بررسي کارآيي حذف فلزات سنگين سرب و کادميم از محيط‌هاي آبي توسط گياه کهورک (Prosopis farcta)
محسن دهقانی قناتغستانی 1 , نعیم چاکری 2
1 - دانشیار گروه محيط زيست، واحد بندرعباس، دانشگاه آزاد اسلامي، بندرعباس، ايران.
2 - دانش‌آموخته کارشناسی‌ارشد رشته مهندسی محیط زیست- آب و فاضلاب، واحد بندرعباس، دانشگاه آزاد اسلامي، بندرعباس، ايران
الکلمات المفتاحية: تصفیه پساب, جاذب های زیستی, سرب, فلزات سنگين, کادميوم, گياه کهورک.,
ملخص المقالة :
سميت شديد فلزات سنگين حتي در مقادير کم، تمايل آنها به تجمع زيستي، انتقال در زنجيره غذايي و عدم تجزيه زیستی آنها منجر به وضع قوانين سخت‌گيرانه براي تخليه پساب‌هاي صنعتي محتوي فلزات سنگين به محيط زيست و منابع آب شده است. در سال هاي اخير استفاده از جاذب‌هايي با قيمت پایين، جاذب‌هاي معدني، ضايعات صنعتي و کشاورزي و جاذب‌هاي زيستي براي حذف فلزات سنگين از پساب و آب‌هاي آلوده مورد توجه قرار گرفته است. در اين پژوهش از ميوه گياه کهورک (Prosopis farcta) جهت حذف يونهاي فلزات سنگين سرب و کادميم از محلول آبي استفاده شد و تاثير پارامترهاي pH، زمان تماس، مقدار جاذب و غلظت اوليه سرب و كادميوم بر كارآيي حذف آنها مورد بررسي قرار گرفت. نتايج نشان داد pH بهينه براي حذف کادميوم و سرب به‌ترتيب 6 و 7 و زمان تماس بهینه براي هر دو عنصر 60 دقيقه است. بیشینه کارآیی حذف کادميوم توسط جاذب 94/3 درصد و براي سرب 95/4 درصد ميباشد. بررسي ايزوترمهاي جذب نشان داد بهترين مدل تطبيق يافته با دادههاي آزمايش‌هاي تعادلي براي جاذب سنتز شده، مدل لانگمویر است. همچنین نتايج اين پژوهش نشان داد ميوه گياه گهورک توانايي بالايي براي حذف كادميوم و سرب از آب‌هاي آلوده دارد. با توجه به فراواني و قابليت دسترسي به اين گياه، استفاده از آن به‌عنوان يک جاذب زيستي در تصفیه پسابهای صنعتی توصيه ميشود.
رشیدی، ح.، فررخیان، ف.، زلقی، س. و امیرجانی، م. (1400) بررسی و مقایسه بیوجاذب‌های حذف فلزات سنگین کادمیوم، کروم و سرب از فاضلاب صنعتی. محیط زیست و مهندسی آب، (2)7: 366-385.
رضوی، ر. و حسینی، س.ح. (1401) حذف آلایندههای سرب و کادمیم توسط جاذب گیاهی Suaeda aegyptiaca از محیط زیست. شیمی و مهندسی شیمی ایران، (41)3 : 149-154.
رئیسی، م.، همتی، آ.، افروس، ع. و علوی، س.ا. (1397) عملکرد تالاب مصنوعی در حذف کادمیم و سرب از فاضلاب نفتی با گیاه وتیور. نشریه مهندسی شیمی ایران، (101)17: 34-40.
شامحمدي‌حيدري، ز. (1389) حذف سرب از محلول آبي با استفاده از جاذب‌هاي ارزان قيمت. مجله آب و فاضلاب، (75)3: 50-45.
عظيمي، و. پيري‌صحراگرد، ح. کرمي، پ. و صابري، م. (1401) پيش‌بيني پراکنش بالقوه کهورک Prosopis farcta (L.) در مراتع حاشيه رودخانه نياتک سيستان. نشريه مديريت بيابـان، 10(1): 53-66.
مجاب، م.، کهنسال، ا.، حسيني، م.، زماني، غ. و ابراهيمي، ا. (1394) بررسي تاثير روش‌هاي مختلف شکستن خواب بذر و اثرات تنش شوري و خشکي بر خصوصيات جوانه‌زني علف هرز کهورک (Prosopis stephaniana Willd). تنش‌هاي محيطي در علوم زراعي، (1)8: 101-108.
ملکوتيان، م. و هراتي‌نژادتربتي، ا. (1392) بررسي راندمان جذب فلزات سنگين (مس، کادميم و سرب) بر روي برگ گياه زعفران در محلولهاي آبي و تعيين ايزوترمهاي جذب. مجله دانشگاه علوم پزشکي تربت حيدريه، (3)1: 15-23.
ميقاني ف. و غفاري، ر. (1394) بررسي اثر عوامل محيطي بر پتانسيل توليدمثل رويشي علف هرز کهورک (Prosopis farcta)، ششمین همايش علوم علف‌هاي هرز ايران، بیرجند، صفحه 6.
نخعی، م.، مختاری، ح.ر.، وطن‌پور و. و رضایی خ. (1402) کارآیی زئولیت طبیعی در حذف فلزات سنگین سرب، کادمیوم و کبالت با استفاده از ستون جذب بستر ثابت در آبخوان ورامین. نشریه هیدروژئولوژی، (8)1: 93-113.
نعمت‌الهی، ف.، مظفری، ش.، زمانی‌هرگلانی، ف. و زینلی، م. (1397) حذف سرب و کادمیوم از آب توسط نانوذرات مغناطیسی Fe3O4 پوشش‌دارشده به روش سبز. نشریه علوم غذایی و تغذیه، (15)3: 99-106.
یوسفی، ذ.، مشایخ، ص.ع. و محمدپورت. ر.ع. (1391) بررسی کارآیی نیزار مصنوعی هیبریدی در حذف سرب و کادمیوم از پسآب مجتمع پردیس دانشگاه علوم پزشکی مازندران. مجله دانشگاه علوم پزشکی مازندران، (97)22: 258-269.
Albadarin, A.B., Mangwandi, C., Walker, G.M., Allen, S.J., Ahmad, M.N.M. and Khraisheh, M. (2013) Influence of solution chemistry on Cr (VI) reduction and complexation onto date-pits/tea-waste biomaterials. Journal of Environmental Management, 114: 190-201.
Alengebawy, A., Sara, T.A., Sundas, R.Q.I. and Man-Qun, W. (2021) Heavy metals and pesticides toxicity in agricultural soil and plants: Ecological risks and human health implications. Toxics Journal, 9(3): 42-42. Retrieved from https://doi.org/10.3390/toxics9030042.
Anwar, J., Shafique, U., Zaman, W., Salman, M. and Dar, A. (2010) Anwar S., Removal of Pb (II) and Cd (II) from water by adsorption on peels of banana. Bioresource Technology, 101(6): 1752-1755.
AOAC. (1998) The association of analytical communities focuses on method validation and laboratory quality assurance: Official methods of analysis. Gaithersburg, USA, AOAC International.
ASTM (2016) D4638-16, Standard guide for preparation of biological samples for inorganic chemical analysis. West Conshohocken, PA: ASTM International.
Baccar, R., Bouzid, J., Feki, M. and Montiel, A. (2009) Preparation of activated carbon from Tunisian olive-waste cakes and its application for adsorption of heavy metal ions. Journal of Hazardous Materials,162(2-3): 1522-9.
Cheremisinoff, N.P. (2002) Handbook of water and wastewater treatment technologies, Butterworth Heinemann, Technology & Engineering, pp. 78-86.
Duan, C., Ma, T., Wang, J. and Zhou, Y. (2020) Removal of heavy metals from aqueous solution using carbon-based adsorbents: A review. Journal of Water Process Engineering, 37: 101339.
El Yakoubi, N., Ennami, M., Zineb El Ansari, N., Bounab, L., Ait Lhaj, F., El Kbiach, M.L. and El Bouzdoudi, B. (2023) Removal of Cd (II) and Pb (II) from aqueous solution using Ziziphus lotus leaves as a potential biosorbent. Desalination and Water Treatment, 300: 65–74.
Fomina, M. and Gadd, G.M. (2014) Biosorption: Current perspectives on concept, definition and application.
Bioresource Technology, 160: 3-14.
Hamidpour, M., Hosseini, N., Mozafari, V. and Heshmati, M. (2018) Removal of Cd (II) and Pb (II) from aqueous solutions by pistachio hull waste. Revista Internacional de Contaminacion Ambiental, 34(2): 307-316.
López-Mesas, M., Navarrete, E.R., Carrillo, F. and Palet, C. (2011) Bioseparation of Pb (II) and Cd (II) from aqueous solution using cork waste biomass. Modeling and optimization of the parameters of the biosorption step. Chemical Engineering Journal, 174(1): 9-17.
Lu J. (2022) Can the central environmental protection inspection reduce transboundary pollution? Evidence from river water quality data in China. Journal of Cleaner Production, 332(Jan.): 130030. Retrieved from
https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2021.130030/
Martín-Lara, M.A., Blázquez, G., Calero, M., Almendros, A.I. and Ronda, A. (2016) Binary biosorption of copper and lead onto pine cone shell in batch reactors and in fixed bed columns. International Journal of Mineral Processing, 148: 72-82. DOI: 10.1016/j.minpro.2016.01.017/
Moussavi, G. and Barikbin, B. (2010) Biosorption of chromium (VI) from industrial wastewater onto pistachio hull waste biomass. Chemical Engineering Journal, 162(3): 893-900. DOI: 10.1016/j.cej.2010.06.032/
Ȫzer, D., Ȫzer, A. and Dursun, G. (2008) Investigation of zinc (II) adsorption on Cladophora crispata in a two-staged reactor. Journal of Chemical Technology and Biotechnology, 75(5): 410-416.
Saini, S., Jaskaran, K.G., Jagdeep, K., Hridoy Ranjan, S., Navdeep, S., Inderpreet, K. and Jatinder, K.K. (2020) Biosorption as environmentally friendly technique for heavy metal removal from wastewater. In: H. Qadri, R.A. Bhat, M.A. Mehmood, G.H. Dar (Eds.), Fresh Water Pollution Dynamics and Remediation, Singapore: Springer, pp: 167-181. Retrieved from https://doi.org/10.1007/978-981-13-8277-2_10/
Šćiban, M., Klašnja, M. and Škrbić, B. (2008) Adsorption of copper ions from water by modified agricultural by -products. Desalination Journal, 229(1-3), 170-180. DOI: 10.1016/j.desal.2007.08.017/
Ullah, I., Nadeem R., Iqbal M. and Manzoor, Q. (2013) Biosorption of chromium onto native and immobilized
sugarcane bagasse waste biomass. Ecological Engineering, 60: 99-107. DOI: 10.1016/j.ecoleng.2013.07.028/
Wan Ngah, W.S. and Hanafiah, M.A. (2008) Removal of heavy metal ions from wastewater by chemically modified plant wastes as adsorbents: A review. Bioresource Technology, 99(10): 3935-3948.
Zhang, H., Yueru, Z., Ziwei, W. and Ying, L. (2021) Distribution characteristics, bioaccumulation and trophic transfer of heavy metals in the food web of grassland ecosystems. Chemosphere, 278(9): 130407. Retrieved from https://doi.org/10.1016/j.chemosphere, 2021.130407/
مجله تحقیقات منابع طبیعی تجدیدشونده، سال پانزدهم، شماره 2 پاییز و زمستان1403(پیاپی چهل و دو)، ص 27-38، نوع مقاله:علمی پژوهشی/1
بررسي کارآيي حذف فلزات سنگين سرب و کادميم از محيط‌هاي آبي توسط گياه کهورک
(Prosopis farcta)
محسن دهقاني‌قناتغستاني1* و محمدنعيم چاکري2
1) دانشیار گروه محيط زيست، واحد بندرعباس، دانشگاه آزاد اسلامي، بندرعباس، ايران. *رایانامه نویسنده مسئول مکاتبات: dehghani933@gmail.com
2) دانش‌آموخته کارشناسی‌ارشد رشته مهندسی محیط زیست- آب و فاضلاب، واحد بندرعباس، دانشگاه آزاد اسلامي، بندرعباس، ايران.
تاریخ دریافت: 16/03/1403 تاریخ پذیرش: 11/07/1403
چکیده
سميت شديد فلزات سنگين حتي در مقادير کم، تمايل آنها به تجمع زيستي، انتقال در زنجيره غذايي و عدم تجزيه زیستی آنها منجر به وضع قوانين سخت‌گيرانه براي تخليه پساب‌هاي صنعتي محتوي فلزات سنگين به محيط زيست و منابع آب شده است. در سال هاي اخير استفاده از جاذب‌هايي با قيمت پایين، جاذب‌هاي معدني، ضايعات صنعتي و کشاورزي و جاذب‌هاي زيستي براي حذف فلزات سنگين از پساب و آب‌هاي آلوده مورد توجه قرار گرفته است. در اين پژوهش از ميوه گياه کهورک (Prosopis farcta) جهت حذف يونهاي فلزات سنگين سرب و کادميم از محلول آبي استفاده شد و تاثير پارامترهاي pH، زمان تماس، مقدار جاذب و غلظت اوليه سرب و كادميوم بر كارآيي حذف آنها مورد بررسي قرار گرفت. نتايج نشان داد pH بهينه براي حذف کادميوم و سرب به‌ترتيب 6 و 7 و زمان تماس بهینه براي هر دو عنصر 60 دقيقه است. بیشینه کارآیی حذف کادميوم توسط جاذب 3/94 درصد و براي سرب 4/95 درصد ميباشد. بررسي ايزوترمهاي جذب نشان داد بهترين مدل تطبيق يافته با دادههاي آزمايش‌هاي تعادلي براي جاذب سنتز شده، مدل لانگمویر است. همچنین نتايج اين پژوهش نشان داد ميوه گياه گهورک توانايي بالايي براي حذف كادميوم و سرب از آب‌هاي آلوده دارد. با توجه به فراواني و قابليت دسترسي به اين گياه، استفاده از آن به‌عنوان يک جاذب زيستي در تصفیه پسابهای صنعتی توصيه ميشود.
