جلد 16، شماره 8 - ( 8-1396 )                   جلد 16 شماره 8 صفحات 714-703 | برگشت به فهرست نسخه ها

XML English Abstract Print


Download citation:
BibTeX | RIS | EndNote | Medlars | ProCite | Reference Manager | RefWorks
Send citation to:

Shekari H, Sayadi M, Rezaei M, Alahresani A. An Investigation of Cadmium Removal by Nickel Ferrite-Titanium Oxide Nanocomposite from Aqueous Solutions. JRUMS 2017; 16 (8) :703-714
URL: http://journal.rums.ac.ir/article-1-3876-fa.html
شکری حسین، صیادی محمد حسین، رضائی محمد رضا، اله رسانی علی. بررسی میزان حذف کادمیوم از محلول‌های آبی به وسیله نانوکامپوزیت نیکل فریت با پوشش اکسید تیتانیوم. مجله دانشگاه علوم پزشکی رفسنجان. 1396; 16 (8) :703-714

URL: http://journal.rums.ac.ir/article-1-3876-fa.html


دانشگاه بیرجند
متن کامل [PDF 342 kb]   (2516 دریافت)     |   چکیده (HTML)  (3654 مشاهده)
متن کامل:   (1694 مشاهده)
مقاله پژوهشی
مجله دانشگاه علوم پزشکی رفسنجان
دوره 16، آبان 1396، 714-703
 
بررسی میزان حذف کادمیوم از محلول­های آبی به وسیله نانوکامپوزیت نیکل فریت با پوشش اکسید تیتانیوم
 
حسین شکری[1]، محمدحسین صیادی[2]، محمدرضا رضایی[3]، علی اله‌رسانی[4]
 
دریافت مقاله: 14/4/96   ارسال مقاله به نویسنده جهت اصلاح: 15/7/96    دریافت اصلاحیه از نویسنده: 23/7/96         پذیرش مقاله: 1/8/96
 
 
چکیده
زمینه و هدف: فلزات سنگین از رایج­ترین آلاینده­های موجود در پساب­های صنعتی هستند. عنصر کادمیوم به دلیل سمیت و اثرات مضر بر انسان اهمیت زیادی دارد. هدف مطالعه حاضر تعیین میزان حذف کادمیوم از محلول­های آبی توسط نانوکامپوزیت نیکل فریت-­اکسید تیتانیوم بود.
مواد و روش‌ها: این پژوهش از نوع تجربی-­آزمایشگاهی بود که در یک سیستم ناپیوسته تحت دمای محیط انجام گردید. تأثیر پارامتر­های pH، مقدار جاذب، زمان تماس، غلظت اولیه فلزات کادمیوم بر میزان جذب، بررسی و مقادیر حذف کادمیوم از محلول­های آبی با کمک دستگاه طیف‌سنج جذب اتمی (Conter AA700) اندازه­گیری شد. همچنین مدل­سازی سینتیک و ایزوترم­های جذب لانگمویر، فروندلیچ و تمکین مورد مطالعه قرار گرفت.
یافته­ها: بالاترین درصد حذف کادمیوم در pH 6، با غلظت اولیه 2 میلی­گرم بر لیتر، در مدت زمان 30 دقیقه و مقدار 4/0 گرم بر لیتر نانو­کامپوزیت نیکل فریت-اکسید تیتانیوم رخ داد؛ بررسی روابط ایزوترمی نشان داد جذب کادمیوم از مدل لانگمویر با مقدار ضریب همبستگی 9905/0 پیروی می­نماید. بر طبق نتایج سینتیک جذب کادمیوم از مدل شبه درجه دوم با میزان ضریب 9999/0 تبعیت می­کند.
نتیجه­گیری: نانو کامپوزیت نیکل فریت-­اکسید تیتانیوم می­تواند به عنوان جاذبی مؤثر در حذف کادمیوم از محلول­های آبی استفاده شود. زیرا توانایی بالایی در حذف این عنصر دارد.
واژه­های کلیدی: کادمیوم، نانوکامپوزیت نیکل فریت، جذب، محلول­های آبی، ایزوترم
 
مقدمه
در حال حاضر فلزات سنگین به دلیل غیر قابل تجزیه بودن، سمیت، ماندگاری و تجمع در طبیعت حتی در مقادیر کم یک مسئله نگران­کننده زیست محیطی هستند. کادمیوم از طریق احتراق سوخت­های فسیلی، تولید فلز، آبکاری، ساخت باطری، کودهای شیمیایی فسفات و رنگدانه­ها وارد محیط زیست می‌گردد ]1[. به علت اثرات مضر کادمیوم، این عنصر یکی از سمی­ترین عناصر برای انسان­ها و محیط زیست می­باشد ]2[. عنصر سنگین کادمیوم منجر به بیماری­های بسیاری نظیر فشار‌خون، آسیب­های کلیوی، دیابت، ناهنجاری­های اسکلتی و اختلالات قلبی و عروقی می‌شود ]3[. روش­های متنوعی جهت حذف فلزات سنگین از محیط­های آبی وجود دارد که می­توان به لخته­سازی، اکسایش، ترسیب، تبادل یونی، اسمز معکوس و الکترودیالیز اشاره نمود؛ این روش­ها دارای محدودیت­هایی همچون زمان‌بر بودن و هزینه بالا می‌باشند ]4[. جذب سطحی به وسیله نانو ذرات فلزی روشی مؤثر و سازگار با محیط زیست است که در سال‌های اخیر به منظور حذف فلزات سنگین از محلول­های آبی مورد بررسی و استفاده قرار گرفته است ]5[.  کاربرد وسیع نانو‌ذرات در جذب سطحی را می‌توان به دلایل راندمان بالای جذب، واکنش­پذیری زیاد، جایگاه­های فعال بیشتر و قابلیت پراکنده شدن در محیط­های آبی عنوان نمود؛ همچنین نانو­ذرات به علت اندازه بسیار کوچک و دارا بودن نسبت بالای سطح به جرم شرایط مناسبی را جهت جذب یون­های فلزی از محلول­های آبی فراهم می­سازند ]6[. استفاده از نانو­ذرات FeNi3 (نیکل فریت) به علت واکنش سریع، کارایی بالا در تجزیه و حذف فلزات سنگین از محیط­های آبی آلوده و توانایی بالای جذب به دلیل خاصیت مغناطیسی می­تواند مورد بررسی و توجه بیشتری قرار گیرد زیرا جداسازی آلاینده­ها توسط نانو ذرات دارای خاصیت مغناطیسی- به خاطر نبود مسائل و مشکلات سایر روش­ها نظیر فیلتراسیون، سانتریفوژ و همچنین مصرف انرژی کمتر- مناسب و کارامد می­باشد ]7[. Engates و Shipley طی مطالعه­ای نشان دادند که نانو­ذرات اکسید تیتانیوم توانایی جذب یون­های سرب، کادمیوم، مس، روی و نیکل را از محیط­های آبی دارد ]8[. نتایج مطالعه Singh و همکاران با عنوان حذف کادمیوم از محلول­های آبی به وسیله جذب سطحی با استفاده از نانوکامپوزیت پلی­آکرین آمید اصلاح شده با صمغ-­سیلیکا نشان داد که این جاذب به طور مؤثری در حذف کادمیوم عمل کرده، همچنین داده­های تعادلی فرایند جذب از مدل لانگمویر با مقدار ضریب همبستگی 99/0 پیروی می­کند ]9[. Ge و Wang از نانوکامپوزیت پلی­اسید آکریلیک-­کربن فعال شده، که یک جاذب با کارایی بالا است برای حذف کادمیوم از محلول­های آبی استفاده کرده­اند. بررسی­های سینتیکی نشان داده که داده­های فرایند جذب کادمیوم با مدل سینتیکی شبه درجه دوم (ضریب همبستگی 9991/0) مطابقت داشته است ]10[.
هدف از انجام این پژوهش بررسی میزان حذف کادمیوم از محلول­های آبی به وسیله نانوکامپوزیت نیکل فریت-با پوشش اکسید تیتانیوم می باشد.
مواد و روش­ها
آماده­سازی جاذب: نانوکامپوزیت نیکل فریت-­اکسید تیتانیوم از دانشکده منابع طبیعی و محیط زیست دانشگاه بیرجند تهیه گردید. نانوکامپوزیت FeNi3/TiO2 مطابق روش استوبر  (Stober)با اندکی تغییرات ساخته شده است. جهت شناسایی و مشخص نمودن ویژگی­های این نانوکامپوزیت از  Transmission Electron Microscope (Philips Model CM120) و Vibrating Sample Magnetometer (Model 7400)  استفاده شده، که براساس نتایج اندازه­گیری­ها این ذرات دارای خاصیت مغناطیسی بوده و متوسط اندازه آن­ها 10 نانومتر با شکل کروی می­باشد.
آزمایش­های جذب: این پژوهش از نوع تجربی-­آزمایشگاهی بود که در یک سیستم ناپیوسته تحت دمای محیط انجام گردید. ابتدا محلول­های استوک کادمیوم (1000 میلی‌گرم بر لیتر) با استفاده از حل کردن نمک نیترات کادمیوم در آب بدون یون تهیه شد. سپس محلول‌های استاندارد جهت انجام آزمایش از طریق رقیق نمودن محلول استوک تهیه گردید. نمونه­ها در دمای محیط (25 درجه سانتی­گراد) برحسب زمان تماس مشخص در دستگاه شیکر با سرعت 200 دور در دقیقه قرار گرفتند. اندازه­گیری نمونه­های حاوی فلز سنگین کادمیوم با استفاده از دستگاه جذب اتمی (Conter AA700) انجام شد.
پارامتر­های pH، مقدار جاذب، زمان تماس و غلظت اولیه کادمیوم بر اساس مطالعات قبلی انجام شده در زمینه حذف کادمیوم با جاذب‌های سطحی در محدوده­های مشخص در نظر گرفته شد و مورد بررسی قرار گرفت. مطالعه تأثیر pH بر جذب با دامنه 9-3 (3،5،6،7،8،9) انجام شد. جهت مشخص کردن تأثیر مقدار جاذب بر جذب کادمیوم مقادیر مختلف جاذب در محدوده 9/0-2/0 (2/0، 3/0، 4/0، 5/0، 7/0، 9/0) گرم بر لیتر مطالعه گردید. تعیین زمان تعادل و سینتیک جذب در بازه زمانی 60-5 (5،10،20،30،45،60) دقیقه، صورت پذیرفت. تأثیر غلظت اولیه کادمیوم در محدوده 10-5/ 0(10، 7، 4، 2، 1، 5/0) میلی­گرم بر لیتر بر میزان جذب آن­ در pH، مقدار جاذب و زمان تماس بهینه مراحل قبل انجام شد. در نهایت نتایج توسط نرم‌افزار Excel ذخیره گردید و تجزیه و تحلیل انجام گرفت.
برای محاسبه درصد حذف کادمیوم از معادله (1) استفاده شد.
معادله (1)           
ظرفیت تعادلی  جاذب با استفاده از معادله (2) محاسبه گردید.
معادله (2)                 
که در این روابط، qe مقدار یون­های فلزی جذب شده به ازای واحد جرم جاذب، Co غلظت اولیه یون­های فلزی موجود در محلول بر حسب میلی­گرم بر لیتر، Ce غلظت تعادلی یون­های فلزی در محلول بر حسب میلی­گرم بر لیتر، V حجم محلول بر حسب لیتر و m وزن جاذب بر حسب گرم می­باشد.
ایزوترم­های جذب: به منظور بررسی رفتار جاذب، معادلات و ایزوترم­های مختلفی وجود دارد که در این پژوهش ایزوترم­های لانگمویر، فروندلیچ تمکین مورد استفاده و تجزیه و تحلیل قرار گرفتند.
معادله خطی لانگمویر به صورت معادله (3) بیان می‌شود.
 معادله (3)                    
که در این معادله، Ce غلظت تعادلی فلز در محلول برحسب میلی­گرم بر لیتر،  qeمقدار  فلز جذب شده به ازای واحد وزن جذب برحسب میلی­گرم بر گرم، KL و qm ثابتهای ایزوترم لانگمویر هستند.
معادله خطی ایزوترم جذب فروندلیچ به صورت معادله (4) می باشد.
 معادله (4)     
که در آن KF و n ثابت­های فروندلیچ، Ce غلظت ماده جذب شونده در فاز مایع پس از رسیدن به حالت تعادل بر حسب میلی­گرم بر لیتر و qe مقدار ماده جذب شده در واحد جرم جاذب بر حسب میلی­گرم بر گرم می­باشد.
ایزوترم تمکین به صورت معادله خطی زیر بیان می‌شود.
معادله (5)                   qe = BT ln KT + BT ln Ce
 KTو BT ثابت­های این ایزوترم هستند که با استفاده از نمودار qe برحسب ln Ce می­توان مقادیر آن­ها را به ترتیب ازعرض از مبدا و شیب نمودار تعیین نمود.
- سینتیک جذب
معادلات سینتیک شبه درجه یک و دو به ترتیب بر اساس معادلات 6 و 7  بیان می­شوند.
(6)     
(7)                          
که دراین معادلات، qe برابر مقدار املاح جذب شده در حالت تعادل (برحسب میلی‌گرم بر گرم)، qt مقدار املاح جذب شده در زمان (بر حسب میلی‌گرم برگرم)، K1 و K2  ثابت­های سرعت تعادلی سینتیک درجه اول و دوم می­باشند.
نتایج
بررسی اثر pH محلول بر میزان جذب عنصر کادمیوم: نمودار 1 تأثیر pH بر راندمان حذف کادمیوم توسط نانوکامپوزیت نیکل فریت-­اکسید تیتانیوم را نشان می­دهد. همان‌طور که مشاهده می‌شود با افزایش pH محلول، روند جذب کادمیوم توسط جاذب افزایش یافت؛ به طوری که بیشترین میزان جذب در6pH= با مقدار 16/95% اتفاق افتاده است. در pHهای بالاتر از 6 کارآیی فرایند جذب کاهش می­یابد.

