
تعداد نشریات | 13 |
تعداد شمارهها | 626 |
تعداد مقالات | 6,517 |
تعداد مشاهده مقاله | 8,746,482 |
تعداد دریافت فایل اصل مقاله | 8,317,300 |
حذف آرسنات از محلولهای آبی با استفاده از بیوچار اصلاحشده با آهن | ||
مجله پژوهشهای حفاظت آب و خاک | ||
دوره 27، شماره 2، خرداد و تیر 1399، صفحه 127-143 اصل مقاله (700.38 K) | ||
نوع مقاله: مقاله کامل علمی پژوهشی | ||
شناسه دیجیتال (DOI): 10.22069/jwsc.2020.16729.3207 | ||
نویسندگان | ||
ابراهیم سپهر* 1؛ محمد علی شیری آذر2؛ رامین ملکی3؛ حبیب خداوردیلو4؛ فرخ اسدزاده5؛ بهنام دولتی6 | ||
1گروه علوم خاک دانشگاه ارومیه | ||
2ارومیه - دانشگاه ارومیه | ||
3دپارتمان تحقیقاتی کروماتوگرافی جهاد دانشگاهی ایران، واحد آذربایجان غربی | ||
4گروه علوم خاک دانشکده کشاورزی دانشگاه ارومیه | ||
5عضو هیات علمی گروه علوم خاک | ||
6استاد دانشگاه ارومیه | ||
چکیده | ||
سابقه و هدف: آرسنیک یکی از مهمترین چالشهای زیستمحیطی در جوامع درحالتوسعه است. منابع آب آلوده به آرسنیک از مهمترین مسیرهای در معرض قرارگیری انسان و حیوان به آرسنیک معدنی است. روشهای مختلف فیزیکوشیمیایی و بیولوژیکی برای رفع آلایندگی آرسنیک از محیطهای آبی وجود دارد. در مقایسه با مزایا و معایب روشهای حذف آرسنیک روش جذب به علت سهولت کاربرد و هزینه کم بر سایر روشها ارجحیت دارد. ترکیبات آهندار قابلیت بالایی برای جذب آرسنیک از محلولهای آبی دارند. هدف این تحقیق حذف آرسنات از آب با استفاده از اصلاح بیوچار با نمک آهن است که میتواند در احیای منابع آب آلوده به آرسنات برای مصارف آشامیدنی و استفاده دوباره از پسابهای صنعتی مورد استفاده قرار گیرد. مواد و روشها: بهمنظور تولید بیوچار اصلاحشده نسبتهای 1/0 (0.1FeBC) و 4/0 (0.4FeBC) وزنی کلرید آهن 6 آبه به پودر زیستتوده حاصل از بقایای هرس درختان سیب اضافه گردید و به همراه یک نمونه شاهد (BC) به مدت یک ساعت در دمای 300 درجه سانتیگراد برای آتشکافت در داخل کوره تحت شرایط محدود اکسیژن قرار داده شد. برای ارزیابی مورفولوژی جاذبهای موردمطالعه تصاویر SEM تهیه گردید. آزمایش همدمای جذب در غلظتهای 0، 1، 2، 4، 6، 8 و 10 میلیگرم آرسنات در لیتر انجام شد. غلظت آرسنات در نمونهها با استفاده از دستگاه جذب اتمی به روش تولید هیدرید (HG-AAS) اندازهگیری شد. دادههای آزمایشی به چهار مدل جذبی لانگمویر، فروندلیچ، تمکین و دوبینین – رادوشکویچ برازش داده شد و پارامترهایی نظیر انرژی ظاهری جذب (E)، کارایی حذف، انرژی آزاد گیبس ((∆G) و فاکتور جداسازی محاسبه گردید. یافتهها: نمک آهن ویژگیهای سطح بیوچار را تغییر داده و باعث ایجاد ترکیبات گرانولهشکل در سطح جاذب شد. نتایج نشان داد که با افزایش مقدار آهن در جاذب حذف آرسنات از محلول بیشتر میشود و بیشترین کارایی حذف (86%) برای جاذب 0.4FeBC در غلظت 1 میلیگرم در لیتر آرسنات به دست آمد. توانایی مدل فروندلیچ در شبیهسازی فرایند جذب آرسنات توسط جاذبهای اصلاحشده با آهن بیشتر از مدلهای لانگمویر، دوبینین – رادوشکویچ و تمکین است. افزایش محتوی آهن در جاذب ضرایب مدلهای فروندلیچ (KF و n)، تمکین (KT و A)، و لانگمویر (KL و qmax) را افزایش، ولی ثابت مدل دوبینین – رادوشکویچ (KDR) و فاکتور جداسازی (RL) را کاهش داد. بیشترین مقدار برای حداکثر ظرفیت جذب (qmax) از جاذب 0.4FeBC به مقدار 66/7 میلیگرم آرسنات بر گرم جاذب به دست آمد. مقادیر بهدستآمده برای انرژی ظاهری جذب (E) نشان داد که فرایند جذب برای بیوچار اصلاحنشده از نوع فیزیکی (کمتر از 8 کیلوژول بر مول) و برای بیوچارهای اصلاحشده از نوع شیمیایی است. بر طبق انرژی آزاد گیبس (∆G) محاسبهشده فراینده جذب آرسنات توسط جاذبهای موردمطالعه خودبهخودی است. نتیجهگیری: بر اساس نتایج این تحقیق اصلاح بیوچار با نمک آهن به علت داشتن قابلیت دسترسی منطقهای و کاربرد آسان میتواند بهعنوان یک جاذب ارزانقیمت برای رفع آلایندگی آرسنات از آب تلقی شود. | ||
کلیدواژهها | ||
آرسنیک؛ بیوچار؛ همدما؛ ظرفیت جذب | ||
مراجع | ||
1.Abdolali, A., Guo, W.S., Ngo, H.H., Chen, S.S., Nguyen, N.C., and Tung, K.L. 2014. Typical lignocellulosic wastes and by-products for biosorption process in water and wastewater treatment: a critical review. Bioresource technology. 160: 57-66.
2.Agrafioti, E., Kalderis, D., and Diamadopoulos, E. 2014. Ca and Fe modified biochars as adsorbents of arsenic and chromium in aqueous solutions. J. Environ. Manage. 146: 444-450.
3.Ahmed, M.B., Zhou, J.L., Ngo, H.H., Guo, W., Johir, M.A.H., and Belhaj, D. 2017. Competitive sorption affinity of sulfonamides and chloramphenicol antibiotics toward functionalized biochar for water and wastewater treatment. Bioresource technology. 238: 306-312.
4.Babaee, Y., Mulligan, C.N., and Rahaman, M.S. 2017. Stabilization of Fe/Cu nanoparticles by starch and efficiency of arsenic adsorption from aqueous solutions. Environmental Earth Sciences. 76: 19. 650.
5.Camacho, L.M., Ponnusamy, S., Campos, I., Davis, T.A., and Deng, S. 2015. Evaluation of novel modified activated alumina as adsorbent for arsenic removal. In Handbook of Arsenic Toxicology. Academic Press. Pp: 121-136.
6.Chaudhry, S.A., Khan, T.A., and Ali, I. 2017. Zirconium oxide-coated sand based batch and column adsorptive removal of arsenic from water: Isotherm, kinetic and thermodynamic studies. Egypt. J. Petroleum. 26: 2. 553-563.
7.Chaudhry, S.A., Zaidi, Z., and Siddiqui, S.I. 2017. Isotherm, kinetic and thermodynamics of arsenic adsorption onto Iron-Zirconium Binary Oxide-Coated Sand (IZBOCS): Modelling and process optimization. J. Mol. Liquid. 229: 230-240.
8.Cheng, Y., Zhang, S., Huang, T., and Li, Y. 2019. Arsenite removal from groundwater by iron–manganese oxides filter media: Behavior and mechanism. Water Environment Research. 91: 6. 536-545.
9.Chitsazan, M., Dorraninejad, M.S., Zarasvandi, A., and Mirzaii, S.Y. 2009. Occurrence, distribution and source of arsenic in deep groundwater wells in Maydavood area, southwestern Iran. Environmental geology. 58: 4. 727-737.
10.Faghani, H.A., and Heshmati Jannat Magham, A. 2019. Study of Phenol Red pigment removal from aqueous solution using Magnetite Nanoparticle. J. Water Soil Cons. 26: 3. 109-125. (In Persian)
11.Foo, K.Y., and Hameed, B.H. 2010. Insights into the modeling of adsorption isotherm systems. Chem. Engin. J. 156: 1. 2-10.
12.Freitas, E.T., Stroppa, D.G., Montoro, L.A., de Mello, J.W., Gasparon, M., and Ciminelli, V.S. 2016. Arsenic entrapment by nanocrystals of Al-magnetite: the role of Al in crystal growth and as retention. Chemosphere. 158: 91-99.
13.Gupta, V.K., Gupta, M., and Sharma, S. 2001. Process development for the removal of lead and chromium from aqueous solutions using red mud-an aluminium industry waste. Water research. 35: 5. 1125-1134.
14.Hamidian, A.H., Razeghi, N., Zhang, Y., and Yang, M. 2019. Spatial distribution of arsenic in groundwater of Iran, a review. J. Geochem. Exp. 201: 88-98
15.Han, B., Runnells, T., Zimbron, J., and Wickramasinghe R. 2002. Arsenic removal from drinking water by flocculation and microfiltration. Desalination. 145:1. 293-298.
16.He, R., Peng, Z., Lyu, H., Huang, H., Nan, Q., and Tang, J. 2018. Synthesis and characterization of an iron-impregnated biochar for aqueous arsenic removal. Science of the Total Environment. 612: 1177-1186.
17.Hu, X., Ding, Z., Zimmerman, A.R., Wang, S., and Gao, B. 2015. Batch and column sorption of arsenic onto iron-impregnated biochar synthesized through hydrolysis. water research. 68: 206-216. 18.IARC Working Group on the Evaluation of Carcinogenic Risks to Humans, World Health Organization and International Agency for Research on Cancer, 2004. Some drinking-water disinfectants and contaminants, including arsenic. Vol. 84.
19.Inyang, M.I., Gao, B., Yao, Y., Xue, Y., Zimmerman, A., Mosa, A., Pullammanappallil, P., Ok, Y.S., and Cao, X. 2016. A review of biochar as a low-cost adsorbent for aqueous heavy metal removal. Critical Reviews in Environmental Science and Technology. 46: 4. 406-433.
20.Jain, M., Garg, V.K., and Kadirvelu, K. 2009. Chromium (VI) removal from aqueous system using Helianthus annuus (sunflower) stem waste. J. Hazard. Mater. 162: 1. 365-372.
21.Kalaruban, M., Loganathan, P., Nguyen, T.V., Nur, T., Johir, M.A.H., Nguyen, T.H., Trinh, M.V., and Vigneswaran, S. 2019. Iron-impregnated granular activated carbon for arsenic removal: Application to practical column filters. J. Environ. Manage. 239: 235-243.
22.Khorasanipour, M., and Esmaeilzadeh, E. 2015. Geo-genic arsenic contamination in the Kerman Cenozoic Magmatic Arc, Kerman, Iran: Implications for the source identification and regional analysis. Applied Geochemistry. 63: 610-622.
23.Komkiene, J., and Baltrenaite, E. 2016. Biochar as adsorbent for removal of heavy metal ions [Cadmium (II), Copper (II), Lead (II), Zinc (II)] from aqueous phase. Intern. J. Environ. Sci. Technol. 13: 2. 471-482.
