مطالعه اثر استفاده از نانو ذره اكسيد آهن در حذف فلز كادميوم از محيط‌هاي آبي: يك مطالعه آزمايشگاهي

Investigation of the Effect of Using Iron Oxide Nanoparticles in Removing Cadmium from Aqueous Media: A Laboratory Study

زمينه و هدف: كادميوم يكي از فلزات سنگين است، كه داراي سميت بالا و خاصيت تجمع پذيري بالا در بافت زنده است. هدف از انجام اين پژوهش تعيين كارآيي نانو­ ذره اكسيد آهن در جذب كادميوم از محيط­ هاي آبي بود. مواد و روش: اين مطالعه آزمايشگاهي در تابستان سال 1397 انجام شد. براي تعيين خصوصيات جاذب (XRD (X-ray powder diffraction و (SEM (Scanning electron microscope و براي بررسي گروه ­هاي عملكردي جاذب از آناليز (FTIR (Fourier-transform infrared spectroscopy استفاده شد. فاكتورهاي مختلف از قبيل pH، غلظت كادميوم، زمان تماس و مقدار جاذب در حذف كادميوم بررسي شد. ايزوترم‌هاي جذب لانگموير و فروندليچ براي توصيف داده‌هاي جذب استفاده شدند. جهت پردازش داده­هاي حاصل از طرح بلوك كاملاً تصادفي استفاده شد. يافته­ ها: ميزان جذب بعد از 20 دقيقه به­ صورت ثابت در آمد (61%، 0/032=P). بيش­ترين ميزان جذب در 7=pH حاصل شد (99%، 0/043 =P) و كم­ترين مقدار جذب با اختلاف معني­ داري در 3=pH ديده شد (%68، 0/048 =P). ميزان جذب فلز با اختلاف معني­ داري نسبت به سايرين در غلظت 20 ميلي­گرم در ليتر بيش­ترين و در غلظت 90 ميلي­گرم در ليتر كم­ترين بود (97 درصد و 70/5 درصد)(0/039=P). در ارتباط با تأثير مقدار جاذب اكسيد­آهن بيش­ترين جذب در 2 گرم در ليتر و كم­ترين درصد جذب در 0/5 گرم در ليتر با اختلاف معني­ داري مشاهده شد (97/96 درصد و 75 درصد)(0/047=P). جذب كادميوم توسط اكسيد­آهن با مدل لانگموير مطابقت داشت (0/4888=R2). نتيجه­ گيري: با توجه به نتايج پيشنهاد مي­ شود از پوشش نانوذرات براي افزايش راندمان جذب كادميوم استفاده كرد و مي­توان آن را به عنوان روش مؤثري در حذف كادميوم برشمرد.

Background and Objectives: Cadmium is a heavy metal, which has high toxicity and high accumulation properties in living tissue. The purpose of this study was to determine the efficiency of iron oxide nanoparticles in the adsorption of cadmium from aqueous media. Materials and Methods: This laboratory study was performed in the summer of 2018. XRD (X-ray powder diffraction) and SEM (scanning electron microscope) were used to characterize the adsorbent properties and FTIR (fourier-transform infrared spectroscopy) analysis was performed to investigate the adsorbent functional groups.Various factors in cadmium removal were investigated such as pH, cadmium concentration, contact time and adsorbent dose. Langmuir and Freundlich absorption isotherms were used to describe absorption data. For data processing, a completely randomized block design was used. Results: Adsorption rate was fixed after 20 minutes (61%, p=0.032). The highest adsorption was achieved at pH=7 (99%, p=0.043) and the lowest adsorption was observed with a significant difference at pH=3 (68%, p=0.048). The adsorption rate of metal, significantly different compared to the others, was the most in the concentration of 20 mg / L and the lowest in the concentration of 90 mg / L (97% and 70.5%, p=0.039). In relation to the effect of iron oxide adsorption, the highest adsorption was observed at 2 grams per liter and the lowest adsorption percentage was at 0.5 grams per liter (97.96% and 75%, p=0.047). The adsorption of cadmium by iron oxide was consistent with the Langmuir model (R2=0.4888). Conclusion: According to the results, it is recommended to use nanoparticle coatings to increase the cadmium uptake efficiency, and it can be considered as an effective way to remove cadmium.