SUPERVISOR
Sayed farhad Mousavi,Sayed Hossein Saghaian nejad esfahani,Esmaeel Landy,Jahangir Abedi-Koupai
سیدفرهاد موسوی (استاد راهنما) سیدحسین سقائیان نژاداصفهانی (استاد مشاور) اسماعیل لندی (استاد مشاور) جهانگیر عابدی کوپائی (استاد راهنما)
STUDENT
Maedeh Khademi Hedayat
مائده خادمی هدایت
FACULTY - DEPARTMENT
دانشکده کشاورزی
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1389
TITLE
Removal of Pb (II) and Cd (II) Ions From Aqueous Solution Using the Brassica Napus Residues and Soil
The natural asset of water, source of life and origin of major civilizations of the world in the 21 st century, is known as the cause of many regional conflicts and serious challenges between countries. According to the fiftieth constitution principle, environment protection, in which today and future’s generations should have a growing life, has been regarded as a public duty. Therefore, activities that are involved with pollution and environmental degradation are prohibited. Due to the large volume of produced wastewater, it is necessary to achieve the proper method of sewage disposal. Thus a wastewater treatment method that can be justified in terms of economic efficiency is definitely required. Lead (Pb) metal is one of the most widely used metals in the world with consumption of over 7 million tons per year. Also, about 25,000 tons of cadmium (Cd) is introduced annually into the environment. Forest fires and volcanoes, human activities such as industrial wastes and synthetic phosphate fertilizers are important sources of released Cd. Hence, in this study, the residues of canola (rapeseed) plant, which is abundantly planted in Iran and has not been yet researched as a heavy metal adsorbent, is selected to remove the heavy metals of Pb and Cd from aqueous solutions. Also, a comparison between maximum amount of adsorption of these elements with residues of canola and silty clay soil of Jar area, Isfahan province, Iran, was conducted. Functionality of these materials as an adsorbent, while changing initial concentrations of Pb and Cd, the amount of adsorbent, pollutant's solution pH, and contact time, was investigated. The greatest amount of Pb and Cd adsorption by rapeseed plant residues was 39.8 and 25.21 mg/gr, respectively, for a solution with pH of 5.5 in optimal contact time of 60 minutes. This amount for soil was 21.06 and 15.8 mg/gr, respectively, for a solution with pH of 5 and optimum contact time of 50 minutes. Techniques such as FTIR, SEM, and BET were performed to characterize the adsorbent attribute of the residues of rapeseed. To complete the studies presented on the introduced adsorbent, column adsorption experiments were performed at two stages. This was to check the performance of the adsorbent during multiple courses of entering soluble contaminants, drying column, and consecutive entering of aqueous solutions of Pb and Cd into the column until the adsorbent has been saturated. Results showed that the concentration of Pb outflow at the end of ten times adding two pore volumes of Pb and Cd solution to the columns containing soil and rapeseed was not detectable with atomic adsorption device. Results for columns with continuous inflow indicated that maximum capacity of adsorption of Cd ion, at 50% breakthrough curve, was 9.47 mg/g for a column height of 30 cm of canola residues and input concentration of 15 mg/L. This amount for removing the Pb ions in 50% breakthrough curve was 13.22 mg/g for a column height of 20 cm of canola residues and input concentration of 8 mg/L. The results of this study showed that the soil of Jar region has high capability in adsorbing Pb and Cd heavy elements, and dumping of these elements into the soil will cause soil pollution. Also the crushed residues of canola can remove heavy metal elements such as Pb and Cd from aquatic environments. Keywords: Lead, cadmium, adsorption, batch adsorbent, column experiment
