene blue adsorption from aqueous environments was investigated. First, rice straw was turned to biochar at 600˚C. Then biochar was mixed with sandy soil which was taken from alluvial plains of Tajan area of Sari, Mazandaran province at ratios 1, 2.5 and 5 (w/w). Methylene blue dye solution was prepared from methylene blue powder, and 40 mL of solution with concentrations of 30-300 mg/L and pH=7 was added to 0.1 g biochar, soil and mixture of soil and biochar and finally, methylene blue sorption isotherms were determined for biochar, soil and mixture of soil and biochar. Experiments were performed in a completely randomized design with three replications.
Results: The results of fitting the data obtained from the Langmuir and Freundlich isotherm model showed that methylene blue adsorption on the RSB produced at 600 ° C, soil and mixture of soil and biochar matches with the Langmuir isotherm model and the langmuir model fitted well with the absorption process. biochar, mixture of biochar and soil and soil treatments had the maximum adsorption capacities with amounts of 27.85, 3.272 and 17.953 mg/g, respectively. Due to biochar high specific surface area, high cation exchange capacity and the presence of functional groups, it had a high adsorption of methylene blue.
Conclusion: In general, the results showed that methylene blue adsorption isotherms by the biochar, soil and mixture of soil and biochar were L-shaped and there was a fairly high desire for absorption. Results also showed that incorporation of biochar to soil enhanced the adsorption capacity of soil, thus it can be concluded that RSB could improve methylene blue adsorption in soil environment.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Wastewater
  • Pollution
  • Rice straw biochar
  • Isotherm
1.Ahmad, M., Rajapaksha, A.U., Lim, J.E., Zhang, M., Bolan, N., Mohan, D., Vithanage, M., Lee, S.S., and Ok, Y.S. 2014. Biochar as a sorbent for contaminant management in soil and water. Chemosphere. 99: 19- 33.
2.Anonymous, 2007. Statistix-8 and User Guide for the Plant Material Program. Version2. United States Department of Agriculture Natural Resources Conservation Service.
3.Baocheng, Q., Jiti, Z., Xuemin, X., Chunli, Z., Hongxia, Z., and Xiaobai, Z. 2008. Adsorption behavior of azo dye C.I. Acid Red 14 in aqueous solution on surface soils. J. Environ. Sci. 20: 6. 704-709.
4.Bouyoucos, G.J. 1962. Hydrometer method improved for making particle size analysis of soils. Agron. J. 54: 5. 464-465.
5.Bower, C.A. 1954. Exchangeable cation analysis of saline and alkali soils. Soil Science. 73: 4. 251-261.
6.Celekli, A., Tanrıverdi, B., and Bozkurt, H. 2012. Lentil straw: A Novel adsorbent for removing of hazardous dye – sorption behavior studies. Clean – Soil, Air, Water. 40: 5. 515-522.
7.Chen, B.L., and Yuan, M.X. 2011. Enhanced sorption of polycyclic aromatic hydrocarbons by soil amended with biochar. J. Soil Sed. 11: 1. 62-71.
8.Cherifi, H., Fatiha, F., and Salah, H. 2013. Kinetic studies on the adsorption of methylene blue onto vegetal fiber activated carbons. Applied Surface Science, 282: 1. 52-59.
9.Deng, H., Lu, J., Li, G., Zhang, G., and Wang, X. 2011. Adsorption of methylene blue on adsorbent materials produced from cotton stalk. Chem. Engin. J. 172: 1. 326-334.
10.Essington, M.E. 2004. Soil and water chemistry: An integrative approach. CRC Press. London, New York, WashingtonD.C. 553p.
11.Fuchs, M., Garcia-Perez, M., Small, P., and Flora, G. 2014. Campfire Lessons- breaking down the combustion process to understand biochar production. The Biochar J. Arbaz, Switzerland. https://www.biochar-journal.org/en/ct/47.
12.IBI. 2015. Standardized product definition and product testing guidelines for biochar that is used in soil. IBI-STD-2.1. http://www.biochar-international. org/characterizationstandard.
13.Kwon, S., and Pignatello, J.J. 2005. Effect of natural organic substances on the surface and adsorptive properties of environmental black carbon (char): pseudo pore blockage by model lipid components and its implications for N-2-probed surface properties of natural sorbents. Environmental Science and Technology, 39: 20. 7932-7939.