نمودار 1- تأثیر pH  محلول بر درصد حذف یون­های کادمیوم
بررسی اثر زمان تماس بر کارآیی فرآیند جذب کادمیوم: همان‌طور که در نمودار 2 مشاهده می­شود، سرعت جذب در دقایق اولیه بالاست و با گذشت زمان راندمان حذف تقریباً ثابت شد. بیشترین میزان درصد حذف کادمیوم پس از مدت 30 دقیقه با مقدار 26/94 بدست آمد.

نمودار 2- تأثیر زمان تماس بر درصد حذف یون­های کادمیوم
بررسی اثر مقدار جاذب بر راندمان حذف یون­های کادمیوم: نتایج حاصل از تأثیر مقدار جاذب (نانو کامپوزیت نیکل فریت-­اکسید تیتانیوم) بر میزان جذب عنصر کادمیوم در نمودار 3 نشان داده شده است. بر طبق این نتایج با افزایش مقدار جاذب، درصد حذف یون­های کادمیوم افزایش یافت؛ زیرا با افزایش جاذب، تعداد مکان‌های جذب قابل دسترس افزایش یافته است. اما از غلظت 4/0 گرم بر لیتر با افزایش غلظت جاذب تغییر محسوسی در درصد حذف کادمیوم دیده ­نمی‌شود.

نمودار 3- تأثیر مقدار جاذب بر درصد حذف عنصر کادمیوم

بررسی اثر غلظت اولیه کادمیوم بر میزان جذب آن: نتایج موجود در نمودار 4 بیان می­کند که با افزایش غلظت یون‌های کادمیوم راندمان جذب کاهش یافت؛ به طوری که در غلظت 10 میلی­گرم در لیتر به کمترین میزان خود رسید. همچنین نتایج بیانگر این است که افزایش غلظت اولیه کادمیوم باعث افزایش ظرفیت جذب، جاذب گردید.

نمودار 4- تأثیر غلظت اولیه کادمیوم بر درصد حذف آن
 
تعیین مدل ایزوترم جذب: آزمایش­های لازم به منظور بررسی ایزوترم­های جذب با ایجاد شرایط پایه pH، زمان تماس و میزان جاذب بهینه با غلظت­های اولیه متفاوت از کادمیوم صورت پذیرفت. با استفاده از نتایج حاصل از آزمایش­های جذب، منحنی­های ایزوترم رسم گردید که در نمودار 5 ایزوترم لانگمویر نشان داده شده است. ضرایب ثابت و همبستگی ایزوترم­های جذب در جدول 1 ارائه شده است.
 
 
جدول 1- ثابت­های جذب و ضرایب همبستگی مدل­های ایزوترمی جذب
فلز سنگین لانگمویر فروندلیچ تمکین
R2 qm KL R2 N KF R2 BT KT
کادمیوم 9905/0 42/13 95/1 9874/0 27/2 86/6 9418/0 13/2 64/46
 
 

نمودار 5- ایزوترم لانگمویر برای جذب کادمیوم توسط نانوکامپوزیت نیکل فریت-­اکسید تیتانیوم
بررسی سینتیک جذب: جهت بررسی سینتیک جذب فلز کادمیوم از دو مدل سینتیکی شامل مدل­های سینتیکی شبه درجه اول و شبه درجه دوم استفاده گردید. منحنی سینتیک جذب شبه درجه دوم در نمودار 6 نشان داده شده است. ضرایب مربوط به مدل­های سینتیکی در جدول 2 قابل مشاهده می‌باشد.

نمودار 6- سینتیک شبه درجه دوم برای جذب کادمیوم توسط نانوکامپوزیت نیکل فریت-­اکسید تیتانیوم
 
 
جدول 2- ضرایب همبستگی مدل­های سینتیکی درجه اول و شبه درجه دوم
فلز سنگین سینتیک شبه درجه اول سینتیک شبه درجه دوم
R2 qe K1 R2 qe K2
کادمیوم 7611/0 27/8 001/0 9999/0 84/4 183/0
 