واژه‌های کليدي: تصفیه پساب، جاذب های زیستی، سرب، فلزات سنگين، کادميوم، گياه کهورک.
با توجه به محدوديت منابع آبي کشور، كمبود بارندگي و خطر بحران آب از يک‌سو و افزايش آلودگي آب‌هاي سطحي و زيرزميني به وسيله فلزات سنگين و ساير آلاينده‌هاي حاصل از پساب‌هاي صنعتي از سوي ديگر، يافتن راه‌حل‌هاي قابل‌قبول محيط زيستی جهت حذف اين آلايندهها از منابع آبي ضروري است (et al., 2021 Zhang). گروهی از آلایندهها که در سالهای اخیر به‌‌دلیل افزایش فعالیت‌های صنعتی و افزایش حجم فاضلاب تولیدی ناشی از آن افزایش یافته، فلزات سنگین هستند. این فلزات در دسته آلایندههای درجه اول سمی قرار دارند و ترکیبات درجه اول سمی ترکیباتی هستند که دارای خطرات محیط‌زیستی بوده و برای سلامت انسان مضر هستند (Cheremisinoff, 2002). فلزات سنگين از جمله رايج‌ترين آلاينده‌هايي هستند كه معمولا در غلظتهاي بالا در پساب برخي صنايع يافت ميشوند و موجب آسيب جدي به محيط زيست و به مخاطره افتادن سلامت انسان مي‌گردند (Duan et al., 2020; Alengebawy et al., 2021). فلزات سنگين غيرقابل تجزيه هستند و با توجه به سميت شديد، قابليت تجمع‌پذیری در بافتها و گاها خصوصيات سرطانزایي آنها نه تنها حيات موجودات را به مخاطره مي‌اندازد، بلکه آب‌هاي پذيرنده را جهت مصارف گوناگون از جمله مصارف آشاميدنی و کشاورزي نامطلوب مي‌سازد. سرب و کادميوم جز عمومي‌ترين فلزات سنگين هستند که در فاضلابهاي صنعتي يافت ميشوند (Saini et al., 2020). اين فلزات كه از طريق چرخه غذايي و آب‌هاي آلوده وارد بدن انسان می‌شوند، باعث مسموميت شيميايي و ايجاد آسيب‌هاي كليوي، استخواني و قلبي- عروقي مي‌گردند. اين فلزات حتي در غلظتهاي کم نيز ميتوانند براي موجودات زنده سمي باشند (El Yakoubi et al., 2023).
در حال حاضر روش‌هاي متعددي براي حذف و جداسازي فلزات سنگين از پساب‌هاي صنعتي و آب‌هاي آلوده وجود دارد. از مهم‌ترين اين روش‌ها ميتوان به تعويض يوني، ترسيب شیمیایی، اسمز معكوس، فرآيندهاي غشايي، استخراج با حلال، تکنیک‌های الکتروشیمیایی و جذب اشاره كرد (Moussavi & Barikbin, 2010). بسـیاري از ایـن روش‌هـا اغلب وقت‌گیر و هزینه‌بر بوده و کـارآیی کمـی دارنـد. از ميان اين روش‌ها، فرآيند جذب يک روش كارآمد است كه كاربرد گسترده‌اي در حذف انواع آلايندهها دارد. به همين دليل طي سال‌هاي اخير استفاده از جاذب‌هاي زيستي و گياهان مورد توجه قرار گرفته است. در سال های اخیر، جذب زیستی به یک روش جایگزین امیدوارکننده برای تصفیه فاضلاب تبدیل شده است (El Yakoubi et al., 2023). مزایای استفاده از این روش عبارتند از: ظرفیت جذب بالا، بهرهوری اقتصادی (به ویژه هنگامی که جاذب زیستی بتواند بازیافت شود و فلزات سنگین برای استفاده مجدد مورد استفاده قرار گیرند)، قابلیت استفاده در گستره وسیع تغییرات شرایط عملیاتی و سازگاری بالا با محیط زیست (Wan Ngah & Hanafiah, 2008). آلايش‌زدايي گياهي مجموعه‌اي از فناوري‌ها است که در آن از گياهان براي کاهش، حذف، تجزيه و يا ساکن ساختن عناصر بالقوه سمي بالاخص فلزات سنگین از آب و خاک استفاده ميشود (Fomina & Gadd, 2014).
گياهان و ضايعات ناشي از آنها در ميان بيوجاذب‌ها بيشترين كاربرد را دارند. مزيت‌هاي استفاده از گياهان براي حذف فلزات سنگين شامل هزينه پايين، بازده مناسب و توليد مواد زايد قابل بازيافت است (Šćiban et al., 2008). تحقيقات زيادي براي حذف فلزات سنگين موجود در فاضلاب‌ها و آب‌هاي آلوده به کمک ضايعات کشاورزي، گياهان و جاذب‌هاي زيستي صورت گرفته است که ميتوان به مطالعاتBaccar و همکاران (2009) با استفاده از کربن فعال حاصل از ضايعات زيتون، López-Mesas و همکاران (2011) بر روی ضايعات چوب پنبه، Moussavi & Barikbin (2010) بر روی محصولات جانبي پسته، Ullah و همکاران (2013) با استفاده ضايعات باگاس نيشکر،Albadarin و همکاران (2013) به کمک ضايعات چاي، Martín-Lara و همکاران (2016) پوسته ميوه کاج، ملکوتيان و هراتي‌نژادتربتي (1392) با استفاده از برگ گياه زعفران، Hamidpour و همکاران (2018) با ضايعات پوسته پسته و شامحمدي‌حيدري (1398) توسط پوسته شلتوک، خاک اره و ساقه آفتابگردان اشاره کرد.
