Skip to main content
SUPERVISOR
Mehran Shirvani,Hossein Khademi Moughari,Hossein Shariatmadari
مهران شیروانی جوزدانی (استاد مشاور) حسین خادمی موغاری (استاد راهنما) حسین شریعتمداری (استاد راهنما)
 
STUDENT
Atefe Feiz bakhshian
عاطفه فیض بخشیان

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده کشاورزی
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1388

TITLE

Sorption and Desorption of Cd and Ni by Iranian Zeolite, Bentonite and Sepiolite in the Presence of Calcite
The high pollution of environment with heavy metals due to the application of various industrial wastes and sluges has forced researchers to develop several ways to remove and/or decrease the harmful impact of these metals. Absorption of these elements by natural materials is one of the best controlling methods. In this research, Iranian natural bentonite, zeolite and sepiolite minerals in the presence of calcite have been used as absorbent of nickel and cadmium. Sepiolite and bentonite samples were obtained from Yazd mines while the zeolite sample was taken from Siahzagh mine in Semnan. X-ray diffraction and, elemental analyses and cation exchangable capacity measurment of the minerals were carried out. After the removal of carbonate from samples, they were mixed with 0, 5, 10 and 20% (by weight) of analytical grade calcite. All the sorption experiments were conducted with batch methods in 0.01 M Ca(NO 3 ) 2 solution with 3 replications at labratory tempreture (23±2°C) and with sorbent concentrations of 1%,. A volume of 30 ml of Ni(II) and Cd(II) solutions with 0.3g of sorbents was placed in polyethylen tubes. The initial concentrstion of Ni(II) and Cd(II) for all the sorbents ranged from 5 to 250 mg L -1 and 5 to 180 mg L -1 , respectively. The suspensions were shaken for 24 h by a rotary shaker and then centrifiuged at 2000g for 10 minutes. The Ni(II) and Cd(II) concentrstions of the supernatant were determined by an atomic absorption spectrophotometer. The pH of the equilibrium solution was also randomly measured.The Freundlich, Langmuir and Koble-Corrigan adsorption models were well fitted the sorption data. Bentonite and sepiolite had maximum sorption of Ni(II) and Cd(II), respectively. Adsorption of both elements increased with an increase in calcite content of the sorbent system. This could be attributed to the increase in pH and also the produation of new species of metals and the precipitation of metals. Bentonite adsorbed the highest amount of Ni, whereas sepiolite could adsorb the highest amount of Cd. Kinetic sorption experiments of Ni(II) and Cd(II) were carried out under the same conditions as the sorption isotherms, but with the initial concentration of 250 and 180 mg L -1 , respectively, for a period of 15 minutes to 24 h. The results indicated the kinetic sorption of both elements were well fitted with eluvich, power function and parabolic diffiusion kinetic models. The time needed to reach equilibrium depends on the type of sorbent (mineral) and the amount of calcite added. The higher the amount of calcite, the higher the rate of sortion. For a given time period, the amount of Ni(II) sorbed by bentonite and that of Cd(II) sorbed on sepiolite were higher than the other systems. Desorption experiments were carried out on enriched sorbent samples using Ni(II) and Cd(II) solutions with the concentrations of 250 and 180 mg L -1 , respectively, in the background electerolyte solution of 0.01 M Ca(NO 3 ) 2 . Desorption Experiment continued until the concentration of Ni(II) or Cd(II) reached below the detection level of the atomic absorption spectrophotometer. The results indicated that the major content of sorbed Ni(II) and Cd(II) on bentonite was released and the adsorption on this mineral seemed to be reversible and non-especific. The presence of calcite could reduce the Ni(II) desorption from bentonite but did not influence the Cd(II) desorption. Ni(II) and Cd(II) desorption from zeolite was less that of bentonite and decreased with calcite addition. The amount of Ni(II) and Cd(II) desorbed from sepiolite was less than that from the other minerals showing that the sorption of these metals on sepiolite was specific and irreversible. In general, among the 3 minerals, sepiolite having 20% of calcite appears to be the best sorbent for the removal of Ni(II) and Cd(II) from aqueous solution. Key Words : Clay mineral, contamination, mixed sorbent, hystersis, adsorption isotherm, kinetics.
