پديد آورندگان :
شيري آذر، محمد علي دانشگاه اروميه - دانشكده كشاورزي - گروه علوم خاك، اروميه , سپهر، ابراهيم دانشگاه اروميه - دانشكده كشاورزي - گروه علوم خاك، اروميه , ملكي، رامين دپارتمان تحقيقاتي كروماتوگرافي جهاد دانشگاهي ايران واحد آذربايجان غربي، آذربايجان غربي , خداوردي لو، حبيب دانشگاه اروميه - دانشكده كشاورزي - گروه علوم خاك، اروميه , اسدزاده، فرخ دانشگاه اروميه - دانشكده كشاورزي - گروه علوم خاك، اروميه , دولتي، بهنام دانشگاه اروميه - دانشكده كشاورزي - گروه علوم خاك، اروميه
كليدواژه :
آرسنيك , بيوچار , هم‌دما , ظرفيت جذب
چكيده فارسي :
سابقه و هدف: آرسنيك يكي از مهم‌ترين چالش‌هاي زيست‌محيطي در جوامع درحال‌توسعه است. منابع آب آلوده به آرسنيك از مهم‌ترين مسيرهاي در معرض قرارگيري انسان و حيوان به آرسنيك معدني است. روش‌هاي مختلف فيزيكوشيميايي و بيولوژيكي براي رفع آلايندگي آرسنيك از محيط‌هاي آبي وجود دارد. در مقايسه با مزايا و معايب روش‌هاي حذف آرسنيك روش جذب به علت سهولت كاربرد و هزينه كم بر ساير روش‌ها ارجحيت دارد. تركيبات آهن‌دار قابليت بالايي براي جذب آرسنيك از محلول‌هاي آبي دارند. هدف اين تحقيق حذف آرسنات از آب با استفاده از اصلاح بيوچار با نمك آهن است كه مي‌تواند در احياي منابع آب آلوده به آرسنات براي مصارف آشاميدني و استفاده دوباره از پساب‌هاي صنعتي مورد استفاده قرار گيرد.
مواد و روش‌ها: به‌منظور توليد بيوچار اصلاح‌شده نسبت‌هاي 0/1 (0.1FeBC) و 4/0 (0.4FeBC) وزني كلريد آهن 6 آبه به پودر زيست‌توده حاصل از بقاياي هرس درختان سيب اضافه گرديد و به همراه يك نمونه شاهد (BC) به مدت يك ساعت در دماي 300 درجه سانتي‌گراد براي آتشكافت در داخل كوره تحت شرايط محدود اكسيژن قرار داده شد. براي ارزيابي مورفولوژي جاذب‌هاي موردمطالعه تصاوير SEM تهيه گرديد. آزمايش هم‌دماي جذب در غلظت‌هاي 0، 1، 2، 4، 6، 8 و 10 ميلي‌گرم آرسنات در ليتر انجام شد. غلظت آرسنات در نمونه‌ها با استفاده از دستگاه جذب اتمي به روش توليد هيدريد (HG-AAS) اندازه‌گيري شد. داده‌هاي آزمايشي به چهار مدل جذبي لانگموير، فروندليچ، تمكين و دوبينين – رادوشكويچ برازش داده شد و پارامترهايي نظير انرژي ظاهري جذب (E)، كارايي حذف، انرژي آزاد گيبس ((∆G) و فاكتور جداسازي محاسبه گرديد.