گياه کهورک (Prosopis farcta) گياهي اﺳﺖ چند ﺳﺎﻟﻪ و درختچه‌اي از تيره Fabaceae که در ﺧﺎكﻫﺎي ﻣﻨﺎﻃﻖ خشک و نيمه‌خشک ﺑﻪ خوبي رﺷﺪ کرده و ﺑﻪ خشکي ﻣﻘﺎوم اﺳﺖ. گياه فوق براي جلوگيري از حرکت شنهاي روان نيز بسيار موثراست. اين گياه از تيره لگومينوزها در بهار جوانه زده و رشد ميکند (عظيمي و همکاران، 1401). گياه فوق به آب زيادي نياز ندارد و در زمين‌هاي خشک و بي‌آب نیز رشد و نمو زيادي دارد. همچنين اين گياه در برابر شوري نيز مقاومت زياد داشته و در زمين‌هاي شور نيز به‌وفور قابل رويت است (ميقاني و غفاري، 1394). ريشه اين گياه داراي خاصيت رنگرزي است و بيشتر در دباغي و رنگ کردن پوست کاربرد دارد و در گذشته که دامداران منطقه جهت تهيه دوغ از پوست دام‌ها (مشک) استفاده مي‌کردند، ريشه اين گياه را براي رنگرزي (مشک) استفاده مي‌نمودند. ميوه گياه فوق نيز پس از سوزاندن جهت ضدعفوني مشک استفاده ميشود. همچنين میوه این گیاه براي بيماران ديابتي، ادراري- کليوي و ترميم زخم مورد استفاده پزشکي قرار مي‌گيرد (مجاب و همکاران 1394). اين گياه در منطقه سيستان به وفور يافت ميشود و در سيستان به گياه کهورک چغک و به ميوه گياه کهورک مشلگ ميگويند. پژوهش و توسـعه روشهای کارآمد با کم‌ترین هزینه و بیشترین کارآیی در حذف آلایندههای محیط زیســتی مخرب مانند فلزات ســنگین یکی از تلاش‌های کنونی جامعه بشـری اسـت. با توجه به پراکنش این گیاه در بسیاری از استان‌های کشور به‌ویژه در مناطق گرم و خشک و قابلیت دسترسی آسان به این گیاه، پایین بودن هزینه تامین آن و قابلیت بازیافت مجدد به‌عنوان یک جاذب زیستی، بررسي عملکرد ميوه گياه کهورک به‌عنوان جاذب براي حذف كادميوم و سرب از محلولهاي آبي مورد مطالعه قرار گرفته است.
مواد و روش‌ها
تهيه و آماده‌سازي جاذب (ميوه گياه کهورک): در اين مطالعه ابتدا ميوه قرمز رنگ گياه کهورک (Prosopis farcta)، از بخش مرکزي شهرستان هيرمند واقع در استان سيستان و بلوچستان به صورت تصادفي جمع‌آوري شد و تحت شرايط آزمايشگاهي داخل کيسه سلفون به آزمايشگاه انتقال داده شد. سپس در مرحله اول ميوه گياه کهورک با آب مقطر شستشو داده و گل‌ولاي آن پاک و خشک شد. در مرحله دوم دانه ميوه گياه کهورک جدا، خرد، آسياب و بر اساس استاندارد ASTM 40 از دو الک به ترتيب با اندازه مش 100 و 20 ميکرون عبور داده شد. سپس نمونه‌ها در آون و در دماي 105 درجه سلسیوس به مدت 24 ساعت نگهداري و خشک گردید، در مرحله بعد هضم اسيدي نمونه‌ها با استفاده از اسيدپرکلريک يک نرمال صورت گرفت (ASTM, 2016).
آماده‌سازي محلولهاي سرب و کادميوم: محلولهاي ساخته شده با غلظتهاي 1، 10، 20، 30، 40 و50 میلیگرم در لیتر از يونهاي سرب و كادميوم با استفاده از محلولهاي خالص نيترات‌سرب و نيترات کادميوم ساخت شرکت مرک1 آلمان با غلظت 1000 پیپیام تهيه گرديد (AOAC, 1998).
بهينه‌سازي شرايط جذب و آناليز دادهها: در ادامه بر اساس مطالعات مشابه و تجربیات گذشته اثر شرايط متفاوت مانند غلظت ماده جاذب (ميوه گياه کهورک) با مقادير 1، 5، 10، 15، 20 و 50 ميلي‌گرم در ليتر، تغييرات pH (3، 4، 5، 6، 7، 8 و 9) و زمان تماس (5، 15، 30، 60، 90 و 120 دقيقه) در جذب غلظت اوليه فلزات سرب و کادميوم در غلظتهای 1، 10، 20، 30، 40 و 50 میلیگرم در لیتر اندازه‌گیری شد. جهت اختلاط و تماس مناسب محلولهاي سرب و کادميوم توسط جاذب، از همزنDomel با شدت اختلاط 120 دور در دقيقه و در دماي ثابت 25 درجه سلسیوس استفاده شد (Ullah et al., 2013). براي تنظيم pH در مدت زمان انجام آزمايش توسط pH متر Horiba، از محلولهاي اسيدنيتريک و سود يک نرمال استفاده شد. به‌منظور جداسازي ذرات جاذب از محلولهاي آبي سرب و کادميوم در pHها و زمان‌هاي مختلف واکنش از فيلتر 2/0 ميکرون استفاده گرديد. در اين مطالعه مقادير باقي‌مانده فلزات کادميوم و سرب در نمونه‌هاي آزمايش شده با استفاده از دستگاه جذب اتمي Agilent در طول‌موج‌هاي 8/288 و 31/283 نانومتر و در شرايط استاندارد مورد اندازه‌گيري قرار گرفت (ASTM, 2016; AOAC, 1998). کارآیی حذف و ظرفيت جذب سرب و کادميوم با استفاده از رابطههای (1) و (2) محاسبه گرديد.
رابطه (1) % removal = [C0 – Cf/ C0] × 100
رابطه (2) qe=(C0-Ce )V/m
در اين روابط C0 و Cf به‌ترتيب غلظتهاي اوليه و نهايي سرب و کادميوم برحسب ميلي‌گرم در ليتر ميباشد. همچنين qe ظرفيت جذب برحسب ميلي‌گرم بر گرم،V حجم محلول بر حسب ليتر وW وزن خشک بر حسب گرم است. ايزوترمهاي جذب تمامي آزمايش‌ها در مقياس آزمايشگاهي2 با تغيير فاکتورهاي pH، زمان تماس، غلظت اوليه فلزات سنگين سرب و كادميوم و دوز ماده جاذب (ميوه گياه کهورک) محاسبه شد. دادههاي حاصله در قالب طرح کاملا تصادفي در سه تکرار با استفاده از نرم‌افزار آماري SPSS تجزيه و تحليل و مقايسه ميانگين‌ها توسط آزمون دانکن در سطح معني‌داري 01/0 انجام شد.
