مدلسازی جذب کادمیم و سرب توسط سپیولیت با استفاده از روش سطح پاسخ (RSM)

آب و خاک

مقاله 4، دوره 33، شماره 6 - شماره پیاپی 68، بهمن 1398، صفحه 833-844   

نوع مقاله: مقالات پژوهشی

شناسه دیجیتال (DOI): 10.22067/jsw.v33i6.68143

نویسندگان

مرضیه پیری¹؛ ابراهیم سپهر^{* 2}؛ عباس صمدی²؛ خلیل فرهادی²؛ محمد علیزاده خالد آباد¹

¹ارومیه

²دانشگاه ارومیه

چکیده

فرآیند جذب و استفاده از جاذب­های ارزان قیمت برای حذف فلزات سنگین یکی از روش­هایی است که در سال­های اخیر توجهات زیادی را به خود جلب کرده است. در این تحقیق به منظور مدلسازی و بررسی اثر فاکتورهای pH، غلظت و قدرت یونی بر جذب فلزات سنگین سرب و کادمیم از محلول­های آبی توسط رس سپیولیت، از روش سطح پاسخ بر مبنای مدل باکس بنکن استفاده شد. برای این منظور آزمایشات ناپیوسته جذب، با در نظر گرفتن دامنه­های متفاوتی از این سه متغیر شامل pH (6-3)، قدرت یونی محلول (mol L-1 06/0-01/0) و غلظت فلز (mg L-1 200-0) اجرا گردیدند. نتایج نشان داد میزان جذب سرب و کادمیم با افزایش غلظت اولیه فلز و pH، افزایش و با افزایش قدرت یونی محلول کاهش یافت. آنالیز واریانس یک طرفه (0001/0>p) نشان داد مدل درجه دو بهترین مدل برای تعیین برهمکنش متغیرهای مورد مطالعه می­باشد، این مدل حاکی از آن است که غلظت موثرترین عامل در حذف کادمیم و سرب به وسیله سپیولیت است. با توجه به مقادیر ضریب تعیین (99/0=R2) وR2 متعادل شده (98/0=R2adj) می­توان گفت مدل بدست آمده برای تحلیل داده­ها مناسب می­باشد. شرایط بهینه برای جذب حداکثر سرب و کادمیم از محلول­های آبی در pH=6، غلظت فلز (mg L-1) 200 و قدرت یونی محلول (mol L-1) 02/0 است. مقادیر پیش­بینی شده جذب برای شرایط بهینه ذکر شده برای جذب سرب و کادمیم نیز به ترتیب 4/44 و (mg g-1) 28/34 بدست آمد. بطور کلی می­توان گفت سپیولیت می­تواند به عنوان یک جاذب ارزان قیمت و قابل دسترس برای جذب کادمیم و سرب از آب های آلوده استفاده شود.

کلیدواژه‌ها

کلید واژگان: مدل باکس بنکن؛ عناصر سنگین؛ سپیولیت؛ آلودگی آب

مراجع

1- Al-Degs A., Kharasheh M.A.M., and Tutunji M.F. 2001. Sorption of lead ions on diatomite and manganes oxides modified diatomite. Water Research 35: 3724-3728.

2- Asci Y., Nurbas M., and Acikel Y.S. 2007. Sorption of Cd (II) onto kaolinite as a soil component and desorption of Cd (II) from kaolin using amnolipid bio surfactant. Journal of Hazardous Materials 139: 50–56.

3- Chiban M., Zerbet M., Carja G., and Sinan F. 2011. Application of low-cost adsorbents for arsenic removal: A review. Journal of Environmental Chemistry and Ecotoxicology 4(5): 91-102.

4- Chowdhury S., and Saha P. 2010. Sea shell powder as a new adsorbent to remove Basic Green 4 (Malachite Green) from aqueous solutions: Equilibrium, kinetic and thermodynamic studies. Chemical Engineering Journal 164(1): 168-77.

5- Davis T.A.,Volesky B., and Vieira R.H.S.F. 2000. Sargassum seaweed as biosorbent for heavy metals. Water Research 34 (17): 4270-4278.

6- Deng S.B., and Ting Y.P. 2005. Characterization of PEI-modified biomass and biosorption of Cu (II), Pb(II) and Ni(II). Water Research 39: 2167–2177.

7- Dermentzis K., Christoforidis A. and Valsamidou E. 2011. Removal of nickel, copper, zinc and chromium from synthetic and industrial wastewater by electrocoagulation. International Journal of Environmental Sciences 1: 697-510.

8- Elouear Z., Bouzid J., Boujelben N., Fekri M., and Montiel A. 2008. The use of exhausted olive cake ash (EOCA) as a low cost adsorbent for removal of toxic ions from aqueous solutions. Fuel 87: 2582-2589.

9- El-Naas M.H, Abu Al-Rub F, Ashour A.Al., and Marzouqi M. 2007. Effect of competitive interference on the biosorption of lead(II) by Chlorella vulgaris. Chemical Engineering and Processing: Process Intensification 46(12): 1391–1399.

