جذب سطحی آلاینده¬های فلزی سرب و کبالت از محلول¬های آبی با استفاده از نانوذرات گرافیت و بررسی واکنش¬های تعادلی و سینتیکی
محورهای موضوعی : آب و محیط زیست
بهنام فدایی
1
,
اصغر عزیزی
2
,
کیومرث سیف پناهی
3
1 - کارشناسی ارشد فرآوری مواد معدنی از دانشکده معدن دانشگاه صنعتی شاهرود، شاهرود، ایران
2 - دانشیار، دانشکده مهندسی معدن، نفت و ژئوفیزیک، دانشگاه صنعتی شاهرود، شاهرود، ایران
3 - دانشیار، دانشکده مهندسی معدن، نفت و ژئوفیزیک، دانشگاه صنعتی شاهرود، شاهرود، ایران
کلید واژه: نانوذرات گرافیت, فرآیند جذب سطحی, سرب, کبالت, ایزوترم و سینیتیک.,
چکیده مقاله :
زمینه و هدف: آب کافی و با کیفیت مطلوب برای ادامه حیات بشر ضروری است. کمبود آب و آلودگی آن به فلزات سنگین یکی از
مهمترین مسائل زیست محیطی جهان امروزی است و بنابراین حذف آن ها از محیطهای آبی ضروری است.
روش بررسی: روشهای مختلفی برای حذف فلزات سنگین از قبیل سرب و کبالت از محلولهای آبی توسعه یافتهاند که در میان آنها، جذب سطحی شناخته شدهتر و کارآمدتر است. در این پژوهش از گرافیت خام به عنوان نانوجاذب برای حذف یونهای فلزهای سنگین سرب و کبالت از محلولهای آبی استفاده شد. فاکتورهای مؤثر بر فرآیند جذب سطحی شامل pH، غلظت اولیه، دما و مقدار نانوجاذب مورد بررسی قرار گرفت.
یافته ها: نتایج نشان داد که میزان درصد حذف یونهای فلزی با افزایش مقدار آلاینده، کاهش مییابد. برای فلز سرب کاهش دما باعث افزایش راندمان و برای کبالت و حالت دوتایی افزایش دما باعث افزایش راندمان جذب میشود. مقدار بهینه pH برای فلز سرب 5/5، برای فلز کبالت 5 و برای حالت دوتایی 6 بدست آمد. فرآیند جذب از نظر تعادلی و سینیتیکی مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان داد که فرآیند جذب هر دو فلز از دیدگاه تعادلی از مدل لانگمویر و از نظر سینتیک جذب سطحی از مدل شبه مرتبه دوم پیروی میکند.
بحث و نتیجه گیری: دستاوردهای حاصل از این پژوهش نشان داد که با استفاده از نانوجاذب گرافیت میتوان حدود 99 درصد از
آلایندههای سرب و کبالت را از محلولهای آبی حذف نمود.
Background and Objective: Enough water with proper quality is necessary for life. One of the most serious environmental problems of today’s world is water scarcity and water supply pollution with heavy metals and it is therefore essential to remove them from the environments.
Method: Different methods were developed to remove heavy metals such as lead and cobalt from aqueous solutions that among these methods, adsorption is a well-known and good technique for removal of pollutants. In this study, the raw graphite was used as nanoadsorbent for removal of heavy metal ions of lead and cobalt from aqueous solutions. Factors influencing the adsorption process, including pH, initial concentration, temperature and the value of nanoadsorbent were investigated.
Results: The findings showed that the removal rate of metal ions reduced with increasing the amount of pollution. It was found that the adsorption rate of lead increased by decrease in temperature, whereas for cobalt and binary system adsorption efficiency increased by increase in temperature. The optimum solution pH for adsorption of lead, cobalt and binary system from aqueous solutions achieved to be 5.5, 5 and 6, respectively. Additionally, the adsorption process was investigated in terms of isotherm and kinetics. The results demonstrated that the adsorption process of both metals from the equilibrium point of view followed the Langmuir model and from the sorption kinetics point of view controlled by pseudo-second-order equation.
Conclusion: The results showed that using graphite nanoadsorbent about 99% of lead and cobalt contaminants could be removed from aqueous solutions.
Ali, I., Asim, M., Khan, T. 2012. Low cost adsorbents for the removal of organic pollutants from wastewater. Journal of Environmental Management, 113, 170-183.