همان‌طور که در شکل (1) نشان داده شده است در شرايط اوليه آزمايش (pH برابر با 7، مقدار ماده جاذب 20 ميلي‌گرم در ليتر، زمان تماس 30 دقيقه، سرعت هم‌زدن 120 دور در دقيقه، حجم محلول 20 ميلي‌ليتر، دما 25 درجه سلسیوس)، با افزايش غلظت اوليه سرب و کادميوم تا 20 ميلي‌گرم در ليتر، درصد حذف افزايش يافته است. کارآیی حذف در غلظت 20 ميلي‌گرم در ليتر برای سرب 6/84 درصد و در مورد کادميوم 5/82 درصد اندازه‌گيري شد. در غلظتهاي پايين فلزات سنگين، سطح ويژه و مکان‌هاي جذب جاذب بيشتر بود و يونهاي سرب و کادميوم قادر بودند با موقعيت‌هاي جذب موجود بر سطح جاذب بر هم کنش داشته باشند، بنابراین درصد حذف بيشتر است و با افزايش غلظت اوليه سرب و کادميوم، به‌دليل اشباع شدن مکان‌هاي جذبي توسط ماده جذب شونده، درصد حذف کاهش مي‌يابد.
اثر مقدار ماده جاذب بر ميزان حذف فلزات سنگين سرب و کادميوم نشان داد بيشينه کارآیی حذف در مورد هر دو فلز در 15 ميلي‌گرم در ليتر از جاذب حاصل شده است. ميزان جذب فلز کادميوم در غلظت 1 ميلي‌گرم در ليتر جاذب 1/52 درصد و براي سرب 2/61 درصد اندازه‌گيري شد. اين مقدار تا نقطه بهينه (15 ميلي‌گرم در ليتر) افزايش داشت و براي دو فلز سرب و کادمیوم به‌ترتيب به 2/90 و 4/90 درصد رسید (شکل 2).
روشن است كه با افزايش مقدار جاذب تعداد جايگاههاي جذب قابل‌دسترس افزايش مي‌يابد، لذا كارآيي جذب بيشتر ميشود. بنابراين با توجه به ثابت بودن غلظت اوليه سرب و كادميوم، درصد حذف افزايش يافته است اما ظرفيت جذب يعني مقدار سرب و كادميوم جذب شده به ازاي واحد جرم جاذب كاهش مي‌يابد.
به‌منظور بررسي اثر زمان تماس بر ميزان حذف فلزات سنگين، 20 ميلي‌ليتر از محلول سرب و كادميوم به صورت جداگانه با غلظت بهينه 20 ميلي‌گرم در ليتر با pH برابر 6 در حضور 15 ميلي‌گرم در ليتر از جاذب در زمان‌هاي 5، 15، 30، 60، 90 و 120 دقيقه آزمايش شد. همان‌گونه كه در شکل (3) مشاهده ميشود با افزايش زمان تماس سرعت جذب افزايش خواهد داشت. زمان بهينه براي هر دو فلز 60 دقيقه و ميزان کارآیی حذف براي کادميوم 0/92 و براي سرب 4/92 درصد اندازه‌گیری شد. پس از زمان 60 دقيقه درصد حذف تقريبا ثابت ماند و در این زمان يک تعادل بين فاز جامد و محلول مورد مطالعه به‌وجود آمد.
[1] 1. Merck
[2] 1. Bench scale
اثر pH محلول آبي بر روي كارآيي جاذب در شرايط بهينه نشان داد کارآیی حذف در pH 6 براي کادميوم و 7 براي سرب به بیشترین مقدار رسیده است. اين مقدار براي يونهاي کادميوم و سرب به‌ترتيب 3/94 و 4/95 درصد است (شکل 4). در pH بالاتر از 7، گونه‌هاي غالب سرب و كادميوم به‌ترتيب به صورت Pb(OH)2، Cd(OH)2 و در pH پايين‌تر گونه‌هاي غالب سرب و كادميوم به‌ترتيب به صورت Pb2+، Pb(OH)+ و Cd2+، Cd(OH)+ است. همچنين رقابتي بين يونهاي H+ موجود در محيط و يونهاي Pb2+ و Cd2+ براي جذب شدن بر روي جاذب وجود دارد و باعث كاهش مقادير جذب مي‌گردد (El Yakoubi et al., 2023).
پارامترهاي جذب لانگموير1 و فروندليچ2 به‌دست آمده از ايزوترم‌ها و همچنين ضرايب همبستگي در جدول (1) نشان داده شده است. نتایج نشان داد مدل لانگموير، با مقدار r2 نزديک به 1، بهترين تناسب دادههاي تجربي را ايجاد می‌کند. اين نتيجه نشان داد Cd(II) و Pb(II) به‌طور همگن روي سطح تک لايه‌اي جاذب گیاه کهورک جذب ميشوند.
با توجه به دادههاي تجربي، ظرفيت جاذب با افزايش غلظت يوني و تا غلظت 20 ميلي‌گرم در ليتر در محيط واکنش افزايش مي‌يابد. نيروهاي محرکه قوي براي جريان جرمي مي‌تواند دلایل تمايل به افزايش ظرفيت جذب با افزايش غلظت يونهاي فلزي باشد (El Yakoubi et al., 2023). غلظت بالاي يونهاي سرب و کادمیوم به اين معني است که مقدار زيادي از اين يون‌ها در سطح جاذب زيستي میوه گیاه کهورک جذب ميشوند. بنابراين، غلظت اوليه فلز ظرفيت جذب زيستي را تعيين ميکند. ايزوترمهاي بيوجذب تجربي به‌دست آمده با مدل‌هاي ايزوترم جذب زيستي مقايسه و نتایج آن در شکل‌های (5) و (6) ارایه شده است. با توجه به طبقه‌بندي Giles، فرم ايزوترم واکنش‌های جذب از نوع L است. به‌طور کلي اين نوع ايزوترم از ويژگي‌هاي جذب و رقابت بين ماده جاذب و مولکول‌هاي تشکيل‌دهنده جذب‌شونده است (López-Mesas et al., 2011).
