مطالعه کارائی زیست فیلتر ستونی چای کمپوست برای حذف برخی یون‌های فلزی سنگین از محلول‌های آبی

محورهای موضوعی : فصلنامه علمی - پژوهشی مواد نوین

الهامه محمد پور ¹ , محمد رضا یافتیان ² , عباسعلی زمانی ³ , پروین غربانی ⁴

1 - کارشناسی ارشد شیمی تجزیه، دانشکده شیمی، دانشگاه زنجان، ایران
2 - استاد گروه شیمی ، دانشکده علوم، دانشگاه زنجان، زنجان، ایران
3 - استادیار، گروه علوم محیط زیست، دانشگاه زنجان، زنجان، ایران
4 - استادیار، گروه شیمی، واحد اهر، دانشگاه آزاد اسلامی، اهر، ایران

تاریخ دریافت : 1395/02/07 تاریخ پذیرش : 1396/08/25 تاریخ انتشار : 1396/06/01

کلید واژه: جذب سطحی, چای کمپوست, جاذب طبیعی, فلزات سنگین,

چکیده مقاله :

در مطالعه‌ حاضر، یک بیوفیلتر جدید با استفاده از چای کمپوست تهیه و در مطالعه‌ حذف یون‌هایCo²⁺ ،Cu²⁺ ،Pb²⁺  و Ni²⁺ به­کار برده شد. در این تحقیق تاثیر عامل‌ pH در محدوده  2 تا 6 بر روی فرآیند حذف فلزها نشان داد که بهترین pH برای حذف این یون‌ها برابر 5 pH=می‌باشد. تاثیر زمان و مقدار جذب شده در روی فرآیند حذف مطالعه شد و نتایج نشان داد که با افزایش زمان تماس و مقدار جاذب، درصد حذف افزایش می‌یابد. بررسی سرعت عبور محلول حاوی یون‌های فلزی در محدوده‌ 2 تا 10 میلی­لیتر بر دقیقه نشان داد که با افزایش سرعت عبور محلول از ستون کارآیی حذف کاهش می‌یابد. از بین سه ایزوترم مورد استفاده لانگمویر، فروندلیچ وتمکین، داده‌های تجربی با مدل ایزوترم‌ فروندلیچ تطابق بهتری نشان دادند. همچنین مدل سینتیکی شبه درجه دوم نسبت به مدل‌های شبه درجه اول، معادله ساده ایلویچ و تابع توان مطابقت بیش‌تری نشان داد. داده­های مربوط به مدل­های سینتیکی توماس، بور-آدامز و یان نشان داد که داده­های تجربی با هر دو مدل سینتیکی توماس و بور-آدامز تطابق داشتند. نتایج نشان داد که بیوفیلتر ستونی تهیه شده با چای کمپوست کارائی بالائی در حذف فلزات سنگین کبالت، مس ، نیکل و سرب دارد و قادر است بیش از 95% از فلزات مذکور را در مدت زمان 30 دقیقه حذف کند.

چکیده انگلیسی:

Tea compost was  assessed as a biosorbent by using a continuous up-flow fixed-bed column for removing of Pb²⁺, Co²⁺, Ni²⁺ and Cu²⁺ ions from aqueous solutions. The effects of various parameters such as pH, contact time, metal concentration, flow rates and amount of adsorbent on the process was investigated. The adsorption efficiency was found to be pH dependent, increasing by increasing of pH. Maximum removal of ions was obtained at pH=5 for tea compost. The equilibrium time was attained after 30 min and desorption studies was performed using diluted HNO₃ (1 M) from tea compost. The results illustrated that adsorbed metal ions could be recovered under acidic conditions. Investigations the kinetics of the process were performed considering pseudo second-order model. This model predicted chemiosorption as the adsorption mechanism of the process. In addition, Thomas, Bohart–Adams and Yan kinetics models were studied The Thomas and Bohart–Adams model appeared to describe the experimental results better. Langmuir, Freundlich and Temkin models were tested for describing the equilibrium data. The Freundlich isotherm illustrated the best description of the cobalt, copper, nickel and lead adsorption mechanisms on tea compost. Results showed is more the in 30 min efficiency of tea compost column biofilter in removing heavy metals that can be remove than 95%.