24.Kwok, K.C., Koong, L.F., Al Ansari, T., and McKay, G. 2018. Adsorption/ desorption of arsenite and arsenate on chitosan and nanochitosan. Environmental Science and Pollution Research. 25: 15. 14734-14742. 25.Lata, S., and Samadder, S.R. 2016. Removal of arsenic from water using nano-adsorbents and challenges: a review. J. Environ. Manage. 166: 387-406.
26.Li, R., Wang, J.J., Gaston, L.A., Zhou, B., Li, M., Xiao, R., Wang, Q., Zhang, Z., Huang, H., Liang, W., and Huang, H. 2018. An overview of carbothermal synthesis of metal–biochar composites for the removal of oxyanion contaminants from aqueous solution. Carbon. 129: 674-687.
27.Lin, L., Qiu, W., Wang, D., Huang, Q., Song, Z., and Chau, H.W. 2017. Arsenic removal in aqueous solution by a novel Fe-Mn modified biochar composite: characterization and mechanism. Ecotoxicology and environmental safety. 144: 514-521.
28.Litter M.I., Morgada M.E., and Bundschuh J. 2010. Possible treatments for arsenic removal in Latin American waters for human consumption. Environmental Pollution. 158: 5. 1105-1118.
29.Mandal, P. 2017. An insight of environmental contamination of arsenic on animal health. Emerging Contaminants. 3: 1. 17-22.
30.Mansouri, T., Golchin, A., Babaakbari Sari, M., and Sh. Ahmadi. 2017. Reduction of arsenic mobilization in soil by application of hematite nanoparticles and acrylic polymers. J. Water Soil Cons. 23: 6. 79-99. (In Persian)
31.Matschullat, J. 2000. Arsenic in the geosphere-a review. Science of the Total Environment. 249: 1-3. 297-312.
32.Mosaferi, M., Yunesian, M., Dastgiri, S., Mesdaghinia, A., and Esmailnasab, N. 2008. Prevalence of skin lesions and exposure to arsenic in drinking water in Iran. Science of the total environment. 390: 1. 69-76.
33.Navas-Acien, A., Silbergeld, E.K., Streeter, R.A., Clark, J.M., Burke, T.A., and Guallar, E. 2005. Arsenic exposure and type 2 diabetes: a systematic review of the experimental and epidemiologic evidence. Environmental health perspectives. 114: 5. 641-648.
34.Nriagu, J.O., Bhattacharya, P., Mukherjee, A.B., Bundschuh, J., Zevenhoven, R., and Loeppert, R.H. 2007. Arsenic in soil and groundwater: an overview. Trace Metals and other Contaminants in the Environment. 9: 3-60.
35.Özcan, A.S., Erdem, B., and Özcan, A. 2005. Adsorption of Acid Blue 193 from aqueous solutions onto BTMA-bentonite. Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects. 266: 1-3. 73-81.
36.Peng, L., Liu, Y., Sun, J., Wang, D., Dai, X., and Ni, B.J. 2017. Enhancing immobilization of arsenic in groundwater: A model-based evaluation. J. Cleaner Prod. 166: 449-457.
37.Ravenscroft, P., Brammer, H., and Richards, K. 2009. Arsenic pollution: a global synthesis. John Wiley & Sons. 28: 588.
38.Ren, Z., Zhang, G., and Chen, J.P. 2011. Adsorptive removal of arsenic from water by an iron–zirconium binary oxide adsorbent. J. Coll. Inter. Sci. 358: 1. 230-237.
39.Rosales, E., Meijide, J., Pazos, M., and Sanromán, M.A. 2017. Challenges and recent advances in biochar as low-cost biosorbent: from batch assays to continuous-flow systems. Bioresource technology. 246: 176-192.
40.Sarkar, A., and Paul, B. 2016. The global menace of arsenic and its conventional remediation-A critical review. Chemosphere. 158: 37-49.
41.Shahid, M., Niazi, N.K., Dumat, C., Naidu, R., Khalid, S., Rahman, M.M., and Bibi, I. 2018. A meta-analysis of the distribution, sources and health risks of arsenic-contaminated groundwater in Pakistan. Environmental pollution. 242: 307-319. 42.Singh, R., Singh, S., Parihar, P., Singh, V.P., and Prasad, S.M. 2015. Arsenic contamination, consequences and remediation techniques: a review. Ecotoxicology and environmental safety. 112: 247-270.