[2] Wang, J., Chen, C. 2006. Biosorption of heavy metals by Saccharomyces cerevisiae: a review. Biotechnology Advances, 24, 427-451.
[3] Wang, L.K., Tay, J.H., Tay, S.T.L., Hung, Y.T. 2010. Environmental Bioengineering, Vol. 11 (Handbook of Environmental Engineering), Springer science & Business media, New York.
[4] Malkoc, E., Nuhoglo, Y. 2005. Investigations of nickel (II) removal from aqueous solutions using tea factory waste. Journal of Hazardous Materials, 127, 120-8.
[5] Sheshmani, S.H., Arab Fashapoyeh, M., Amini, R. 2013. Iron (iii) hydroxide/graphene oxide nano composite and investigation of lead adsorption. Quarterly Journal of Applied Researches in Chemistry (JARC), 6, 17-23.
[6] Yardim, M.F., Budinova, T., Ekinci, E., Petrov, N., Razvigorova, M., Minkova, V. 2003. Removal of mercury (II) from aqueous solution by activated carbon obtained from furfural. Chemosphere, 52, 835-841.
[7] Goel, J., Kadirvelu, K., Rajagopal, C. 2004. Mercury (II) removal from water by coconut shell based activated carbon: batch and column studies. Environmental Technology, 25, 141-153.
[8] Kongsuwan, A., Patnukao, P., Pavasant, P. 2009. Binary component sorption of Cu(II) and Pb(II) with activated carbon from Eucalyptus camaldulensis Dehn bark. Journal of Industrial and Engineering Chemistry, 15, 465-470.
[9] Karnib, M., Kabbani, A., Holail, H., Olama, Z. 2014. Heavy Metals Removal Using Activated Carbon, Silica and Silica Activated Carbon Composite. Energy Procedia, 50, 113-120.
[10] Bhattacharyya, K.G., Gupta, S.S. 2008. Adsorption of a few heavy metals on natural and modified kaolinite and montmorillonite: a review. Advances in colloid and interface science, 140, 114-131.
[11] Fu, F., Wang, Q. 2011. Removal of heavy metal ions from wastewaters: A review. Environmental Management, 92, 407-418.
[12] Khan, M.A., Jung, W., Kwon, O.H., Jung, Y.M., Paeng, K.J., Cho, S.Y., Jeon, B.H. 2014. Sorption studies of manganese and cobalt from aqueous phase onto alginate beads and nano-graphite encapsulated alginate beads. Journal of Industrial and Engineering Chemistry, 20, 4353-4362.
[13] Sheet, I., Kabbani, A., Holail, H. 2014. Removal of Heavy Metals Using Nanostructured Graphite Oxide, Silica Nanoparticles and Silica/ Graphite Oxide Composite. Energy Procedia, 50, 130-138.
[14] Wang, J., Chen, B. 2015. Adsorption and coadsorption of organic pollutants and a heavy metal by graphene oxide and reduced graphene materials. Chemical Engineering Journal, 281, 379-388.
[15] Henriques, B., Goncalves, G., Emami, N., Pereira, E., Vila, M., Marques, PAAP. 2015. Optimized graphene oxide foam with enhanced performance and high selectivity for mercury removal from water. Journal of Hazardous Materials, 301, 453-461.
[16] Xing, M., Xu, L., Wang, J. 2015. Mechanism of Co (II) adsorption by zero valent iron/graphene nanocomposite. Journal of Hazardous Materials, 301, 286-296.
17] Naghizadeh A., Momeni F. 2015. Investigation of graphene oxide nanoparticles in the removal of chromium and lead from aqueous solutions. Scientific Journal of Birjand University of Medical Sciences, 22, 27-38.
[18] Sheshmani, S., Nematzadeh, M.A., Shokrollahzadeh, S., Ashori, A. 2015. Preparation of graphene oxide/chitosan/FeOOH nanocomposite for the removal of Pb(II) from aqueous solution. International Journal of Biological Macromolecules, 80, 475-480.
[19] Seifpanahi Shabani, K., Doulati Ardejani, F., Badii, Kh., Ebrahim Olya, M. 2013. Preparation and characterization of novel nano-mineral for the removal of several heavy metals from aqueous solution: Batch and continuous systems. Arabian Journal of Chemistry, doi.org/10.1016/j.arabjc.2013.12.001.