 
بحث
در این پژوهش، بیشترین میزان جذب کادمیوم در pH برابر با 6 مشاهده شد، به همین جهت این pH به عنوان مقدار بهینه برای فرآیند جذب انتخاب گردید. در pHهای بالاتر از 6، آنیون­های OH- محیط افزایش می­یابند و این امر منجر به رقابت آن­ها با جاذب در جذب یون­های کادمیوم می­گردد بنابراین، میزان جذب یون­های کادمیوم توسط جاذب کاهش می‌یابد ]11[. در بازه قلیایی، رسوب‌‌دهی نقش بسزایی در حذف یون‌های کادمیوم ایفا می‌کند؛ همچنین احتمال رسوب‌دهی هیدروکسید‌های فلزی در حفرات و فضای اطراف ذرات بسیار کم است، زیرا از لحاظ سینتیکی فرایند جذب سریع‌تر از رسوب‌دهی می‌باشد ]12[. بنابراین، می‌توان گفت که حذف کادمیوم در pHهای کمتر از 6، به طور غالب توسط فرآیند جذب کنترل می‌شود و در pHهای بیشتر از 6، می‌توان انتظار داشت که این مقدار با رسوب هیدروکسید کادمیوم افزایش یابد. نتایج مطالعه Yang و همکاران نشان داد با افزایش مقدار pH از 1 به 6 راندمان حذف افزایش می­یابد و بیشترین میزان حذف کادمیوم در6pH= صورت گرفته است که با نتایج این پژوهش همخوانی دارد ]13[. Ge و همکاران در تحقیقی تحت عنوان حذف مؤثر فلزات سنگین کادمیوم، روی، سرب و مس از محلول­های آبی به وسیله نانوذرات مغناطیسی پلیمری اصلاح شده نشان دادند که با افزایش pH روند حذف فلزات سنگین به ویژه کادمیوم افزایش می‌یابد ]14[.
همان‌گونه که در نمودار 2 ملاحظه شد؛ در 30 دقیقه اول، راندمان حذف به بیشترین مقدار خود رسید که این امر نشان‌دهنده قابلیت و سرعت بالای نانوکامپوزیت نیکل فریت-‌اکسید تیتانیوم در حذف یون‌های کادمیوم است. با افزایش زمان، امکان تماس بیشتر یون با گروه‌های عاملی موجود در ساختار جاذب (مکان‌های جذب) فراهم و میزان جذب افزایش می‌یابد. پژوهش Gupta و Nayak در حذف و بازیابی کادمیوم از محلول‌های آبی توسط جاذب‌های جدید تهیه شده از پوست پرتقال و نانو‌ذرات Fe2O3 بیانگر آن است که بالاترین راندمان حذف در زمان‌های اول حاصل شده است؛ که با نتایج مطالعه حاضر همخوانی دارد ]15[. Gatabi و همکاران با استفاده از نانو جاذب‌های مغناطیسی ریز لوله کربنی در حذف مؤثر کادمیوم به نتایجی مشابه با این مرحله از این پژوهش دست یافتند که بیان می‌کند سرعت واکنش در ابتدا سریع و با گذشت زمان به حالت تعادل می‌رسد ]16[.
روشن است که با افزایش مقدار جاذب تعداد مکان‌های جذب قابل‌دسترس برای یون­های کادمیوم افزایش می‌یابد؛ لذا کارآیی فرایند جذب بیشتر می­شود، اما ظرفیت جذب کاهش یافت که دلیل آن اشباع نشدن مکان‌ها در واکنش‌های جذبی است. نتایج تحقیق Salam و همکاران نشان داد، راندمان حذف کادمیوم با افزایش مقدار جاذب افزایش می­یابد ]17[. همچنین طی مطالعه‌ای کهFeng  و همکاران بر روی جذب کادمیوم و روی از محلول­های آبی با استفاده از نانو­ذرات مغناطیسی هیدروکسی آپاتیت انجام دادند؛ نتیجه آن شد که با افزایش مقدار جاذب کارآیی حذف افزایش می­یابد ]18[.
با افزایش غلظت اولیه یون‌های کادمیوم میزان جذب آن‌ها کاهش و ظرفیت جذب جاذب افزایش می‌یابد؛ زیرا با افزایش غلظت اولیه یون‌های فلزی، تعداد یون‌های در حال رقابت برای واکنش با گروه‌های عاملی سطح جاذب بیشتر می‌شود و در نتیجه مکان‌های جذب اشباع می‌گردد؛ همچنین افزایش غلظت یون‌های فلزی منجر به افزایش تعداد برخورد‌های بین این یون‌ها و جاذب می‌شود که این امر به نوبه خود فرآیند جذب را تسریع می‌کند ]19[. مطالعه Deng و همکاران با عنوان حذف همزمان کادمیوم و رنگینه‌های یونی از محلول‌های آبی با استفاده از نانو‌کامپوزیت مغناطیسی گرافن اکساید به عنوان جاذب، نتایجی مشابه با پژوهش حاضر دارد و نشان داد که با افزایش غلظت اولیه یون‌های کادمیوم، راندمان حذف کاهش می‌یابد ]20[. مطالعه Mahdavi و همکاران در حذف فلزات سنگین (کادمیوم، مس، نیکل و سرب) نشان داد با افزایش غلظت یون‌های فلزی، راندمان حذف کاهش می‌یابد ]21[.
مقایسه ضرایب همبستگی بدست آمده از رسم منحنی‌های هر یک از ایزوترم‌ها، می‌تواند به عنوان معیار مناسبی برای بیان تطبیق داده‌های جذب تعادلی و ایزوترم‌های مورد بررسی باشد. نتایج بررسی مدل‌های ایزوترمی نشان داد ضرایب همبستگی بالایی برای ایزوترم‌های لانگمویر، فروندلیچ و تمکین وجود دارد که مقادیر آن به ترتیب 9905/0، 9874/0 و 9418/0 می‌باشد؛ بنابراین می‌توان نتیجه گرفت که مدل‌سازی داده‌ها با مدل لانگمویر تطابق بیشتری دارد. در پژوهش Boparai و همکاران بر روی حذف کادمیوم توسط نانو­ذرات آهن صفر بررسی مدل‌های ایزوترمی لانگمویر، فروندلیچ، تمکین و دوبنین-­راشکویچ نشان داد که جذب کادمیوم از مدل لانگمویر بهتر تبعیت می­کند که با نتایج حاصله مطابقت دارد ]22[. مطالعه Singh و همکاران تحت عنوان حذف کادمیوم از محلول­های آبی به وسیله جذب با استفاده از نانوکامپوزیت آکریلامید اصلاح شده با سیلیکا  بیان می­کند که داده­های جذب کادمیوم از مدل لانگمویر پیروی می­کند و مقادیر ضرایب همبستگی برای ایزوترم‌های لانگمویر و فروندلیچ به ترتیب 99/0 و 83/0 می­باشد ]9[. سینتیک جذب به منظور، درک بهتر دینامیک جذب یون­های کادمیوم روی سطوح جاذب و تعیین مدلی جهت برآورد میزان جذب با زمان مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفت. با توجه به اطلاعات بدست آمده از مدل‌های سینتیکی (جدول 2) و بررسی ضرایب همبستگی این مدل­ها می­توان نتیجه گرفت که جذب کادمیوم بر روی نانوکامپوزیت نیکل فریت-­اکسید تیتانیوم از مدل سینتیک شبه درجه دوم با مقدار ضریب همبستگی 9999/0 پیروی می­کند. نتایج حاصله از مطالعه Badruddoza و همکاران در حذف فلزات سنگین به وسیله نانوکامپوزیت پلیمر سیکلو دکسترین-­Fe3O4 بیان می­کند که مدل سینتیک شبه درجه دوم برای جذب کادمیوم مناسب بوده و مقدار ضریب همبستگی آن 999/0 می­باشد ]23[. پژوهش Gong و همکاران با عنوان نانو‌ذرات آهن پوشش‌دار شده با لاک برای حذف یون‌های کادمیوم از محلول‌های آبی نشان داد که حذف کادمیوم از مدل سینتیک شبه درجه دوم با مقدار ضریب همبستگی 9994/0 پیروی می‌کند، که با نتایج این تحقیق همخوانی دارد ]24[. نتایج پژوهش حاضر بیانگر این است که نانوکامپوزیت نیکل فریت-‌اکسید تیتانیوم توانایی بالایی در جذب دارد که می‌توان از آن تحت شرایط بهینه به عنوان جاذب مؤثر برای حذف فلزات سنگین از جمله کادمیوم استفاده کرد.
نتیجه‌گیری
در این پژوهش عوامل مؤثر بر جذب فلز کادمیوم از محلول­های آبی به وسیله نانوکامپوزیت نیکل فریت-­اکسید تیتانیوم بررسی گردید. نتایج این تحقیق نشان داد نانوکامپوزیت مغناطیسی نیکل فریت-اکسید تیتانیوم جاذبی کارآمد و مؤثر در حذف یون­های کادمیوم از محلول‌های آبی است بنابراین، این نانو‌جاذب به علت واکنش سریع، کارایی بالا در حذف یون­های فلزی و جداسازی آسان به واسطه خاصیت مغناطیسی می­تواند در حذف فلزات سنگین از محیط­های آبی آلوده مورد استفاده قرار گیرد.
تشکر و قدردانی
این مقاله بخشی از پایان‌نامه در مقطع کارشناسی ارشد در سال 1395 می‌باشد که با حمایت دانشکده منابع طبیعی و محیط زیست دانشگاه بیرجند اجرا شده است. نویسندگان مقاله مراتب تشکر و قدردانی خود را از مسئولین محترم دانشکده علوم، دانشکده منابع طبیعی و محیط زیست دانشگاه بیرجند و تمامی کسانی که در انجام این تحقیق همکاری نموده­اند، اعلام می­دارند.
 

References
 
 
[1] Ghaleno OR, Sayadi M, Rezaei M, Kumar CP, Somashekar R, Nagaraja B. Potential ecological risk assessment of heavy metals in sediments of water reservoir case study: Chah Nimeh of Sistan. Proc Int Acad Ecol Environ Sci 2015; 5(4): 89-96.
[2] Sayadi M, Rezaei M, Rezaei A. Sediment toxicity and ecological risk of trace metals from streams surrounding a municipal solid waste landfill. Bull Environ Contam Toxicol  2015; 94(5): 559-63.
[3] Sayadi M, Torabi S. Geochemistry of soil and human health: A review. Poll Res 2009; 28(2): 257-62.
[4] Sajadi F, Sayadi MH, Hajiani M. Optimization study of adsorption process of Cadmium by synthesized silver nanoparticles using Chlorella vulgaris. J. Birjand Univ Med Sci 2016; 23(2): 119-29.
[5] Zhang Z, Li M, Chen W, Zhu S, Liu N, Zhu L. Immobilization of lead and cadmium from aqueous solution and contaminated sediment using nano-hydroxyapatite. Environ Pollut 2010; 158(2): 514-9.
[6] Banerjee SS, Chen D-H. Fast removal of copper ions by gum arabic modified magnetic nano-adsorbent. J Hazard Mater 2007; 147(3): 792-9.
[7] Wang P, Lo IM. Synthesis of mesoporous magnetic γ-Fe 2 O 3 and its application to Cr (VI) removal from contaminated water. Water Res 2009; 43(15): 3727-34.
[8] Engates KE, Shipley HJ. Adsorption of Pb, Cd, Cu, Zn, and Ni to titanium dioxide nanoparticles: effect of particle size, solid concentration, and exhaustion. Environ Sci Pollut Res 2011; 18(3): 386-95.
[9] Singh V, Pandey S, Singh S, Sanghi R. Removal of cadmium from aqueous solutions by adsorption using poly (acrylamide) modified guar gum–silica nanocomposites. Separ Purif Tech 2009; 67(3): 251-61.
[10] Ge H, Wang J. Ear-like poly (acrylic acid)-activated carbon nanocomposite: A highly efficient adsorbent for removal of Cd (II) from aqueous solutions. Chemosphere 2017; 169: 443-9.
[11]         Srivastava VC, Mall ID, Mishra IM. Equilibrium modelling of single and binary adsorption of cadmium and nickel onto bagasse fly ash. Chem Eng J 2006; 117(1): 79-91.
[12]         Mobasherpour I, Salahi E, Pazouki M. Removal of divalent cadmium cations by means of synthetic nano crystallite hydroxyapatite. Desalination 2011; 266(1): 142-8.
[13]         Yang G, Tang L, Lei X, Zeng G, Cai Y, Wei X, et al. Cd (II) removal from aqueous solution by adsorption on α-ketoglutaric acid-modified magnetic chitosan. Appl Surf Sci 2014; 292: 710-16.
[14]         Ge F, Li M-M, Ye H, Zhao B-X. Effective removal of heavy metal ions Cd 2+, Zn 2+, Pb 2+, Cu 2+ from aqueous solution by polymer-modified magnetic nanoparticles. J Hazard Mater 2012; 211: 366-72.
[15]         Gupta V, Nayak A. Cadmium removal and recovery from aqueous solutions by novel adsorbents prepared from orange peel and Fe2O3 nanoparticles. Chem Eng J 2012; 180: 81-90.
[16]         Gatabi MP, Moghaddam HM, Ghorbani M. Efficient removal of cadmium using magnetic multiwalled carbon nanotube nanoadsorbents: equilibrium, kinetic, and thermodynamic study. J Nanopart Res 2016; 18(7): 1-17.
[17]         Salam MA, Makki MS, Abdelaal MY. Preparation and characterization of multi-walled carbon nanotubes/chitosan nanocomposite and its application for the removal of heavy metals from aqueous solution. J Alloy Comp 2011; 509(5): 2582-7.
[18]         Feng Y, Gong J-L, Zeng G-M, Niu Q-Y, Zhang H-Y, Niu C-G, et al. Adsorption of Cd (II) and Zn (II) from aqueous solutions using magnetic hydroxyapatite nanoparticles as adsorbents. Chem Eng J 2010; 162(2): 487-94.
[19]         Kumar R, Bishnoi NR, Bishnoi K. Biosorption of chromium (VI) from aqueous solution and electroplating wastewater using fungal biomass. Chem Eng J 2008; 135(3): 202-8.
[20]         Deng J-H, Zhang X-R, Zeng G-M, Gong J-L, Niu Q-Y, Liang J. Simultaneous removal of Cd (II) and ionic dyes from aqueous solution using magnetic graphene oxide nanocomposite as an adsorbent. Chem Eng J 2013; 226: 189-200.
[21]         Mahdavi S, Jalali M, Afkhami A. Removal of heavy metals from aqueous solutions using Fe3O4, ZnO, and CuO nanoparticles. J Nanopart Res 2012; 14(8): 846.
 [22]        Boparai HK, Joseph M, O’Carroll DM. Kinetics and thermodynamics of cadmium ion removal by adsorption onto nano zerovalent iron particles. J Hazard Mater 2011; 186(1): 458-65.
[23]         Badruddoza AZM, Shawon ZBZ, Tay WJD, Hidajat K, Uddin MS. Fe 3 O 4/cyclodextrin polymer nanocomposites for selective heavy metals removal from industrial wastewater. Carbohydr Polymer 2013; 91(1): 322-32.
[24]         Gong J, Chen L, Zeng G, Long F, Deng J, Niu Q, et al. Shellac-coated iron oxide nanoparticles for removal of cadmium (II) ions from aqueous solution. J Environ Sci 2012; 24(7): 1165-73.


An Investigation of Cadmium Removal by Nickel Ferrite-Titanium Oxide Nanocomposite from Aqueous Solutions
 
 
H. Shekari[5], M.H. Sayadi[6], M.R. Rezaei[7], A. Alahresani[8]
 
Received: 05/07/2017  Sent for Revision: 07/10/2017    Received Revised Manuscript: 15/10/2017              Accepted: 23/10/2017
 
Background and Objectives: Heavy metals are the most common contaminants in industrial wastewater. Cadmium is important due to its toxicity and harmful effects on human beings. The aim of this study was to evaluate the removal of cadmium from aqueous solutions by nickel ferrite-titanium oxide nanocomposite.
Materials and Methods: This experimental – laboratory study was carried out in a discontinuous system under environment temperature. Scrutiny effects of pH, adsorbent dosage, contact time, initial concentration of cadmium on the adsorption and the removal of cadmium from aqueous solutions were measured using atomic absorption spectrometry (Conter AA700). Kinetic modeling and adsorption isotherms like Langmuir, Freundlich, and Temkin were also studied.
Results: The highest removal percentage of cadmium was observed in pH 6, with initial concentration of 2 mg/L, in period time of 30 minutes and 0/4 g/L of nickel ferrite- titanium oxide nano-composite. The result of adsorption isotherm models showed the best relationship with Langmuir isotherm model by the correlation coefficient of 0/9905. According to the results of kinetic models, cadmium adsorption was followed by pseudo second model with the coefficient of 0/9999.
Conclusion: Nickel ferrite- titanium oxide nanocomposite can be used as an effective adsorbent in removal of cadmium; because it has a high efficiency in removing these element.
Key words: Cadmium, Nickel ferrite nano-composite, Adsorption, Aqueous solutions, Isotherm
 
Funding: This research was funded by University of Birjand.
Conflict of interest: None declared.
Ethical approval: The research is done by chemical materials only.
 
How to cite this article: Shekari H, Sayadi MH, Rezaei MR, Alahresani A. An Investigation of Cadmium Removal by Nickel Ferrite-Titanium Oxide Nanocomposite from Aqueous Solutions. J Rafsanjan Univ Med Sci 2017; 16(8): 703-14. [Farsi]
 
 
 
-[1] کارشناس ارشد آلودگی‌های محیط زیست، دانشکده منابع طبیعی و محیط زیست، دانشگاه بیرجند، بیرجند، ایران
[2]- (نویسنده مسئول) دانشیار گروه محیط زیست، دانشکده منابع طبیعی و محیط زیست، دانشگاه بیرجند، بیرجند، ایران
    تلفن: 32254068-056، دورنگار: 32254068-056، پست الکترونیکی: mh_sayadi@birjand.ac.ir
[3]- دانشیار گروه محیط زیست، دانشکده منابع طبیعی و محیط زیست، دانشگاه بیرجند، بیرجند، ایران
[4]- استادیار گروه شیمی، دانشکده علوم، دانشگاه بیرجند، بیرجند، ایران ایران
 
[5]- MSc Student of Environment Pollutions, Department of Environment, Faculty of Natural Resources and Environment, University of Birjand, Birjand, Iran
[6]- Associate Prof., Dept. of Environment, Faculty of Natural Resources and Environment, University of Birjand, Birjand, Iran
    (Corresponding Author) Tel: (056)32254068, Fax: (056)32254068, Email: mh_sayadi@birjand.ac.ir
[7]- Associate Prof., Dept. of Environment, Faculty of Natural Resources and Environment, University of Birjand, Birjand, Iran
[8]- Assistant Prof., Dept. of Chemistry, Faculty of Science, University of Birjand, Birjand, Iran
نوع مطالعه: پژوهشي | موضوع مقاله: بهداشت
دریافت: 1396/3/31 | پذیرش: 1396/9/13 | انتشار: 1396/9/13

ارسال نظر درباره این مقاله : نام کاربری یا پست الکترونیک شما:
CAPTCHA

ارسال پیام به نویسنده مسئول


بازنشر اطلاعات
Creative Commons License این مقاله تحت شرایط Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License قابل بازنشر است.

کلیه حقوق این وب سایت متعلق به مجله علمی دانشگاه علوم پزشکی رفسنجان می باشد.

طراحی و برنامه نویسی : یکتاوب افزار شرق

© 2024 CC BY-NC 4.0 | Journal of Rafsanjan University of Medical Sciences

Designed & Developed by : Yektaweb