43.Smith, A.H., and Steinmaus, C.M. 2009. Health effects of arsenic and chromium in drinking water: recent human findings. Annual review of public health. 30: 107-122.
44.Song, X., Zhou, L., Zhang, Y., Chen, P., and Yang, Z. 2019. A novel cactus-like Fe3O4/Halloysite nanocomposite for arsenite and arsenate removal from water. J. Cleaner Prod. 224: 573-582.
45.Suazo-Hernández, J., Sepúlveda, P., Manquián-Cerda, K., Ramírez-Tagle, R., Rubio, M.A., Bolan, N., Sarkar, B., and Arancibia-Miranda, N. 2019. Synthesis and characterization of zeolite-based composites functionalized with nanoscale zero-valent iron for removing arsenic in the presence of selenium from water. J. Hazard. Mater. 373: 810-819.
46.Tabaraki, R., and Heidarizadi, E. 2018. Simultaneous biosorption of Arsenic (III) and Arsenic (V): Application of multiple response optimizations. Ecotoxicology and environmental safety. 166: 35-41.
47.Thavamani, S.S., and Rajkumar, R. 2013. Removal of Cr (VI), Cu (II), Pb (II) and Ni (II) from aqueous solutions by adsorption on alumina. Res. J. Chem. Sci. 3: 8. 44-48.
48.Van Vinh, N., Zafar, M., Behera, S.K., and Park, H.S. 2015. Arsenic (III) removal from aqueous solution by raw and zinc-loaded pine cone biochar: equilibrium, kinetics and thermodynamics studies. Inter. J. Environ. Sci. Technol. 12: 4. 1283-1294.
49.Wang, S., Gao, B., Li, Y., Creamer, A.E., and He, F. 2017. Adsorptive removal of arsenate from aqueous solutions by biochar supported zero-valent iron nanocomposite: batch and continuous flow tests. J. Hazard. Mater. 322: 172-181.
50.Wang, S., Gao, B., Li, Y., Wan, Y., and Creamer, A.E. 2015. Sorption of arsenate onto magnetic iron–manganese (Fe-Mn) biochar composites. RSC Advances. 5: 83. 67971-67978.
51.Wang, S., Gao, B., Li, Y., Zimmerman, A.R., and Cao, X. 2016. Sorption of arsenic onto Ni/Fe layered double hydroxide (LDH)-biochar composites. RSC Advances. 6: 22. 17792-17799.
52.Wickramasinghe, S.R., Han, B., Zimbron, J., Shen, Z., and Karim, M.N. 2004. Arsenic removal by coagulation and filtration: comparison of groundwater from the United States and Bangladesh. Desalination. 169: 3. 231-244.
53.Xia, D., Tan, F., Zhang, C., Jiang, X., Chen, Z., Li, H., Zheng, Y., Li, Q., and Wang, Y. 2016. ZnCl2-activated biochar from biogas residue facilitates aqueous As (III) removal. Applied Surface Science. 377: 361-369.
54.Yoder, J., Galinato, S., Granatstein, D., and Garcia-Perez, M. 2011. Economic tradeoff between biochar and bio-oil production via pyrolysis. Biomass and Bioenergy. 35: 5. 1851-1862.
55.Yu, Z., Zhou, L., Huang, Y., Song, Z., and Qiu, W. 2015. Effects of a manganese oxide-modified biochar composite on adsorption of arsenic in red soil. J. Environ. Manage. 163: 155-162.
56.Zhou, Q., Teng, Y., and Liu, Y. 2017. A study on soil-environmental quality criteria and standards of arsenic. Applied geochemistry. 77: 158-166. | ||
آمار تعداد مشاهده مقاله: 766 تعداد دریافت فایل اصل مقاله: 573 |