حذف کادمیم از محلول آبی توسط نانوساختار پوشال نیشکر

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 آبیاری و زهکشی، گروه مهندسی آب، دانشکده کشاورزی، دانشگاه رازی، کرمانشاه

2 استادیار گروه مهندسی آب، دانشکده کشاورزی، دانشگاه رازی کرمانشاه.

3 گروه مهندسی آب، دانشکده کشاورزی، دانشگاه رازی، کرمانشاه

4 دانشگاه علوم پژشکی، دانشکده بهداشت محیط، کرمانشاه

چکیده

وجود فلزات سنگین در منابع آبی، منشأ بسیاری از آلودگی­های زیست محیطی است. هدف از این تحقیق، بررسی کارایی جاذب نانوساختار پوشال نیشکر بر حذف کادمیم از محلول­ آبی است. این تحقیق در آزمایشگاه به صورت ناپیوسته انجام شد و اثر عواملی مانند pH، زمان تماس، جرم جاذب و غلظت کادمیم اولیه بر جذب کادمیم بررسی گردید. همچنین فرایند جذب- واجذب طی 5 چرخه انجام شد. نتایج نشان داد، با افزایش pH محلول از 3 تا 5 بازدهی­ جذب افزایش ولی در pH بالاتر از 5 به دلیل رسوب یون­های فلزی، بازدهی­جذب کاهش یافت. زمان تعادل پس از 10 دقیقه و حداکثر جذب کادمیم در 5pH= به دست آمد. با افزایش جرم جادب از 1/0 تا 5/0 گرم، درصد بازدهی جذب از 8/88 به 5/94 درصد افزایش یافت، اما افزایش جرم جاذب از 5/0 تا 2 گرم تأثیر محسوسی بر بازدهی جذب نداشت. با افزایش غلظت کادمیم (5، 10، 15و 20 میلی گرم بر لیتر) درصد بازدهی جذب از 96 به 90 درصد، کاهش یافت. مدل لانگمویر با 995/0 R2=بیشترین تطابق را با داده­های آزمایشگاهی داشت. نتایج آزمایش­های واجذب نیز نشان داد که  این جاذب می­تواند تا 5 چرخه مورد استفاده مجدد قرار بگیرد. براساس یافته­های این تحقیق می­توان گفت که جاذب نانوساختار پوشال نیشکر، قابلیت بالایی برای حذف یون کادمیم از محلول­های آبی دارد.   

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Removal of Cd from aqueous solution using sugarcane straw nanostructure

نویسندگان [English]

  • soheila farzi 1
  • Masoumeh Farasat 2
  • Bahman Farhadi Bansouleh 3
  • Meghdad Pirsaheb 4
1 Msc student of Irrigation and Drainage, Department of Water Engineering, Faculty of Agriculture, Razi University, Kermanshah
2 Assistant professor, Department of Water Engineering, Razi University, Kermanshah
3 Assistant Professor , Department of Water Engineering, Faculty of Agriculture, , Razi University, Kermanshah
4 University of Medical Sciences, Faculty of Environmental Health, Kermanshah, Iran.
چکیده [English]

The presence of heavy metal in water resources is the cause of many environmental pollutions. This study was carried out with the aim of investigating cadmium removal from aqueous solution using sugarcane straw nanostructure. In this study,the effects of operation conditions including pH, contact time, adsorbent loading, and initial ion concentrations were examined.
The absorption-desorption process was also carried out in five cycles. The results showed that optimum pH for cadmium adsorption is 5, the removal percentage became 94.5 %. The equilibrium time after 10 minutes obtained. With an increase in adsorbent dosage from 0.1 to 0.5 g, the removal percentage from became 88.8% to 94.5% increased. the increase of adsorbent dosage from 0.5 to 2 g did not have a significant effect on removal percentage.
With increase in Cd concentrations (5, 10, 15 and 20 mg/L), removal percentage decreased from 96% to 90%. Comparing the adsorption isotherms showed that the Langmuir model, with R2 value of 0.995 had a better fitting and description of adsorption data than other models. The results of the desorption experiments showed that sugarcane straw  adsorbent could reused up to 5 cycles. The result of this study showed that sugarcane straw nanostructure is an effective adsorbent for cadmium removal from aqueous solution

کلیدواژه‌ها [English]

  • Keywords: Isotherm
  • Sugarcane Straw
  • Cadmium Adsorption
  • heavy metals
  • Nano‌‌Absorbent

اسدی، ف. 1381. حذف فلزات سنگین از فاضلاب های صنعتی توسط پوسته شلتوک برنج، خاک اره و خاک. پایان نامه کارشناسی ارشد خاک شناسی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه صنعتی اصفهان.