يافته‌ها: نمك آهن ويژگي‌هاي سطح بيوچار را تغيير داده و باعث ايجاد تركيبات گرانوله‌شكل در سطح جاذب شد. نتايج نشان داد كه با افزايش مقدار آهن در جاذب حذف آرسنات از محلول بيشتر مي‌شود و بيشترين كارايي حذف (86%) براي جاذب 0.4FeBC در غلظت 1 ميلي‌گرم در ليتر آرسنات به دست آمد. توانايي مدل فروندليچ در شبيه‌سازي فرايند جذب آرسنات توسط جاذب‌هاي اصلاح‌شده با آهن بيشتر از مدل‌هاي لانگموير، دوبينين – رادوشكويچ و تمكين است. افزايش محتوي آهن در جاذب ضرايب مدل‌هاي فروندليچ (KF و n)، تمكين (KT و A)، و لانگموير (KL و qmax) را افزايش، ولي ثابت مدل دوبينين – رادوشكويچ (KDR) و فاكتور جداسازي (RL) را كاهش داد. بيشترين مقدار براي حداكثر ظرفيت جذب (qmax) از جاذب 0.4FeBC به مقدار 7/66 ميلي‌گرم آرسنات بر گرم جاذب به دست آمد. مقادير به‌دست‌آمده براي انرژي ظاهري جذب (E) نشان داد كه فرايند جذب براي بيوچار اصلاح‌نشده از نوع فيزيكي (كمتر از 8 كيلوژول بر مول) و براي بيوچارهاي اصلاح‌شده از نوع شيميايي است. بر طبق انرژي آزاد گيبس (∆G) محاسبه‌شده فراينده جذب آرسنات توسط جاذب‌هاي موردمطالعه خودبه‌خودي است.
نتيجه‌گيري: بر اساس نتايج اين تحقيق اصلاح بيوچار با نمك آهن به علت داشتن قابليت دسترسي منطقه‌اي و كاربرد آسان مي‌تواند به‌عنوان يك جاذب ارزان‌قيمت براي رفع آلايندگي آرسنات از آب تلقي شود.
چكيده لاتين :
Background and Objectives: Arsenic contamination is one of the serious environmental challenges in developing countries. Contaminated water is the main source of human and animal exposure to inorganic arsenic. There are various physicochemical and biological methods used for arsenic removal from aquatic environments. Compared to all the advantages and disadvantages of arsenic removal methods, adsorption processes considered as an effective method due to its low cost and ease of application. Iron - rich materials have a high capacity to sorption of arsenic in aqueous solutions. The objective of this study is an assessment of arsenate removal from water using biochar modification by iron salt, which can be used for the recovery of arsenate contaminated water resources for drinking water supply and reuse of industrial effluents.
Materials and Methods: In order to preparation of iron modified biochar 0.1 (0.1FeBC) and 0.4 (0.4FeBC) ratios of FeCl3.6H2O were added to apple pruning residues powder and pyrolized in the furnace for an hour at 300 °C under limited oxygen condition as well as a control sample without iron. SEM images were used for characterization of the morphology of the adsorbents. The isotherm experiment was carried out at initial concentrations of 0, 1, 2, 4, 6, 8, and 10 mg arsenate/L and remaining arsenate in solution was determined using hydride generation atomic absorption spectroscopy (HG-AAS). Experimental data were fitted to Langmuir, Freundlich, Temkin, and Dubinin–Radushkevich isotherm models, and parameters such as apparent energy of adsorption (E), adsorption efficiency, Gibb’s free energy (ΔG) and separation factor were calculated.
Results: Iron modified the surface properties of biochar and increased the amount of the granular compounds on the adsorbents surface. The results showed that by increasing of the adsorbent iron content, the removal of arsenate from solution increased and the highest removal efficiency (86%) was obtained for the 0.4FeBC adsorbent at 1 mg Arsenate/L. The ability of the Freundlich model to simulate the process of arsenate adsorption by iron-modified adsorbents was higher than the Langmuir, Dubinin–Radushkevich and Temkin models. By increasing the iron content in the adsorbents Freundlich (KF and n), Temkin (KT and A), Langmuir (KL and qmax) coefficients increased, while the Dubinin–Radushkevich (KDR) coefficient and separation factor (RL) decreased. The highest value for the maximum absorption capacity (qmax) was obtained for 0.4FeBC in the amount of 7.66 mg of arsenate per gram of adsorbent. According to the values of apparent energy of adsorption (E), adsorption process for unmodified biochar is physical (less than 8 kJ / mol) and for the modified biochar is chemisorption. Based on Gibbs free energy (ΔG) values, the adsorption process of arsenate by adsorbents is spontaneous.
Conclusion: According to the results of this study, modification of biochar by iron salt can be considered as an inexpensive absorbent due to local accessibility and easy application for removal of arsenate from water.