آب ثروت خدادی، عامل حیات و سرچشمه شکل گیری تمدن های مهم جهان، در قرن بیست و یکم به عنوان عامل بسیاری از درگیری های منطقه ای و چالش جدی در معادلات سرزمینی شناخته می شود. مطابق اصل پنجاهم قانون اساسی، حفاظت محیط زیست که نسل امروز و نسل های بعد باید در آن حیات رو به رشدی داشته باشند، وظیفه عمومی تلقی شده و فعالیت هایی که با آلودگی و تخریب محیط زیست ملازمه پیدا کند، ممنوع می باشد. با توجه به حجم عظیم فاضلاب تولیدی، تلاش برای دستیابی به روش های مناسب دفع فاضلاب در محیط زیست ضرورت می یابد. در نتیجه نیاز به یک روش مناسب تصفیه فاضلاب که از لحاظ اقتصادی و کارایی قابل توجیه باشد، ضرورت می یابد. فلز سرب یکی از پرمصرف ترین فلزات غیرآهنی در جهان است و مصرف آن بالغ بر 7 میلیون تن در سال می باشد. همچنین به طور طبیعی سالانه حدود 25000 تن کادمیم وارد محیط زیست میشود. آتش سوزی جنگلها و آتش فشانها، فعالیتهای بشری مانند تولید شیرابه، زبالههای صنعتی و کودهای فسفاته مصنوعی از منابع مهم منتشر کننده کادمیم هستند. از این رو در این مطالعه بقایای گیاه کلزا که به وفور در ایران کاشت می شود و تاکنون تحقیقی در زمینه پاسخگویی آن ها به جذب فلزات سنگین صورت نگرفته به عنوان جاذبی گیاهی برای حذف سرب و کادمیم از محیط آبی مورد مطالعه قرار گرفت. همچنین مقایسه ای بین میزان حداکثر جذب این عناصر توسط خاک منطقه جار اصفهان و بقایای گیاهی کلزا صورت گرفت و قابلیت این مواد به عنوان جاذب با تغییرات غلظت اولیه سرب و کادمیم، میزان جاذب، زمان تماس و pH محلول آلاینده بررسی شد. بیشترین میزان جذب سرب و کادمیم توسط بقایای گیاهی کلزا برای محلول آلاینده با pH برابر 5/5 در زمان بهینه تماس جاذب و آلاینده 60 دقیقه به ترتیب 80/39 و 21/25 میلی گرم بر گرم به دست آمد. این میزان برای خاک در pH برابر 5 در زمان بهینه تماس جاذب و آلاینده 50 دقیقه به ترتیب 016/21 و 808/15 میلی گرم بر گرم به دست آمد. از روش هایFTIR ، SEM و BET برای مشخصه یابی جاذب بقایای گیاهی کلزا استفاده شد. مقایسه نتایج طیف سنجی FTIR خاک برای سه حالت قبل از جذب و بعد از جذب سرب و کادمیم نشان دهنده افزایش اوج های 2400 و 1150 بود که مربوط به گروه های عامل O-C وOH می باشد و نشانی از رخ دادن جذب شیمیایی این یون ها توسط خاک است. برای تکمیل مطالعات روی جاذب معرفی شده، آزمایش های ستونی در دو مرحله برای بررسی عملکرد جاذب طی دوره های متعدد ورود محلول آلاینده و خشک شدن ستون و همچنین ورود متوالی محلول آبی سرب و کادمیم به ستون جاذب، تا زمان رسیدن جاذب به حد اشباع، انجام شد. نتایج نشان داد که غلظت سرب خروجی در انتهای ده دوره اضافه کردن دو حجم تخلخل محلول آلاینده سرب و کادمیم به ستون حاوی خاک و کلزا، با دستگاه جذب اتمی قابل اندازه گیری نبود. آزمایش های ستونی با ورود پیوسته آلاینده نشان دادند که حداکثر ظرفیت جذب ستون برای حذف یون های کادمیم در 50% منحنی رخنه، برای ستون جاذب با ارتفاع 30 سانتی متر و غلظت ورودی mg/L 15 و به میزان mg/g 47/9 می باشد. این میزان برای حذف یون های سرب در 50% منحنی رخنه ، برای ارتفاع ستون 20 سانتی متر و غلظت ورودی mg/L 8، برابر mg/g 22/13 به دست آمد. با توجه به نتایج به دست آمده در این تحقیق، مشخص شد که خاک منطقه جار اصفهان قابلیت بالایی در جذب عناصر سنگین سرب و کادمیم دارد و ورود این عناصر به خاک سبب آلودگی منابع خاک خواهد شد. همچنین بقایای خرد شده گیاه کلزا می تواند جاذب مناسبی برای حذف عناصر سنگین سرب و کادمیم از محیط های آبی باشد. کلمات کلیدی: سرب، کادمیم، جذب، آزمایش پیمانه ای، آزمایش ستونی