بررسی کارایی برخی از جاذب‌های آلی در حذف کادمیوم از ‌محلول‌های آبی

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشیار گروه علوم خاک، دانشکدۀ کشاورزی، دانشگاه ارومیه

2 کارشناس ارشد علوم خاک، دانشکدۀ کشاورزی، دانشگاه ارومیه

چکیده

استفاده از جاذب‌های آلی برای حذف فلزات سنگین از آب به‌جای جاذب‌های گران‌قیمت به‌خصوص در کشورهای در حال توسعه بسیار مناسب است. در این مطالعه هم‌دماهای جذب کادمیوم و کاربرد برخی ‌جاذب‌های آلی (ساقۀ آفتابگردان، بقایای هرس سیب و انگور) در حذف کادمیوم از سیستم محلول با غلظت اولیۀ کادمیوم (0 تا 200 میلی‌گرم در لیتر) در سه سطح pH (8، 6، 4) ‌بررسی شد. نتایج نشان داد که هر سه جاذب آلی کارایی نسبتاً بالایی در حذف کادمیوم از سیستم محلول داشتند. با افزایش غلظت اولیۀ کادمیوم، کارایی حذف کاهش پیدا کرد، ولی با افزایش pH افزایش یافت، به‌طوری‌که در 8pH و غلظت اولیة کمتر از10 میلی‌گرم در لیتر، بالاترین کارایی حذف برای هرسه جاذب به دست آمد. برازش داده‌های آزمایشی با مدل‌های جذب لانگ مویر، فروندلیچ و تمکین نشان داد که مدل‌های لانگ مویر و فروندلیچ نسبت به مدل تمکین برازش بهتری با داده‌های آزمایشی داشتند. بیشترین جذب تک‌لایه‌ای لانگ مویر (qmax) برای ساقۀ آفتابگردان، بقایای هرس سیب و انگور، به‌ترتیب به‌میزان 8905، 8155 و 7895 میلی‌گرم در کیلوگرم در pH برابر 8 به دست آمد. در ساقۀ آفتابگردان پارامتر‌های ظرفیت جذب (qmax, A, KF) و شدت جذب (KT, KL,1/n ) در مقایسه با بقایای هرس انگور و سیب بیشتر به دست آمد و ساقۀ آفتابگردان در مقایسه با دو جاذب دیگر کارایی نسبتاً بهتری در حذف کادمیوم از سیستم محلول داشت. فاکتور جداسازی لانگ مویر (RL) بین 02/0‌ـ 80/0 به دست آمد که نشان‌دهندۀ جذب مطلوب کادمیوم بر روی جاذب‌های ‌بررسی‌شده است. منفی‌بودن تغییرات انرژی آزاد گیبس نشان‌دهندۀ خودبه‌خودی بودن واکنش جذب است.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Removal efficiency of some biosorbents in removing of cadmium from aqueous solution

نویسندگان [English]

  • Ebrahim Sepehr 1
  • Amir Tosan 2
1 Associate Prof. of Soil Science, Faculty of Agriculture, Uremia University, Urmia, Iran
2 MSc. Student of Soil Science, Faculty of Agriculture, Uremia University, Urmia, Iran
چکیده [English]

The application of organic sorbents for removing heavy metal from water, replacing expensive sorbents, is particularly appropriate for developing countries. To investigate the efficiency of some organic sorbents in removing of Cd2+ from aqueous solution, an experiment was conducted with three organic sorbents (sunflower stalks, apple and grapevine pruning residues) and 11 initial concentration of Cd2+ (0- 200 mg L-1) at three pH (4, 6, 8). The results showed that three organic sorbents have relatively high removal efficiency (RE) for cadmium from aqueous solution, and RE increased with increasing of pH but initial concentration of cadmium showed invers effect. The highest RE was obtained at pH 8 and low initial concentration of Cd (≤10 mg L-1) for all three organic sorbents. Among sorption models (Langmuir, Temkin and Freundlich), Langmuir model was better fitted for experimental data (R2= 0.99). At pH8, maximum mono layer adsorption (qmax) of sunflower stalks, apple and grape pruning residues were obtained 8905, 8155 and 7895 mg kg-1, respectively. All sorption parameters (qmax, A, KF, KT, KL, n) of sunflower stalks was more than those of apple and grape pruning residues. Therefore, sunflower stalks in comparison to apple and grape pruning residues, have a high efficiency in removing of cadmium from aqueous solution. The Gibbs free energy of reaction (ΔGr) and separation factor of Langmuir (RL) indicated that the sorption reaction of Cd2+ by all three biosorbents are spontaneous and favorable.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Cadmium
  • pH
  • biosorbents
  • Adsorption Isotherm
  • aqueous system
Abdel Ghani N.T. and Elchaghaby, G.A., 2007. Influence of operating conditions on the removal of Cu, Zn, Cd and Pb ion from wastewater by adsorption. International Journal Environmental Science and Technology, 4(4), 451-456.