14.Laird, D.A., Fleming, P.D., Wang, B., Horton, R., and Karlen, D.L. 2010. Biochar impact on nutrient leaching from a Midwestern agricultural soil. Geoderma 158: 3-4. 436-442.
15.Lei, S., Miyamoto, J., Kanoh, H., Nakahigashi, Y., and Kaneko, K. 2006. Enhancement of the methylene blue adsorption rate for ultramicroporous carbon fiber by addition of mesopores. Carbon. 44: 10. 1884-1890.
16.Mavioglu Ayan, E., Toptas, A., KibrisliogluI, G., Saka Yalcinkaya, E.E., and Yanik, J. 2011. Biosorption of dyes by natural and activated vine stem. Interaction between biosorbent and dye. Clean Soil Air Water. 39: 4. 406-412.
17.McLean, E.O. 1982. Soil pH and lime requirement. In method of soil analysis, Page, A.L. (Ed). Part2. Chimical and Microbiological Properties. 2nd Ed Madison, Wisconsin.
18.Nelson, R.E. 1982. Carbonate and gypsum. In method of soil analysis, Page, A.L., Miller, R.H., and Keeney, D.R. (Ed). Part 2. Chemical and Microbiological Properties. 2nd ed. Madison, Wisconsin. Soil Science Society of American, Pp: 181-197.
19.Nelson, D.W., and Sommers, L.E. 1982. Total carbon, organic carbon and organic matter. In: A.L. Page (ed). Method of soil analysis. Part 2. Chimical and Microbiological Propertir. 2nd ed. Madison, Wisconsin. American Society of Agronomy and Soil Science Society of America. Pp: 539-579.
20.Qiu, Y., Zheng, Z., Zhou, Z., and Sheng, G.D. 2009. Effectiveness and mechanisms of dye adsorption on a straw-based biochar. Bioresource Technology. 100: 21. 5348-5351.
21.Rangabhashiyam, S., Anu, N., and Selvaraju, N. 2013. Sequestration of dye from textile industry wastewater using agricultural waste products as adsorbents. J. Environ. Chem. Engin. 1: 4. 629-641.
22.Singh, B., Singh, B.P., and Cowie, A.L. 2010. Characterisation and evaluation of biochars for their application as a soil amendment. Soil Research. 48: 7. 516-525.
23.Song, W., and Guo, M. 2012. Quality variation of poultry litter biochar generated at different pyrolysis temperatures. J. Anal. Appl. Pyrolysis. 94: 138-145.
24.Sun, L., Wan, S., and Luo, W. 2013. Biochars prepared from anaerobic digestion residue, palm bark and eucalyptus for adsorption of cationic methylene blue dye: characterization, equilibrium, and kinetic studies. Bioresource Technology. 140: 406-413.
25.Tang, J., Zhu, W., Kookana, R., and Katayama, A. 2013. Characteristics of biochar and its application in remediation of contaminated soil. J. Biosci. Bioengin. 116: 6. 653-659.
26.Uchimiya, M., Chang, S., and Klasson, K.T. 2011. Screening biochars for heavy metal retention in soil: role of oxygen functional groups. J. Hazard. Mater. 190: 1-3. 432-441.
27.Xu, R.K., Xiao, Sh., Yuan, Jh., and Zhao, A.Z. 2011. Adsorption of methyl violet from aqueous solutions by the biochars derived from crop residues. Bioresource Technology 102: 22. 10293-10298.
28.Yang, X.B., Ying, G.G., Peng, P.A., Wang, L., Zhao, J.L., Zhang, L.J., Yuan, P., and He, H.P. 2010. Influence of biochars on plant uptake and dissipation of two pesticides in an agricultural soil. J. Agric. Food Chem. 58: 13. 7915-7921.
29.Yao, Y., Gao, B., Zhang, M., Inyang, M., and Zimmerman, A. 2012. Effect of biochar amendment on sorption and leaching of nitrate, ammonium and phosphate in a sandy soil. Chemosphere. 89: 11. 1467-1471.
30.Zameni, L. 2016. Nitrate leaching in a soil amended with biochar and Fe-coated biochar. Thesis for Master’s degree in soil science, Faculty of Agricultural Sciences, Sari Agricultural Sciences and Natural Resources university. (In Persian)