[1] 1. Langmuir
[2] 2. Freundlich
جدول 1. پارامترهاي سينتيکي جذب کادميوم (II) و سرب (II) توسط ميوه گياه کهورک
فلز | مدل سينتيک شبه درجه اول | مدل سينتيک شبه درجه دوم | ||||
qe (mg/g) | K1 (min-1) | r2 | qe (mg/g) | K1 (min-1) | r2 | |
کادميوم | 35482/25 | 075872/0 | 09757/0 | 35659/35 | 00254/0 | 98329/0 |
سرب | 64571/41 | 076364/0 | 98427/0 | 54216/41 | 00169/0 | 98721/0 |
شکل 5. ايزوترمهاي لانگموير و فروندليخ جذبCd(II) توسط ميوه گياه کهورک (دوز جاذب زيستي 15 ميلي‌گرم در ليتر، اندازه ذرات 20< ميکرومتر، 6pH = ، دما 25 درجه سلسیوس و زمان تماس 60 دقيقه)
شکل 6. ايزوترمهاي لانگموير و فروندليخ جذبPb (II) توسط ميوه گياه کهورک (دوز جاذب زيستي 15 ميلي‌گرم در ليتر، اندازه ذرات 20< ميکرومتر، 7pH = ، دما 25 درجه سلسیوس و زمان تماس 60 دقيقه)
شکل (7) نمودار (ln(qe/Ce در مقابل T/1 در غلظت 100 میلیگرم بر لیتر عناصر برای ميوه گياه کهورک را نشان می‌دهد که در آن تغییرات آنتالپی (H∆) و آنتروپی (S∆) به‌ترتیب شیب خط و عرض از مبدا منحنی هستند. داده‌های ترمودینامیکی جذب عناصر توسط ميوه گياه کهورک نیز در جدول (2) ارایه شده است. مقادیر مثبت H∆ برای کادمیم و سرب به‌ترتیب 21/0 و 30/0 کیلوژول بر مول نشان‌دهنده گرماگیر بودن فرآیند جذب عناصر توسط جاذب می‌باشد. مقادیر ΔH و ΔS مثبت نیز توسط Anwar و همکاران (2010) و El Yakoubi و همکاران (2023) برای جذب کادمیم و سرب توسط سنبله آبی به‌دست آمد. همچنین تغییرات آنتالپی بالا، نشان‌دهنده حساس بودن فرآیند جذب به دما بود و تغییرات آنتالپی کم بدین معنی بود که فرآیند جذب نسبت به دما حساس نمی‌باشد. همچنین مقادیر منفی انرژی آزاد گیبس واکنش نشان داد که واکنش جذب عناصر کادمیم و سرب توسط ميوه گياه کهورک به صورت خودبه‌خودی صورت گرفته است (Hamidpour et al., 2018).
|
|
شکل 7. نمودار Ln Kدر مقابل دما عناصر برای ميوه گياه کهورک
جدول 2. پارامترهای ترمودینامیکی جذب عناصر توسط ميوه گياه کهورک
عنصر | ∆H | ∆S | ∆G (kJ mol-1) | ||||
(kJ mol-1) | (kJ mol-1K-1) | 10 | 20 | 30 | 40 | 50 | |
کادمیوم | 21/0 | 002/0 | 15- | 16- | 17- | 18- | 19- |
سرب | 30/0 | 002/0 | 16- | 18- | 19- | 20- | 21- |
بحث و نتيجه‌گيري
نتایج این مطالعه نشان داد درصد حذف سرب و کادميوم در مقدار 15 ميلي‌گرم در ليتر جاذب به‌ترتیب به 2/90 درصد و 4/90 درصد مي‌رسد و با افزایش غلظت جاذب این مقدار کاهش مي‌يابد. بنابراين نتيجه گرفته می‌شود با افزايش دوز جاذب سطح جاذب متراکم و فشرده شده و باعث کاهش ظرفيت جذب سرب و کادميوم بر روي جاذب ميشود. در غلظت ثابت اوليه يک تعادل بين واجذبي جذب سطحي به‌دست می‌آید و درصد جذب سطحي ثابت باقي مي‌ماند. نتـایج بـه‌دسـت آمده با پژوهش‌هاي پیشین مطابقت دارد (Ȫzer et al., 2008).
علت افزايش ظرفيت جذب در غلظتهاي پايين جذب شونده به‌دليل افزايش برتري نيروي انتقال جرم بر نيروي مقاومت‌کننده در برابر جذب است که باعث رانش آلاينده‌های سرب و کادمیوم از فاز محلول به سطح مشترک جاذب شده و منجر به افزايش ظرفيت جذب ميشود. كاهش ظرفيت جذب نيز در اثر اشباع نشدن جايگاههاي فعال جاذب و به‌وجود آمدن نيروي دافعه الكتريكي بين ذرات جاذب است كه باعث ميشود كل جايگاههاي فعال جاذب در دسترس جذب‌شوندهها قرار نگيرد و با افزايش مقدار جاذب در فرآيند، جذب ناپيوسته بيشتر ديده شود (Saini et al., 2020؛ ملکوتيان و هراتي‌نژادتربتي، 1392).
با افزايش زمان تماس به‌دليل افزايش برخورد مولکول‌هاي سرب و کادميوم با سطح جاذب، جذب سطحي بيشتر خواهد شد، بنابراین ظرفيت جذب و بازده حذف سرب و کادميوم توسط جاذب با زمان تماس رابطه مستقيم دارد. زمان تعادل جذب سرب و کادميوم توسط جاذب ميوه گياه گهورک 60 دقيقه ميباشد و در زمان تماس بيشتر از 60 دقيقه باعث جدا شدن ماده جذب‌شونده از جاذب مورد نظر ميشود. مطالعات Baccar و همکاران (2009) و Duan و همکاران (2020) نیز نشان داد در طي فرآيند جذب، سطح جاذب توسط مولکول‌هاي جذب شده مسدود و پس از مدت زماني اشباع ميشود. وقتي اين اتفاق مي‌افتد جاذب نمي‌تواند مولکول‌هاي سرب و کادميوم بيشتري را جذب نمايد. معمولا ﻣﻘﺪار ﻣﺎده جذب‌شده در واﺣﺪ جرم جاذب را ﺑﻪﺻﻮرت تابعي از ﻏﻠﻈﺖ تعدادي جز ﺟﺬبﺷﻮﻧﺪه در فاز ﻣﺤﻠﻮل و در دﻣﺎيي ﺛﺎﺑﺖ بيان مي‌کنند و ﺑﻪ همين ﺧﺎﻃﺮ ﺑﻪ آن ايزوترم ﺟﺬب سطحي ميگويند. مدل‌هاي جذب سطحي مي‌تواند ﺑﺮاي تعيين همبستگي دادههاي تجربي ﻣﺸﺎﻫﺪهﺷﺪه و تعيين پارامترهاي مدل، به‌کار روﻧﺪ (Martín-Lara et al., 2016؛ رشیدی و همکاران، 1400).
با افزايش pH اوليه محلول درصد جذب فلزات افزايش مي‌يابد، به‌طوري‌که در مورد کادميم 6 pH= بيشترين ميزان جذب و در مورد سرب 7 pH= بيشترين ميزان جذب را داشته است. نکته قابل توجه اين است که با افزايش pH نقش پديده رسوب‌دهي نيز در حذف فلزات تاثيرگذار است. افزايش نسبتا سريع در بازده جذب را ميتوان ناشي از دو عوامل دانست: الف) در pH کم، مقادير يون H+ موجود در محلول که براي جذب سطحي با يون مثبت سرب و کادميم رقابت مي‌کنند به اندازه کافي وجود دارند. ب) براي هر يون فلزي قابل هيدروليز، يک دامنه pH بحراني جايي که بازده جذب فلز از مقداري خيلي کم به يک مقدار بیشینه مي‌رسد، وجود دارد. به اين مقدار، آستانه جذب سطحي گفته ميشود (Duan et al., 2020). در این مطالعه دادههاي جذب بيشتر از معادله لانگمير پيروي مي‌کنند تا از معادله فروندليچ و با نتایج رضوی و حسینی (1401)، Anwarو همکاران (2010) López-Mesas و همكاران (2011) تطابق دارد.