منابع و مأخذ:

1- K. Upendra, M. Bandyopadhyay, "Sorption of cadmium from aqueous solution using pretreated  rice husk", Bioresource Technology, Vol., 97, pp. 104–109, 2006.        

2- B. Benguella, H. Benaissa, "Cadmium removal from aqueous solutions by chitin kinetic and equilibrium studies", Water Research, Vol., 36 , pp. 2463–2474, 2002.

       3- E. Margarita Ramırez Carmona, A. Monica Pereira da Silva, G. Selma Ferreira Leite, H. Oscar Vasco Echeverri, Carlos Ocampo-Lopez, "Packed bed redistribution system for Cr(III) and Cr(VI) biosorption by Saccharomyces cerevisiae", Journal of the Taiwan Institute of Chemical Engineers, Vol., 43, pp. 428–432, 2012.

4- N.R.Bishnoi, M. Bajaj, N. Sharma, A. Gupta, "Adsorption of Cr(VI) on activated rice husk carbon and activated alumina", Bioresource Technology, Vol., 91, pp.305–307, 2004.     

       5- K. Kadiverlu, K.Thamaraiselvi, C. Namasivayam, "Removal of heavy metals from industrial wastewaters by adsorption onto activated carbon prepared from an agricultural solid waste", Bioresources Technology, Vol., 76, pp. 63-65 , 2001.

6- B. Yu, Y. Zhang, A. Shukla, S.S. Shukla, "The Removal of Heavy metals from aqueous solutions  by sawdust adsorption-removal of lead and comparison of its adsorption with copper, " Journal of Hazardous Materials, Vol., 84, pp.83-94, 2001.    

7- I. Langmuir, "The adsorption of gases on plane surfaces of glass, mica and platinum", Journal of  American Chemical Society, Vol., 40, pp.1361–1403,  1918.

8- A. Ozcan, A.S. Ozcan, S.Tunali, T. Akar, I. Kiran, "Determination of the equilibrium, kinetic and thermodynamic parameters of adsorption of copper(II) ions onto seeds of Capsicum annuum", Journal of Hazardous Materials, Vol., 124, pp. 200-208, 2005.         

9- Y. Chang, D. Chen," Preparation and adsorption properties of monodisperse chitosan-boundFe3O magnetic nanoparticles for removal of Cu(II) ions", Journal of Colloid and Interface Science, Vol., 283, pp. 446-451, 2005.           

10- M. Prasad,  S. Saxena, "Sorption mechanism of some divalent metal ions onto low-cost mineral 4adsorbent", Journal of Industrial and Engineering Chemistry.,Vol., 43, pp. 1512-1522, 2004.

11- Y.S. Ho, D.A. Jhonwase, C.F. Forster, "Batch nickel removal from aqueous solution by  Sphagnum moss peat", Journal of Water Resources, Vol., 29, pp.1327-1332, 1995. 

12- F.N.Acar, E.Malkoc, "The removal of chromium (VI) from aqueous solution by Fagus orientalis L, Bioresour",  The Journal of Technology Transfer , Vol., 94, pp.13-15, 2004.       

13  -E.Malkoc,  Y. Nuhoglu, "Removal of Ni(II) ions from aqueous solutions using waste of tea factory: Adsorption on fixed bed column", Journal of Hazardous Materials, Vol., 135, pp.328-336, 2006.

14- M. Malkoc,  Y. Nuhoglu, "Investigation of Ni(II) removal from aqueous solution using tea factory Waste", Journal of Hazardous Materials, Vol.,127, pp.120-128, 2005.          

15- س. م. خزایی، ح. یونسی و ج. عابدینی طرقبه، "تغییرات غلظت فلزات سنگین طی فرایند تولید ورمی کمپوست از پسماندهای آلی،" محیط شناسی، جلد1،شماره 4، ص. 210-199. 1393.

       16- H. Muhamad, H. Doan, A. Lohi, "Batch and continuous fixed-bed column biosorption of Cd2+ and Cu2+", Chemical Engineering Journal, Vol., 158 pp.369–377, 2010.

17- I.A. Aguayo-Villarreala, b.A.Bonilla-Petriciolet, V. Hernandez-Montoyaa ,M. A. Montes-Moranc, H. E. Reynel-Avilaa, "Batch and column studies of Zn²⁺ removal from aqueous solution using chicken feathers as sorbents", Chemical Engineering Journal, Vol., 167, pp.67–76, 2011.