با توجه به آلودگی روزافزون محیط زیست به فلزات سنگین در اثر کاربرد انواع فاضلاب و پسماند صنعتی، بررسی راه های مختلف برای حذف و کاهش اثرات زیان بار این عناصر مورد توجه محققان قرار گرفته است. جذب و نگهداشت این فلزات توسط مواد طبیعی نظیر کانی ها یکی از بهترین راه های کنترل آن ها محسوب می شود. فهم بهتر واکنش های جذب و واجذب و سینتیک جذب فلزات سنگین اطلاعات مهمی در اختیار محققین علوم زیست محیطی قرار می دهد تا راهکارهای بهتری برای پالایش محیط خاکی یا آبی آلوده به این فلزات به کار برند. در این پژوهش کانی های بنتونیت، زئولیت و سپیولیت طبیعی ایران در حضور مقادیر مختلف کلسیت به عنوان جاذب نیکل و کادمیوم که از فلزات سنگین مهم و خطرناک در محیط زیست به شمار می آیند، مورد استفاده قرار گرفت. نمونه های کانی سپیولیت و بنتونیت مورد استفاده در این تحقیق از معادن یزد و زئولیت مورد استفاده از معدن سیاه زاغ سمنان تهیه شدند. الگوی پراش پرتو ایکس، تجزیه عنصری و ظرفیت تبادل کاتیونی نمونه ها تعیین گردید. نمونه ها پس از خالص سازی با نسبت های وزنی 0، 5، 10 و 20 درصد کلسیت مخلوط شد. آزمایشات همدمای جذب به روش پیمانه ای در محلول زمینه نیترات کلسیم 01/0 مولار در دمای آزمایشگاه در سه تکرار و به نسبت 100:1 جاذب به محلول فلز انجام شد. مقدار 30 میلی لیتر از محلول های نیکل وکادمیوم با 3/0 گرم از مخلوط جاذب در ظروف پلی اتیلنی ریخته شد. غلظت اولیه نیکل بین 5 تا mg L -1 250 و برای کادمیوم بین 5 تا mg L -1 180 برای همه جاذب ها بود. در این آزمایشات پس از مخلوط شدن به مدت 24 ساعت با شیکر دورانی، به وسیله سانتریفیوژ با شتاب g 10000 در مدت 10 دقیقه بخش محلول تعادلی از بخش جامد جدا و غلظت نیکل یا کادمیوم آن ها با دستگاه جذب اتمی اندازه گیری گردید. pH محلول های تعادلی به طور تصادفی قرائت شد. مدل های همدمای جذب فروندلیخ، لانگمویر و کوبله- کوریگان به خوبی بر داده های جذب نیکل و کادمیوم برازش یافت. بیشترین مقدار جذب نیکل روی بنتونیت و بیشترین مقدار جذب کادمیوم روی سپیولیت مشاهده شد. حضور کلسیت در همه تیمارها باعث افزایش تمایل و ظرفیت جذب برای نیکل و کادمیوم گردید که احتمالاً از طریق افزایش pH و ایجاد گونه های جدیدی از فلز و نیز رسوب آن صورت گرفته است. آزمایشات سینتیک جذب دو عنصر در شرایط مشابه آزمایشات همدمای جذب، با غلظت های اولیه 250 و mg L -1 180 به ترتیب برای نیکل وکادمیوم و در زمان های 25/0 تا 24 ساعت انجام شد. نتایج این بخش نشان داد که از مدل های سینیتک جذب الوویچ، تابع توانی و پخشیدگی پارابولیک می توان در توصیف سینتیک جذب دو عنصر روی جاذب ها استفاده کرد. زمان رسیدن به تعادل به نوع کانی و مقدار کلسیت بستگی داشت و با افزایش کلسیت افزایش سرعت جذب نیکل و کادمیوم روی جاذب ها مشاهده شد و در زمان مشابه مقدار جذب نیکل روی بنتونیت و کادمیوم روی سپیولیت بیشتر از سایر سیستم های جذب بود.آزمایشات واجذب ازنمونه های غنی شده با استفاده از محلول250 و mg L -1 180 به ترتیب برای نیکل و کادمیوم با محلول الکترولیت 01/0 مولار نیترات کلسیم انجام شد و تا رسیدن نیکل یا کادمیوم محلول تعادلی به زیر حد تشخیص دستگاه ادامه یافت. نتایج همدمای واجذب نشان داد که بخش عمده نیکل و کادمیوم جذب شده روی بنتونیت، آزاد شده و احتمالاً جذب بر این کانی برگشت پذیر و غیر اختصاصی بوده است. حضور کلسیت واجذب نیکل از بنتونیت را کاهش داده ولی در مورد کادمیوم موفق نبوده است. واجذب نیکل وکادمیوم از زئولیت کمتر از بنتونیت بوده و با افزایش کلسیت در سیستم، کاهش یافته است. مقدار نیکل و کادمیوم آزادشده از سپیولیت نسبت به دوکانی دیگر کمتر است و بیانگر جذب برگشت ناپذیر و اختصاصی این فلزات روی سپیولیت می باشد. در مجموع به نظر می رسد در بین این سه کانی سپیولیت همراه با 20 درصد کلسیت بهترین جاذب برای جذب و نگهداشت دو فلز به ویژه کادمیوم است. کلمات کلیدی: آلودگی، پسماند، جاذب ترکیبی، کانی رسی، همدمای جذب، سینتیک جذب

ارتقاء امنیت وب با وف بومی