بررسی کارآیی ميوه گياه کهورک در حذف سرب و کادمیوم با سایر جاذبها نشان داد این جاذب در مقایسه با نیزار مصنوعی هیبریدی با توجه به مطالعات یوسفی و همکاران (1391)، گیاه وتیور با توجه به مطالعات رئیسی و همکاران (1397) و زئولیت طبیعی با توجه به تحقیقات نخعی و همکاران (1402) کارآیی بیشتری دارد، درحالی‌که نعمت‌الهی و همکاران (1397) نشان دادند نانوذرات Fe3O4 با جذب 7/98 درصد کادمیوم و 5/97 درصد سرب کارآیی بیشتری نسبت به میوه گیاه کهورک دارد.
اخیرا مواد زیستی به‌عنوان ابـزاري ساده، موثر و مقرون به‌صرفه براي تصفیه فاضـلاب‌هـا، توجه زیادي را به خود جلب کرده‌اند. نتايج اين مطالعه ثابت کرد بيوجاذب ميوه گياه کهورک قابلیت لازم براي جذب فلزات سنگين سرب و کادميوم از منابع آب را دارد. ميوه گياه کهورک داراي ظاهري متخلخل و تعداد زيادي حفرات ريز است و بر اين اساس سطح در دسترس بسيار زيادي براي جذب سطحي با عناصر شيميايي فراهم ميآورد. با در نظر گرفتن موارد گفته شده، ميتوان گفت گياه فوق توانايي زيادي در حذف فلزات سنگين و کاربردهاي مرتبط با جذب سطحي فراهم مي‌سازد. بنابراین ميوه گياه کهورک توانایی تبـدیل شـدن به یک فنـاوري کارآمـد، پـاك و ارزان قیمـت در سیسـتم تصـفیه را دارا است، زیرا در مقایسه با دیگر جاذب‌هاي متداول ظرفیت جـذب بیشـتري دارد و بـا هزینه‌اي بسیار کـم قابل دسترس بوده، بازیـابی مـی‌شـود و همچنـین دوسـت‌دار محـیط زیست است.
منابع
رشیدی، ح.، فررخیان، ف.، زلقی، س. و امیرجانی، م. (1400) بررسی و مقایسه بیوجاذب‌های حذف فلزات سنگین کادمیوم، کروم و سرب از فاضلاب صنعتی. محیط زیست و مهندسی آب، (2)7: 366-385.
رضوی، ر. و حسینی، س.ح. (1401) حذف آلایندههای سرب و کادمیم توسط جاذب گیاهی Suaeda aegyptiaca از محیط زیست. شیمی و مهندسی شیمی ایران، (41)3 : 149-154.
رئیسی، م.، همتی، آ.، افروس، ع. و علوی، س.ا. (1397) عملکرد تالاب مصنوعی در حذف کادمیم و سرب از فاضلاب نفتی با گیاه وتیور. نشریه مهندسی شیمی ایران، (101)17: 34-40.
شامحمدي‌حيدري، ز. (1389) حذف سرب از محلول آبي با استفاده از جاذب‌هاي ارزان قيمت. مجله آب و فاضلاب، (75)3: 50-45.
عظيمي، و. پيري‌صحراگرد، ح. کرمي، پ. و صابري، م. (1401) پيش‌بيني پراکنش بالقوه کهورک Prosopis farcta (L.) در مراتع حاشيه رودخانه نياتک سيستان. نشريه مديريت بيابـان، 10(1): 53-66.
مجاب، م.، کهنسال، ا.، حسيني، م.، زماني، غ. و ابراهيمي، ا. (1394) بررسي تاثير روش‌هاي مختلف شکستن خواب بذر و اثرات تنش شوري و خشکي بر خصوصيات جوانه‌زني علف هرز کهورک (Prosopis stephaniana Willd). تنش‌هاي محيطي در علوم زراعي، (1)8: 101-108.
ملکوتيان، م. و هراتي‌نژادتربتي، ا. (1392) بررسي راندمان جذب فلزات سنگين (مس، کادميم و سرب) بر روي برگ گياه زعفران در محلولهاي آبي و تعيين ايزوترمهاي جذب. مجله دانشگاه علوم پزشکي تربت حيدريه، (3)1: 15-23.
ميقاني ف. و غفاري، ر. (1394) بررسي اثر عوامل محيطي بر پتانسيل توليدمثل رويشي علف هرز کهورک (Prosopis farcta)، ششمین همايش علوم علف‌هاي هرز ايران، بیرجند، صفحه 6.
نخعی، م.، مختاری، ح.ر.، وطن‌پور و. و رضایی خ. (1402) کارآیی زئولیت طبیعی در حذف فلزات سنگین سرب، کادمیوم و کبالت با استفاده از ستون جذب بستر ثابت در آبخوان ورامین. نشریه هیدروژئولوژی، (8)1: 93-113.
نعمت‌الهی، ف.، مظفری، ش.، زمانی‌هرگلانی، ف. و زینلی، م. (1397) حذف سرب و کادمیوم از آب توسط نانوذرات مغناطیسی Fe3O4 پوشش‌دارشده به روش سبز. نشریه علوم غذایی و تغذیه، (15)3: 99-106.
یوسفی، ذ.، مشایخ، ص.ع. و محمدپورت. ر.ع. (1391) بررسی کارآیی نیزار مصنوعی هیبریدی در حذف سرب و کادمیوم از پسآب مجتمع پردیس دانشگاه علوم پزشکی مازندران. مجله دانشگاه علوم پزشکی مازندران، (97)22: 258-269.
Albadarin, A.B., Mangwandi, C., Walker, G.M., Allen, S.J., Ahmad, M.N.M. and Khraisheh, M. (2013) Influence of solution chemistry on Cr (VI) reduction and complexation onto date-pits/tea-waste biomaterials. Journal of Environmental Management, 114: 190-201.
Alengebawy, A., Sara, T.A., Sundas, R.Q.I. and Man-Qun, W. (2021) Heavy metals and pesticides toxicity in agricultural soil and plants: Ecological risks and human health implications. Toxics Journal, 9(3): 42-42. Retrieved from https://doi.org/10.3390/toxics9030042.