10- El-Sayed G.O., Dessouki H.A., and Ibrahim S.S. 2010. Biosorption of Ni (II) And Cd (II) ions from aqueous solutions onto rice straw. Journal Chemical Sciences 9: 1-11.

11- Franus M., and Bandura L. 2014. Sorption of Heavy Metal Ions from Aqueous Solution by Glauconite. Fresenius Environmental Bulletin 23 (3A): 825-839.

12- Galan E. 1996. Properties and applications of palygorskite-sepiolite clays. Clay Minerals 31: 443–453.

13- Hojati S., and Khademi H. 2012. Physicochemical and Mineralogical Characteristics of Sepiolite Deposits of Northeastern Iran. Scientific Quarterly Journal 23(90): 165-251.

14- Katsou E., Malamis S., and Haralambous K.J. 2011. Industrial wastewater pre-treatment for heavy metal reduction by employing a sorbent-assisted ultrafiltration system. Chemosphere 82(4): 557-64.

15- Khademi H., and Mermut A.R. 1998. Sub microscopy and stable isotope geochemistry of carbonates and associated palygorskite in selected Iranian Aridisols. European Journal of Soil Science 50: 207-216.

16- Khraisheh M.A.M., Al-degs Y., and Meminn. 2004. Remediation of wastewater containing heavy metals using raw and modified diatomite. Chemical Engineering 99: 177-184.

17- Kocaoba S. 2009. Adsorption of Cd(II), Cr(III) and Mn(II) on natural sepiolite. Desalination, 244: 24-30.

18- Lazarević S., Janković-Častvan I., Jovanović D., Milonjić S., Janaćković D., and Petrović R. 2007. Adsorption of Pb+2, Cd+2 and Sr+2 ions onto natural and acid-activated sepiolites. Applied Clay Science 37: 47–57.

19- Lui A., and Richard G. 1999. Modeling adsorption of copper, cadmium and lead on purified humic acid. American Chemical Society 16: 3902-3909.

20- Malairajan S., and Peters E. 2013. Removal of toxic heavy metals from synthetic wastewater using a novel biocarbon technology. Journal of Environmental Chemical Engineering 4: 629-1384.

21- Marandi R., and Amir Afshar H. 1387. Biological uptake of Zn(II) and Pb(II) by non-living biomass Phanerochaete chrysosporium. Environmental Science and Technology 10 (4): 196-206.

22- Sanchez A.G., Ayuso E.A., and De Blas O.J. 1999. Sorption of heavy metals from industrial waste water by low-cost mineral silicates. Clay Minerals 34: 469-477.

23- Schulze D.G. 1989. An introduction to soil mineralogy. In: Dixon, J.B., and Weed, S.B. (Eds.), Minerals in soil Environments. Soil Science Society of America, Madison. pp. 1-34.

24- Sengil I.A., and Özacar M. 2009. Competitive biosorption of Pb(II), Cu(II) and Zn(II) ions from aqueous solutions onto valonia tannin resin. Journal of Hazardous Materials 166(2-3): 1488-1494.

25- Sharifipour F., Hojati S., Landi A., and Faz Cano A. 2014. Removal of Lead from Aqueous Solutions Using Iranian Natural Sepiolite: Effects of Contact Time, Temperature, pH, Dose and Heat-Pretreatments. Agricultural Journal 38(1): 135-147.

26- Shi W., Shao H., Li H., Shao M., and Du S. 2009. Progress in the remediation of hazardous heavy metal-polluted soils by natural zeolite. Journal of Hazardous Materials 170: 1-6.

27- Shirvani M., Kalbasi M., Shariatmadari H., Nourbakhsh F., and Najafi B. 2006. Sorption–desorption of cadmium in aqueous palygorskite, sepiolite, and calcite suspensions: Isotherm hysteresis. Chemosphere 65: 2178–2184.

28- Singanan M., and Peters E. 2013. Removal of toxic heavy metals from synthetic wastewater using a novel biocarbon technology. Journal of Environmental Chemical Engineering 1(4): 884-90.

29- Singer A., Stahr K., and Zarei M. 1998. Characteristics and origin of sepiolite (Meerschaum) from Central Somalia. Clay Minerals 33: 349-362.

30- Thomas G.W. 1982. Exchangeable cations. pp 159-164. In: Page, A. L. et al. (Eds). Methods of Soil Analysis, ASA, SSSA, Madison, WI.

31- Yavuz O., Guzel R., Aydin F., Tegin I., and Ziyadanogullari R. 2007. Removal of cadmium and lead from aqueous solution by calcite. Polish Journal of Environ 16(3): 467-471.

32- Yalcin H., and Bozkaya O. 1995. Sepiolite-palygorskite from the Hekimhan region (Turkey). Clays and Clay Minerals 43: 705-717.

33- Zhou J.L., and Kiff R.J. 1991.The uptake of copper from aqueous solution by immobilized. Journal of Chemical Technology and Biotechnology 52: 317–330.

34- Zolgharnein J., Shahmoradi A., and Ghasemi J.B. 2013. Comparative study of Box–Behnken, central composite, and Doehlert matrix for multivariate optimization of Pb(II) adsorption onto Robinia tree leaves. Journal of Chemometrics 27(1): 12-20.