18- ا. اسراری و و. خسروی، “حذف فلزات سنگین از خاک های آلوده با استفاده از کمپوست، " هفتمین همایش ملی و نمایشگاه تخصصی مهندسی محیط زیست، تهران، دانشکده محیط زیست دانشگاه تهران، ۱۳۹۳.

19-  م.ص. نیکنام، ا. شهبازی و ج. فرجلو، "کاربرد و کارائی پسماندهای کشاورزی در حذف فلزات سنگین و رنگ از آب و پساب: مطالعات جذب بهینه،" فصلنامه انسان و محیط زیست، شماره 31، ص 38-23، زمستان 1393.

20- S. Patel, “Potential of fruit and vegetable wastes as novel biosorbents: summarizing the recent studies," Reviews in Environmental Science and Bio/Technology, Vol 11 , pp. 365–380, 2012.

21- J. Wang, C. Chen, "biosorbent  for heavy metals removal and their future , biotechnology advances ," Biotechnology Advances, Vol 27, pp.195–226, 2009.

22- م. کونانی و س. مشهدی ، " زغال فعال تهیه شده از چای به عنوان جاذب برای حذف Ni (II) از محلول‌های آبی،" اولین همایش ملی دانشجویی بیوتکنولوژی، 1391.

23- س. م. ر. طیبان، ا. اترابی، ع.ا.، نجف پور، ح.، علیدادی، م.ع.، ززولی، "بررسی روش‌های بیوجذب فلزات سنگین کروم و کادمیوم از پساب های صنعتی با استفاده از زائدات کشاورزی،" فصلنامه علمی پژوهشی کمیته تحقیقات دانشجویی معاونت پژوهشی دانشگاه علوم پزشکی مشهد، دوره 16، شماره 58، ص. زمستان 1391.

24- م. سعیدفرجی, "حذف فلزات سنگین از آب با استفاده از ضایعات کشاورزی، " بیستمین کنگره ملی علوم و صنایع غذایی، تهران، دانشگاه صنعتی شریف، 1390.

25- م. م. باغملایی، م. صفری، ا. ابراهیمی، ر. کفائی و ب. رماوندی، بررسی جذب مس از محلول آبی توسط برگ علف پاغازه، مجله علمی پژوهان، دوره 13، شماره 1، ص. 51-42، پاییز 1393.

26- B.Kiran, A.Kaushik, "Cyanobacterial biosorption of Cr(VI): Application of two parameter and Bohart Adams models for batch and column studies", Chemical Engineering Journal, Vol., 144, pp. 391-394, 2008.

27- M. Namdeo, S. K. Bajpai, "Investigation of hexavalent Chromium uptake by synthetic magnetite nanoparticles", EJEAF Chemistry, Vol., 7 pp. 3082-3094,2008.

28- M. Namdeo, S. K. Bajpai, "Chitosan-magnetite nanocomposites (CMNs) as magnetic carrier particles for removal of Fe(III) from aqueous solution", Colloids and Surfaces A: Physicochemstry Engineering  Aspects, Vol., 320 pp.161–168, 2008.

29- H. Jiang, Y. Xu, J. Zhang, L. Zhang, R. Han, "Pseudo second order kinetic model for the biosorption of lead on waste yeast: a comparison of linear and nonlinear methods and error analysis", Life Science Journal, Vol., 4  pp. 42-45, 2007.

30- H. Muhamad, H. Doan, A. Lohi, "Batch and continuous fixed-bed column biosorption of Cd2+ and Cu2+", Chemical Engineering Journal, Vol., 158, pp. 369–377, 2010.

31- D. Sud, G. Mahajan, M.P. Kaur, "Agricultural waste material as potential adsorbent for sequestering heavy metal ions from aqueous solutions-a review", Bioresource Technology, Vol.,99, pp.6017-6027, 2008.

32- م. عمادی، س. شیخعلی، ن. کراچی، " بررسی سینتیک و مدلهای ایزوترمی جذب رنگهای آلی به وسیله نانوذرات مغناطیسی " مجله مواد نوین، دوره 5، شماره 4 ، تابستان، ص. 26-41، 1394.

33- M. Nadeem Zafar, R. Nadeem, M. Asif Hanif, "Biosorption of nickel from protonated rice bran", Journal of Hazardous Materials, Vol., 143,  pp. 478–485, 2007.