 

 اسماعیلیان، آ.، ح. غفوریان، ع. مهدوی و ع. لیاقت. 1392. ارزیابی کارایی فیلترهای کانساری و کربن فعال لیمو با حفره­های نانو مقیاس در حذف یون­های نیترات و کادمیم از پساب کشاورزی. مجله پژوهش آب ایران، سال هفتم، شماره 12، ص 62-53.

دیوبند، ل.، س. برومند نسب، م. بهزاد و ج. عابدی کوپایی. 1392. امکان کاربرد برگ سدر و خاکستر آن برای جداسازی کادمیم از آب به وسیله فرایند جذب سطحی ناپیوسته. مجله علوم و فنون کشاورزی و منابع طبیعی، علوم آب و خاک، سال هفدهم، شماره 65، ص 137-125.

رستگارفر، ن و ر. بهروز. 1393. حذف نیکل و کادمیم از پساب مصنوعی با استفاده از ضایعات سرشاخه باغات گیلاس و پوست راش. علوم و مهندسی محیط زیست، سال اول، شماره 2، ص 43-35.

شهیدی، ع.، ن. جلیل نژاد فالیزی و ا. جلیل نژاد فالیزی. 1394. ارزیابی عملکرد جاذب طبیعی لوفا در حذف کادمیم دو ظرفیتی از محیط آبی. فصلنامه علمی- پژوهشی آب و فاضلاب، شماره 3، ص 61-51.

عبدالشاهی نژاد، س. س، م. برقی و م. سیدی. 1394. حذف کروم شش ظرفیتی توسط نانو ذره­های فریت. نشریه شیمی و مهندسی شیمی ایران، کوتاه پزوهشی، دوره 34، شماره1، ص 37-29.

فراستی، م.، ن، ا. جعفرزاده، س. برومند نسب، ه. معاضد، ج. عابدی کوپاهی و م. سیدیان. 1391. استفاده از نانو جاذب­های گیاهی به منظور حذف نیترات از محلول­های آبی. تحقیقات منابع آب ایران، سال هشتم، شماره 3، ص 38-28.

قانعیان، م.، ت. جمشیدی، ب. امرالهی، م. دهواری و  م. تقوی.  1392. کاربرد فرایند جذب زیستی توسط پودر هسته انار در حذف کروم شش ظرفیتی از محیط آبی. کومش، جلد 15، شماره 2( پیاپی 50)، ص 211-205.

معتمدی، ف.، ه. معاضد، ن، ا. جعفرزاده حقیقی­فرد و م.  امیری. 1393. بررسی سینتیک و ایزوترم­های جذب کادمیم از محلول­های آبی توسط نانو­رس­ها . فصلنامه علمی- پژوهشی آب و فاضلاب، شماره 3، ص 126-118.

مهدوی متین، ص و ح. گنجی دوست. 1387. کاربرد جاذب های طبیعی در حذف COD از فاضلاب صنایع سلولزی. مجله محیط شناسی، سال سی و چهارم. (48) 41-50.

Akhigbe, L., S.Ouki and D.Saroj. 2016. Disinfection and removal performance for Escherichia coli and heavy metals by silver-modified zeolite in a fixed bed column. Chemical Engineering Journal 295: 92-98.

Ammari, T. G. 2014. Utilization of a natural ecosystem bio-waste; leaves of Arundo donax reed, as a raw material of low-cost eco-biosorbent for cadmium removal from aqueous phase.  Ecological Engineering 71: 466-473.

Ammari, T. G., I. Al-Labadi, A. Tahboub and A. Ghrair .2015. Assessment of unmodified wetland bio-waste: shoots of Cyperus laevigatus, for cadmium adsorption from aqueous solutions. Process Safety and Environmental Protection 95: 77-85.

Asuquo, E. D. and A. D. Martin .2016. Sorption of cadmium (II) ion from aqueous solution onto sweet potato (Ipomoea batatas L.) peel adsorbent: Characterisation, kinetic and isotherm studies. Journal of Environmental Chemical Engineering 4(4, Part A): 4207-4228.

Chand, P., A. Bafana and Y. B. Pakade .2015. Xanthate modified apple pomace as an adsorbent for removal of Cd (II), Ni (II) and Pb (II), and its application to real industrial wastewater. International Biodeterioration & Biodegradation 97: 60-66.

Chatterjee, S and W. Han. 2009. The removal of nitrate from aqueous solutions by chitosan hydrogel beads. Journal of Hazardous Materials .164:1012–1018.

Cheng, Q., Q. Huang, S. Khan, Y. Liu, Z. Liao, G. Li and Y. S. Ok .2016. Adsorption of Cd by peanut husks and peanut husk biochar from aqueous solutions. Ecological Engineering 87: 240-245.

