بررسي راندمان حذف نيترات از محلول آبي با استفاده از جاذب نانوساختار برگ درخت بلوط

Investigation of the efficiency of nitrate removal from aqueous solution using Oak leaf nanostructure adsorbent

سابقه و هدف: در دسترس بودن آب سالم و پاك يكي از مهم‌ترين مسائل پيش روي بشر مي‌باشد و به تدريج كه مقدار مصرف آب بيشتر مي‌شود مواد آلاينده نيز به طرق مختلف باعث آلوده كردن منابع آبي مي‌گردند و اين مسئله در آينده بحراني‌تر خواهد شد. آلودگي محيط زيست مخصوصاً آب كه عامل مهمي در محدود ساختن پيشرفت‌هاي انسان است، چنان اهميت پيدا كرده است كه مبارزه با آن مورد بحث سمينارهاي جهاني و منطقه‌اي قرار گرفته است. آلودگي آب‌هاي زيرزميني و سطحي به نيترات در بسياري از مناطق دنيا به صورت يك مشكل جدي مورد توجه است. روش هاي فيزيكي، شيميايي و بيولوژيكي مختلفي براي حذف نيترات وجود دارد از جمله اين فرآيندها مي‌توان به اسمز معكوس، تبادل يون، كلريناسيون نقطه شكست، الكترودياليز و دنيتريفيكاسيون شيميايي اشاره كرد. در سال‌هاي اخير توجه فراواني به مواد كم‌هزينه نظير پوست درخت، نانوجاذب‌هاي گياهي و ساير مواد زائد به عنوان جاذب شده است. اين مطالعه با هدف بررسي امكان استفاده از جاذب برگ درخت بلوط به عنوان يك جاذب ارزان قيمت و مقرون‌به-صرفه در حذف نيترات از محلول‌هاي آبي صورت گرفت. مواد و روش‌ها: به منظور انجام آزمايش‌هاي جذب، نخستين قدم تهيه جاذب مورد نظر است. براي اين كار و به منظور رسيدن به نتيجه مطلوب، از جاذب برگ درخت بلوط به عنوان بهترين گزينه استفاده شد تا بتوان جذب را در بهترين شرايط به دست آورد. پس از آماده‌سازي جاذب آزمايش‌هاي مشخصه يابي جاذب از جمله دانه بندي ذرات و سطح ويژه جاذب به روش جذب متيلن بلو صورت گرفت. سپس آزمايش‌هاي ناپيوسته انجام و روش تجزيه و تحليل داده‌ها ذكر گرديد. مطالعه حاضر در مقياس آزمايشگاهي و به صورت ناپيوسته انجام شد. در اين پژوهش جاذب برگ درخت بلوط ابتدا در برابر آفتاب نسبتاً خشك و به وسيله آسياب خانگي خرد شده و سپس براي تهيه مواد نانو‌متري جاذب از الك شماره 200 عبور داده شد. و پس از شستشو با آب مقطر در آون با دماي 70 درجه سلسيوس به مدت 24 ساعت خشك شد. در اين تحقيق اثر عواملي مانند pH، جرم جاذب، زمان تماس و غلظت اوليه نيترات مورد آزمايش قرار گرفت. تمام آزمايش‌ها در سيستم ناپيوسته با سه بار تكرار انجام گرفت. تجزيه و تحليل داده‌ها و رسم نمودارها توسط نرم افزار اكسل صورت گرفت. از مدل‌هاي سينتيك لاگرگرن و هوو براي بررسي فرآيند جذب استفاده شد، همچنين بااستفاده از مدل‌هاي ايزوترم فروندليچ و لانگمير، داده‌هاي جذب تعادلي مورد تجزيه و تحليل قرارگرفتند. يافته‌ها: نتايج نشان داد كه براي جاذب مورد مطالعه زمان تعادل پس از 120 دقيقه و حداكثر جذب نيترات در5 pH= به دست آمد. با افزايش جرم جاذب از 0/3 تا 0/7 گرم راندمان حذف از 88/93 تا 93/82 درصد افزايش يافت، اما با افزايش ميزان جاذب از 0/7 تا 1/6 گرم راندمان جذب تقريباً كاهش يافت. با افزايش غلظت نيترات محلول (120-5 ميلي‌گرم بر ليتر)، راندمان حذف از 94/41 به 35/89 درصد كاهش يافت. نتيجه‌گيري: بر اساس نتايج بدست آمده فرايند جذب از مدل هوو و همكاران تبعيت كرده و داده‌هاي جذب با ايزوترم فروندليچ مطابقت بيشتري داشت. بنابراين مي‌توان اظهار نمود كه برگ درخت بلوط مي‌تواند بعنوان يك جاذب مناسب و مقرون‌ به صرفه با حداقل تكنولوژي در حذف نيترات مورد استفاده قرار گيرد.

Background and Objectives: The availability of clean and healthy water is one of the most important issues facing humankind, and as water levels increase further, pollutants also contaminate water resources in different ways, and this will become even more critical in the future. Environmental pollution, especially water, which is an important factor in limiting human progress, has become so important that the struggle has been addressed by global and regional seminars. Pollution of groundwater and surface water into nitrate in many parts of the world is a serious problem. Different physical, chemical and biological methods exist for nitrate removal, including reverse osmosis, ion exchange, decomposition of chlorination, electrodialysis, and chemical denitrification. In recent years, much attention has been paid to low-cost materials such as bark, plant nano‌adsorbents and other waste materials. The aim of this study was to investigate the possibility of using oak leaf absorbent as an inexpensive and cost effective absorbent for removing nitrate from aqueous solutions. Materials and Methods: In order to carry out absorption tests, the first pace is to prepare the absorbent. To do this and in order to achieve the desired result, oak leaf absorbent was used as the best option to obtain the best in terms of absorption. After absorbent preparation, absorbent characterization experiments were carried out, including Particle Size and a Absorbent special surface by methylene blue absorption . Then, discontinuous tests were performed and the data analysis method was mentioned. The present study was conducted in a laboratory scale and was performed in a Discontinuous. In this study, oak leaf absorbent was first crushed against a relatively dry sunshine by household grinder and then passed through the sieve 200 to prepare absorbent nano‌materials. After being washed with distilled water in an oven at 70 ° C for 24 hours. In this study, the effects of factors such as pH, adsorbent mass, contact time and initial concentration of nitrate were tested. Experiments were performed in a discontinuous system with three replications. Data analysis and drawing of charts were done by Exel software. The kinetic models of Lagergrne and Ho were used to examine the adsorption process, Also using equilibrium absorption data was analyzed using Freundlich and Langmuir isotherm models. Results: The results showed that for the absorbent, the equilibrium time after 120min and the maximum nitrate absorption at pH = 5 were obtained. . By increasing the absorbent mass from 0.3 to 0.7 grams, the removal efficiency ranged from 88.93 to 93.82 percent, However, with increasing adsorbent content from 0.7 to 1.6 g, the absorption efficiency Almost reduced. By increasing the concentration of dissolved nitrate (5-120 mg/l), the removal efficiency decreased from 94.41 to 89.35%. Conclusion: Based on the results, the absorption process was followed by the Ho et al model and the absorption data was more consistent with the Freundlich isotherm. Therefore, it can be stated that oak leaf can be used as a suitable and cost effective absorbent with the least technology in nitrate removal.