حذف ناپیوسته سرب و کادمیم از محلول‌های آبی با استفاده از نانولوله‌های کربنی چند دیواره

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 گروه علوم و مهندسی آب، دانشکده کشاورزی، دانشگاه فسا، فسا، ایران.

2 دانشجوی دکتری، گروه علوم و مهندسی آب، دانشکده کشاورزی، دانشگاه فردوسی مشهد، مشهد، ایران

3 دانش‌آموخته کارشناسی ارشد، مهندسی و مدیریت منابع آب، دانشکده مهندسی، دانشگاه آزاد اسلامی استهبان

چکیده

آلودگی منابع آب به فلزات سنگین یکی از معضلات زیست‌محیطی در سطح جهانی است. به دلیل بالا بودن سطح سمیت سرب و کادمیم و تمایل آن‌ها به تجمع در بافت‌های زنده، حذف آن‌ها از آب‌های آلوده ضروری است. امروزه جاذب‌های نانو مواد نظیر نانولوله کربن چند دیواره به دلیل سطح مخصوص بالا، اندازه کوچک، و پایداری شیمیایی کاربرد وسیعی در محیط‌زیست دارند. بدین منظور، عملکرد این جاذب در حذف فلزات سنگین سرب و کادمیم با استفاده از روش ناپیوسته مورد ارزیابی قرار گرفت. به‌منظور بررسی فرآیند جذب، اثر متغیرهای مختلف مانند زمان تماس، دما، غلظت اولیه، دوز جاذب و pH محلول مورد بررسی قرار گرفت. به‌منظور ارزیابی داده‌های سینتیک جذب، داده‌های آزمایشگاهی به مدل‌های شبه مرتبه اول و شبه مرتبه دوم برازش داده شد و همچنین به‌منظور ارزیابی داده‌های ایزوترم جذب مدل‌های لانگمویر، فروندلیچ و فروندلیچ-لانگمویر مورد استفاده قرار گرفت. خصوصیت جاذب توسط روش‌های مختلفی نظیر طیف‌سنج مادون‌قرمز، میکروسکوپ الکترونی روبشی، سطح مخصوص و بار صفر بستر تعیین گردید. نتایج بررسی‌ها نشان داد که بیشترین جذب فلزات سرب و کادمیم توسط جاذب موردمطالعه در pH 8-6، زمان تماس 5 دقیقه و دوز جاذب برابر 05/0 گرم است. مدل شبه مرتبه دوم (1=R2) داده‌های سینتیک آزمایشگاهی را بهتر توصیف می‌کند. همچنین معادلات ایزوترم جذب نشان می‌دهد که ایزوترم فروندلیچ-لانگمویر فرآیند جذب را بهتر توصیف می‌کند و مطابقت بیشتری با داده‌های آزمایشگاهی دارد (برای فلز سرب 42/4= SEE و 984/0=R2 و برای فلز کادمیم 27/5= SEE و 969/0=R2). حداکثر میزان جذب سرب و کادمیم در آزمایش‌های ناپیوسته 86/137 و 82/110 میلی‌گرم بر گرم به دست آمد. نتایج بدست آمده از تکنیک طیف‌سنج مادون‌قرمز نشان داد که گروه های عاملی O-H بر روی سطح جاذب نانولوله کربن چند دیواره دارای نقش مهمی در جذب فلزات سنگین دارد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Batch removal of Pb (II) and Cd (II) from aqueous solutions using multi-wall carbon nanotubes

نویسندگان [English]

  • Mohammad Javad Amiri 1
  • Saber Jamali 2
  • Hasan Zanganeh 3
1 Department of Water Science and Engineering, Faculty of Agriculture, Fasa University, Fasa, Iran.
2 PhD Candidate, Department of Water Science and Engineering, Faculty of Agricultural, Ferdowsi University of Mashhad, Mashhad, Iran.
3 MSc. graduate of Water Resources Engineering and Management, Faculty of Engineering, Estahban Islamic Azad University, Estahban, Iran,
چکیده [English]

Water resource pollution with heavy metals is one of the most environmental problems at the global level. Removal of Pb (II) and Cd (II) ions from contaminated water is essential due to their high toxicity and tendency to accumulate in living organisms. Today, nanomaterials such as multi-wall carbon nanotubes (MWCNTs) have wide environmental applications due to their high surface area, small size, and chemical stability. In this context, the performance of MWCNTs was evaluated by removing Pb (II) and Cd (II) ions in a batch mode experiment. To study the adsorption process, the influence of different adsorption parameters, such as contact time, temperature, initial concentration of pollutant, the dosage of adsorbent, and pH values of the solutions were investigated. The experimental data were fitted to the pseudo-first-order and pseudo-second-order to analyze the kinetics adsorption studies of metal ions. Also, to determine the isotherm studies of metal ions, the Freundlich, Langmuir, and Langmuir–Freundlich models were used. The MWCNTs were characterized by several techniques including BET, FT-IR spectroscopy, scanning electron microscopy, and zeta potential. The results showed that the maximum metal adsorption occurred at pH, 6-8, contact time of 5 minutes, and adsorbent dosage of 0.05 gram. The pseudo-second-order type model satisfactorily (R2= 1) described the experimental metal data. Also, comparing the adsorption isotherm equations showed that the Freundlich-Langmuir model [(R2=0.984, SEE=4.42) for Pb (II) ions and (R2=0.969, SEE=5.27) for Cd (II)] was more proper in describing adsorption process. The maximum adsorption capacities of Pb (II) and Cd (II) ions were obtained at 137.86 and 110.82 mg g-1, respectively. The results obtained from the FTIR technique confirmed that the O–H groups on the MWCNTs surface have an essential role in metals adsorption.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Pb(II)
  • Cd (II)
  • Surface adsorption efficiency
  • Isotherm model
  • Kinetic model

فایل ها

سابقه مقاله

  • تاریخ دریافت: 21 شهریور 1401
  • تاریخ بازنگری: 17 آبان 1401
  • تاریخ پذیرش: 17 آبان 1401

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار