Skip to main content
SUPERVISOR
Sayyed-Saeid Eslamian,Jahangir Abedi-Koupai
سیدسعید اسلامیان (استاد مشاور) جهانگیر عابدی کوپائی (استاد راهنما)
 
STUDENT
Zahra Iravani
زهرا ایروانی محمدآبادی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده کشاورزی
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1390

TITLE

Removal of Benzene form Aqoueous Solution by Nano–Bioadsorbent Modified with Nano Zero Valent Iron
Environmental contamination attributed to the presence of organic and inorganic pollutants is one of the major problems in the world. Benzene is an organic chemical compound with the molecular formula C6H6. It is a natural constituent of crude oil, and is one of the most elementary petrochemicals. Benzene can enter the human organism through inhalation, ingestion or skin contact and may accumulate in bones, brain, kidney causing serious damage to the kidney, liver and nervous system. It causes anemia, cancer and sometimes even death. Due to the dangerous effects of benzene it is essential to check waste streams containing benzene before being discharged into the water resources. The maximum permissible limit assigned by World Health Organization (WHO) for benzene in drinking water is 0.001 mg/L (WHO, 1996). In recent years, attempts are therefore being made to develop inexpensive adsorbents utilizing abundant natural materials. Agricultural waste materials often employed as adsorbent may have potential marketing preference for wastewater treatment among other adsorbent types due to the low cost, environmentally friendly, naturally accessible and efficient. Using zero-valent iron nanoparticles (nZVI) has attracted attentions in the field of environmental pollution. For this purpose, using nZVI as one of the recent new technologies can be useful. These particles are very reactive as their sizes are very small. nZVI effectively reduces organic and inorganic pollutants, but their mobility and lifetime are limited. In this study, the ash cone pine(APC) and ash modified with nano zero-valent iron (APC+nZVI) were used for removal of benzene from aqueous solutions. Techniques such as XRD, FTIR, SEM and EDX were used to characterize the adsorbent attribute of the APC and APC+nZVI and its ability as an adsorbent, while variable initial concentration of benzene, the amount of adsorbent, contact time, temperature and pollutant's solution pH were investigated. Isotherm models, Langmuir and Freundlich were fitted to benzene adsorption equiblirium data. Kinetic models, pseudo first order, pseudo second order, intra particle diffusion and power function were used to describe kinetic data of benzene adsorption. Optimum benzene adsorption was observed at pH: 7 and optimum amount of adsorbent 0.1 g for APC and APC+nZVI. The observed equilibrium time on APC and APC+nZVI was 10 min and 300 min, respectively while, the equilibrium adsorption capacities were 366 mg/g and 392 mg/g at 2000 mg/L initial benzene concentration. Linear and non-linear isotherm studies showed that equilibrium data better fitted for APC to Langmuir and for APC+nZVI to Freundlich isotherm model. Kinetic studies showed better applicability of pseudo-second order kinetics model. It was concluded that APC+nZVI showed better performance for benzene removal compared to APC. To