Anwar, J., Shafique, U., Zaman, W., Salman, M. and Dar, A. (2010) Anwar S., Removal of Pb (II) and Cd (II) from water by adsorption on peels of banana. Bioresource Technology, 101(6): 1752-1755.
AOAC. (1998) The association of analytical communities focuses on method validation and laboratory quality assurance: Official methods of analysis. Gaithersburg, USA, AOAC International.
ASTM (2016) D4638-16, Standard guide for preparation of biological samples for inorganic chemical analysis. West Conshohocken, PA: ASTM International.
Baccar, R., Bouzid, J., Feki, M. and Montiel, A. (2009) Preparation of activated carbon from Tunisian olive-waste cakes and its application for adsorption of heavy metal ions. Journal of Hazardous Materials,162(2-3): 1522-9.
Cheremisinoff, N.P. (2002) Handbook of water and wastewater treatment technologies, Butterworth Heinemann, Technology & Engineering, pp. 78-86.
Duan, C., Ma, T., Wang, J. and Zhou, Y. (2020) Removal of heavy metals from aqueous solution using carbon-based adsorbents: A review. Journal of Water Process Engineering, 37: 101339.
El Yakoubi, N., Ennami, M., Zineb El Ansari, N., Bounab, L., Ait Lhaj, F., El Kbiach, M.L. and El Bouzdoudi, B. (2023) Removal of Cd (II) and Pb (II) from aqueous solution using Ziziphus lotus leaves as a potential biosorbent. Desalination and Water Treatment, 300: 65–74.
Fomina, M. and Gadd, G.M. (2014) Biosorption: Current perspectives on concept, definition and application.
Bioresource Technology, 160: 3-14.
Hamidpour, M., Hosseini, N., Mozafari, V. and Heshmati, M. (2018) Removal of Cd (II) and Pb (II) from aqueous solutions by pistachio hull waste. Revista Internacional de Contaminacion Ambiental, 34(2): 307-316.
López-Mesas, M., Navarrete, E.R., Carrillo, F. and Palet, C. (2011) Bioseparation of Pb (II) and Cd (II) from aqueous solution using cork waste biomass. Modeling and optimization of the parameters of the biosorption step. Chemical Engineering Journal, 174(1): 9-17.
Lu J. (2022) Can the central environmental protection inspection reduce transboundary pollution? Evidence from river water quality data in China. Journal of Cleaner Production, 332(Jan.): 130030. Retrieved from
https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2021.130030/
Martín-Lara, M.A., Blázquez, G., Calero, M., Almendros, A.I. and Ronda, A. (2016) Binary biosorption of copper and lead onto pine cone shell in batch reactors and in fixed bed columns. International Journal of Mineral Processing, 148: 72-82. DOI: 10.1016/j.minpro.2016.01.017/
Moussavi, G. and Barikbin, B. (2010) Biosorption of chromium (VI) from industrial wastewater onto pistachio hull waste biomass. Chemical Engineering Journal, 162(3): 893-900. DOI: 10.1016/j.cej.2010.06.032/
Ȫzer, D., Ȫzer, A. and Dursun, G. (2008) Investigation of zinc (II) adsorption on Cladophora crispata in a two-staged reactor. Journal of Chemical Technology and Biotechnology, 75(5): 410-416.
Saini, S., Jaskaran, K.G., Jagdeep, K., Hridoy Ranjan, S., Navdeep, S., Inderpreet, K. and Jatinder, K.K. (2020) Biosorption as environmentally friendly technique for heavy metal removal from wastewater. In: H. Qadri, R.A. Bhat, M.A. Mehmood, G.H. Dar (Eds.), Fresh Water Pollution Dynamics and Remediation, Singapore: Springer, pp: 167-181. Retrieved from https://doi.org/10.1007/978-981-13-8277-2_10/
Šćiban, M., Klašnja, M. and Škrbić, B. (2008) Adsorption of copper ions from water by modified agricultural by -products. Desalination Journal, 229(1-3), 170-180. DOI: 10.1016/j.desal.2007.08.017/
Ullah, I., Nadeem R., Iqbal M. and Manzoor, Q. (2013) Biosorption of chromium onto native and immobilized
sugarcane bagasse waste biomass. Ecological Engineering, 60: 99-107. DOI: 10.1016/j.ecoleng.2013.07.028/
Wan Ngah, W.S. and Hanafiah, M.A. (2008) Removal of heavy metal ions from wastewater by chemically modified plant wastes as adsorbents: A review. Bioresource Technology, 99(10): 3935-3948.
Zhang, H., Yueru, Z., Ziwei, W. and Ying, L. (2021) Distribution characteristics, bioaccumulation and trophic transfer of heavy metals in the food web of grassland ecosystems. Chemosphere, 278(9): 130407. Retrieved from https://doi.org/10.1016/j.chemosphere, 2021.130407/
Investigating removal efficiency of heavy metals such as lead and cadmium from aqueous solution using Prosopis farcta
Mohsen Dehghani Ghanatghestani1* and Mohamad Naeim Chakeri2
1) Associate Professor, Department of Environment, Bandar Abbas Branch, Islamic Azad Univercity, Bandar Abbas, Iran. *Corresponding Author Email Address: dehghani933@gmail.com
2) M.Sc. Graduated in Environmental Engineering-Water and Wastewater, Bandar Abbas Branch, Islamic Azad Univercity, Bandar Abbas, Iran.
Date of Submission: 2024/06/05 Date of Acceptance: 2024/10/02
Abstract
The acute toxicity of heavy metals even in small amounts, their tendency to bioaccumulate, transport in the food chain, and their non-biodegradabilit, it has led to the adoption of strict laws for the discharge of industrial effluents containing heavy metals into the environment and water sources. In recent years, the use of low-cost adsorbents, mineral adsorbents, industrial and agricultural wastes, and biological adsorbents has been considered for the removal of heavy metals from wastewater and polluted waters. In this research, the Prosopis farcta fruit has been used to remove heavy metal ions of lead and cadmium from aqueous solution. The effect of pH parameters, contact time, amount of adsorbent and initial concentration of heavy metals on the efficiency of removing lead and cadmium from aqueous solution was also investigated. The results showed that the optimal pH for removing cadmium and lead is 6 and 7, respectively and the contact time for both elements was 60 minutes. The maximum removal efficiency by the adsorbent is 94.3% for cadmium and 95.4% for lead. The study of adsorption isotherms showed that the Langmuir model is the best model adapted to the data of equilibrium experiments for the synthesized adsorbent. The results of this research showed that the Prosopis farcta fruit has a high ability to remove cadmium and lead from polluted water, and according to its abundance and accessibility, it is recommended to use it as a biosorbent in the treatment of industrial wastewater.
Keywords: Bioadsorbent, Cadmium, Heavy metals, Lead, Prosopis farcta, Wastewater treatment.