 

Aki M. Awwad, Nida M. Salem. 2011. Kinetics and thermodynamics of Cd(II) biosorption onto loquat (Eriobotrya japonica) leaves. Journal of Saudi Chemical Society. 18: 486-493.

 

Alvarez-Ayuso E., Garcia-Sanchez A., 2007. Removal of cadmium from aqueous solution by palygorokite, Journal of Hazardous Material. 147:594-600.

 

Annadurai G, Juang, R. S., Lee D. J., 2002. Use of cellulose-based wastes for adsorption of dyes from aqueous solutions, Journal of Hazardous Material. 47:263–274.

 

Brinza L., Dring M.J., Gavrilescu M., 2005. Biosorption of Cu2+ ions from aqueous solution by Enteromorpha species, Environmental Engineering and Management Journal. 4: 41-51.

 

Chong K H, Volesky B. 1995. Description of two metal biosorption equilibria by Langmuir-type models. Biotech Bioeng, 47: 451– 60.

 

Demirbas, A. 2008. Heavy metal adsorption onto agro based waste materials: A review, Journal of Hazardous Materials. 157:220-229.

 

Eckenfelder, W.W. 1989. Industrial Water Pollution Control, 2ed., McGraw Hill, New York, p.104.

 

Gaber, E., Yahia, A., Abdulrahim, A. 2012. Cadmium and Lead Biosorption by Chlorella Vulgaris. Sixteenth International Water Technology Conference, IWTC 16, Istanbul, Turkey.

 

Gavrilescu M., 2004. Removal of heavy metals from the environment by biosorption, Engineering, Life Science. 4: 219-232.

 

Jiang, J., Xu, R.-k., Li, S.-z., 2010. Effect of ionic strength and mechanism of Cu(II) adsorption by goethite and -Al2O3. J. Chem. Eng. Data, 55: 5547–5552.

 

Kaewsarn P. and Yu Q. 2001. Cadmium (II) removal from aqueous solutions by pretreated biomass of marine alga Padinasp., Environ. Pollut. 112(1): 209–213.

 

Kannan, N. Veemaraj, T. 2010. Detoxification of toxic metal ions by sorption onto activated carbon from Hevea brasililiensis bark. Global NEST Journal. 2(12): 197-205.

 

Lee, S. H. Jung, C. H. Chung, H. Lee, M. Y. Yang, J. W. 1998. Removal of heavy metals from aqueous solution by apple residues, Process Biochemical. 33: 205–211.

Liu, A.G. and Gonzalez, R.D. 1999. Adsorption/desorption in a system consisting of humic acid, heavy metals, and clay minerals, Journal of Colloid and Interface Science, 218, 225–232.

 

Marín, A.B., Meseguer, V., Zapata, J.F., Ortuño, M., Aguilar, J., Sáez S., and Lloréns, M. 2007. Removal of cadmium from aqueous solutions by adsorption onto orange waste.J. Hazardous Materials. 139: 122-131.

 

Nuhoglu, Y. Oguz E. 2003. Removal of copper(II) from aqueous solutions by biosorption on the cone biomass of Thujaorientalis, Process Biochemical. 37: 1627–1631.

 

Rao M. M., Ramesh A., Rao G.P.C., Seshaiah K., 2006. Removal of copper and cadmium from the aqueous solutions by activated carbon derived from Ceiba pentandra hulls. J. Hazard. Mater., Vol. B129, pp. 123–129.

 

Saikaew W. and Kaewsarn, P. 2010. Durian Peel As Biosorbent For Removal of cadmium ions from aqueous solution, Journal of Environmental Resources, Vol. 32, No. 1, pp. 17-30.

 

Shin, E. W. Karthikeyan K. G. Tshabalala M. A. 2007. Adsorption mechanism of cadmium on juniper bark and wood, Bioresource Technology. 98: 588–594.

 

Sun G, Shi W,. 1998. Sunflower stalks as adsorbents for the removal of metal ions from waste water, Journal of Industrial and Engineering Chemistry. 37(4) : 1324–1328.

 

Zuane J. 1990. Handbook of Drinking Water Quality Standards and Controls, Van Nostrand Reinhold, New York. Pp: 64–69.