complete the studies on the introduced adsorbent, column adsorption experiments were performed to check the absorbent performance during continuously injected benzene solution into the adsorbent column, until the adsorbent has been saturated. The results for columns with continuous inflow indicated that the maximum capacity of adsorption of benzene, for adsorbent column with diameter of 3cm and input concentration of 1000 mg/L and input rate of 100 mL/h, for APC and APC+nZVI was 295 mg/g and 392 mg/g. The results of this experiment
یکی از مشکلات عمده در جهان، آلودگی محیط زیست به علت وجود آلاینده های آلی و معدنی می باشد. بنزن یک ترکیب شیمیایی آلی با فرمول مولکولی C 6 H 6 است که جزءی از نفت خام و یکی از مهم ترین مواد پتروشیمی می باشد. بنزن می تواند از طریق استنشاق، خوردن و یا تماس پوستی وارد بدن انسان شود و در استخوان، مغز، کلیه ها تجمع یابد و باعث آسیب های جدی به کلیه ها، کبد و سیستم عصبی شود. در تماس دراز مدت باعث کم خونی، سرطان و گاهی حتی مرگ می شود. با توجه به خطرات ناشی از بنزن ضروری است ضایعات حاوی آن، قبل از این که به منابع آب وارد شود بررسی شوند. حد مجاز سازمان بهداشت جهانی (WHO) برای بنزن در آب آشامیدنی10 میکروگرم بر لیتر است. در سال های اخیر، مواد زائد کشاورزی به علت هزینه کم، سازگاری با محیط زیست، قابل دسترس بودن به طور طبیعی از میان انواع دیگر جاذب ها که برای درمان فاضلاب به کار گرفته می شوند ترجیح داده می شود. استفاده از نانوذرات آهن صفر ظرفیتی (nZVI)، در زمینه آلودگی محیط زیست ، به عنوان یکی از فن آوری های جدید، می تواند مفید باشد. این ذرات به علت اندازه بسیار کوچک بسیار واکنش پذیر هستند. nZVI به طور موثر آلاینده های آلی و معدنی را کاهش می دهد، اما تحرک و طول عمر آن ها محدود است. در این پژوهش، خاکستر مخروط کاج (APC) و خاکستر مخروط کاج اصلاح شده با نانو ذرات آهن صفر ظرفیتی (APC+ nZVI)، برای حذف بنزن از محلول های آبی مورد استفاده قرار گرفت. از روش هایXRD ،BET ، EDX، FTIR، SEM برای مشخصه یابی جاذب خاکستر و خاکستر اصلاح شده مورد استفاده قرار گرفتند و قابلیت این ماده به عنوان جاذب با تغییرات غلظت اولیه بنزن، مقدار جاذب، زمان تماس، تغییر دما و pH محلول مورد بررسی قرار گرفت. مدل های هم دمای جذب لانگمویر، فروندلیچ بر داده های جذب بنزن برازش داده شد. مدل های سینتیک شبه مرتبه اول، شبه مرتبه دوم، پخشیدگی درون ذره ای و تابع توانی برای توصیف داده های سینتیک جذب بنزن مورد استفاده قرار گرفت. برای هر دو جاذب، جذب بهینه بنزن در 7 pH= و جرم بهینه جاذب برابر 1/0 گرم بدست آمد. زمان تعادل برای APC و APC+nZVI به ترتیب 10 و 300 دقیقه و ظرفیت های جذب تعادلی 366 و 392 میلی گرم بر گرم در غلظت بنزن 2000 میلی گرم برلیتر به دست آمد. از بین این مدل ها، مدل لانگمویر بهترین برازش را بر خاکستر و مدل فرندلیخ برای خاکستر اصلاح شده نشان داد. همچنین در مطالعات سینتیکی، مدل شبه مرتبه دوم بهترین برازش را بر داده های جذب بنزن برای هر دو جاذب داشت. برای تکمیل بررسی ها روی جاذب معرفی شده، آزمایش های ستونی با ورود پیوسته محلول بنزن به ستون جاذب، تا زمان رسیدن جاذب به حد اشباع انجام شد. آزمایش های ستونی با قطر 3 سانتی متر، 3 گرم جاذب، غلظت ورودی 1000 میلی گرم در لیتر و دبی100 میلی لیتر بر ساعت با ورود پیوسته محلول بنزن، نشان دادند که حداکثر ظرفیت جذب ستون برای حذف بنزن، در ، برای جاذب خاکستر برابر 295 میلی گرم بر گرم و برای جاذب خاکستر اصلاح شده با نانو ذرات آهن برابر 341 میلی گرم بر گرم به دست آمد. با توجه به نتایج به دست آمده در این آزمایش، مشخص شد که خاکستر و خاکستر اصلاح شده، قابلیت بالایی در حذف بنزن از محیط های آبی دارا می باشد.

ارتقاء امنیت وب با وف بومی