El-Sadaawy, M. and O. Abdelwahab .2014. Adsorptive removal of nickel from aqueous solutions by activated carbons from doum seed (Hyphaenethebaica) coat. Alexandria Engineering Journal 53(2): 399-408.

Febrianto, J., A. N. Kosasih, J. Sunarso, Y.-H. Ju, N. Indraswati and S. Ismadji 2009. Equilibrium and kinetic studies in adsorption of heavy metals using biosorbent: a summary of recent studies. Journal of Hazardous Materials 162(2): 616-645.

Ghasemi, M., M. Naushad, N. Ghasemi and Y. Khosravi-fard .2014. Adsorption of Pb(II) from aqueous solution using new adsorbents prepared from agricultural waste: Adsorption isotherm and kinetic studies. Journal of Industrial and Engineering Chemistry 20(4): 2193-2199.

Guo, H., S. Zhang, Z. Kou, S. Zhai, W. Ma and Y. Yang .2015. Removal of cadmium (II) from aqueous solutions by chemically modified maize straw. Carbohydrate polymers 115: 177-185.

Gupta, V. K. and A. Nayak .2012. Cadmium removal and recovery from aqueous solutions by novel adsorbents prepared from orange peel and Fe2O3 nanoparticles. Chemical Engineering Journal 180: 81-90.

Gusmão, K. A. G., L. V. A. Gurgel, T. M. S. Melo, C. d. F. Carvalho and L. F. Gil .2014. Adsorption studies of etherdiamine onto modified sugarcane bagasses in aqueous solution. Journal of Environmental Management 133: 332-342.

Kumar, U. and M. Bandyopadhyay .2006. Sorption of cadmium from aqueous solution using pretreated rice husk. Bioresource technology 97(1): 104-109.

Matouq, M., N. Jildeh, M. Qtaishat, M. Hindiyeh and M. Q. Al Syouf .2015. The adsorption kinetics and modeling for heavy metals removal from wastewater by Moringa pods. Journal of Environmental Chemical Engineering 3(2): 775-784.

Mobasherpour, I., E. Salahi and M. Pazouki .2011. Removal of divalent cadmium cations by means of synthetic nano crystallite hydroxyapatite. Desalination 266(1): 142-148.

Moubarik, A. and N. Grimi .2015. Valorization of olive stone and sugar cane bagasse by-products as biosorbents for the removal of cadmium from aqueous solution. Food Research International 73: 169-175.

Murthy Z.V.P, T. Prabhakar and R. Kumar. 2010. Isotherm, Kinetics modeling of fluoride removal from industrial effluent by alumina, Chem. Prod. Process Model. 5 (1): Art.29.

Niu, X., L. Zheng, J. Zhou, Z. Dang and Z. Li .2014. Synthesis of an adsorbent from sugarcane bagass by graft copolymerization and its utilization to remove Cd (II) ions from aqueous solution. Journal of the Taiwan Institute of Chemical Engineers 45(5): 2557-2564.

Şeker, A., T. Shahwan, A. E. Eroğlu, S. Yılmaz, Z. Demirel and M. C. Dalay .2008. Equilibrium, thermodynamic and kinetic studies for the biosorption of aqueous lead (II), cadmium (II) and nickel (II) ions on Spirulina platensis. Journal of Hazardous Materials 154(1): 973-980.

Shaheen, S. M., F. I. Eissa, K. M. Ghanem, H. M. Gamal El-Din and F. S. Al Anany .2013. Heavy metals removal from aqueous solutions and wastewaters by using various byproducts. Journal of Environmental Management 128: 514-521.

Singha, A. and A. Guleria .2014. Chemical modification of cellulosic biopolymer and its use in removal of heavy metal ions from wastewater. International journal of biological macromolecules 67: 409-417.

Smolyakov, B. S., A. K. Sagidullin, A. L. Bychkov, I. O. Lomovsky and O. I. Lomovsky .2015. Humic-modified natural and synthetic carbon adsorbents for the removal of Cd(II) from aqueous solutions. Journal of Environmental Chemical Engineering 3(3): 1939-1946.

Thavamani, S. S. and R. Rajkumar .2013. Removal of Cr (VI), Cu (II), Pb (II) and Ni (II) from Aqueous Solutions by Adsorption on Alumina. Res J Chem Sci 2231: 606X.

Wang, F. Y., H. Wang and J. W. Ma .2010. Adsorption of cadmium (II) ions from aqueous solution by a new low-cost adsorbent Bamboo charcoal. Journal of Hazardous Materials 177(1–3): 300-306.

 Yaacoubi, H., O. Zidani, M. Mouflih, M. Gourai and S. Sebti .2014. Removal of Cadmium rom Water Using Natural Phosphate as Adsorbent. Procedia Engineering 83: 386-393.