سنتز نانوكامپوزيت نشاسته- آهن اكسيد به روش هم رسوبي و استفاده از آن براي جذب نيكل و كادميوم از فاضلاب

Synthesis of Starch-Iron Oxide Nanocomposite by Coprecipitation Method and Its Use for Adsorption of Nickel and Cadmium from Wastewater

آلوده شدن محيط زيست به فلزات سنگين سبب آلودگي آب و محصولات كشاورزي شده است. اين فلزات ويژگي تجمع پذيري زيستي دارند و ورود آن ها به بدن انسان بيماري هاي زيادي به همراه خواهد داشت. بنابراين مطالعه در زمينه بي خطر سازي آن ها داراي اهميت است. هدف از اين تحقيق سنتز و بررسي كارايي نانوكامپوزيت نشاسته- آهن اكسيد در حذف دو فلز سنگين نيكل و كادميوم از فاضلاب مي‫باشد. روش كار در اين پژوهش تلاش شده است تا از پليمر طبيعي نشاسته براي تهيه نانوكامپوزيت نشاسته- آهن اكسيد استفاده شود. ويژگي هاي ساختاري و گروه هاي عاملي آن با استفاده از آناليزهاي ميكروسكوپ الكتروني روبشي از نوع گسيل ميداني (FE-SEM)، تجزيه عنصري (EDX) و طيف سنجي تبديل فوريه مادون قرمز (FT-IR) مورد بررسي قرار گرفت. سپس كارايي نانوكامپوزيت نشاسته- آهن اكسيد به عنوان جاذب براي حذف فلزات سنگين نيكل و كادميوم به روش پيوسته از محلول هاي سنتزي بررسي شد. به اين منظور، محلول آبي مادر با غلظت 1000 ميلي گرم بر ليتر از فلزات نيكل و كادميوم تهيه شد. اثر مقدار جاذب، pH و زمان تماس در فرايند حذف مطالعه شد. ضريب همبستگي هم دما لانگموير، فروندليچ و تمكين نيز بررسي شدند. يافته ها نانوكامپوزيت سنتز شده از كارآيي مناسبي در حذف نيكل و كادميوم برخوردار است. به طوري كه بيشترين مقدار جذب با 0/05 گرم از جاذب تهيه شده از محلول با غلظت 10 ميلي گرم بر ليتر از يون‫هاي نيكل و كادميوم و pH برابر 4 به دست آمد. با افزايش مقدار pH راندمان جذب افزايش يافت كه نشان دهنده ساز وكار تبادل يوني است. فرآيند جذب فلز كادميوم از معادله فروندليچ پيروي مي كند درحالي كه فلز نيكل از هيچ كدام از معادله ها پيروي نمي كند. ضريب همبستگي معادله هاي سينتيكي هر دو فلز با همبستگي بسيار مناسب، انطباق خوبي با معادله شبه درجه دوم نشان داد. نتيجه گيري نتايج نشان دادند كه جاذب تهيه شده كارايي مناسبي در حذف فلزات سنگين نيكل و كادميوم دارد. با توجه به اين كه آزمايش در مقياس آزمايشگاهي انجام شد كاربرد اين روش در صنعت بايد از جنبه اقتصادي مورد بررسي قرار گيرد.

Contamination of the environment by heavy metals, pollute water and agricultural products. The aggregation of these metals will cause various diseases for human. Therefore, it is important to study how to make them safe. The purpose of this study is to evaluate the efficiency of starch-iron oxide nanocomposite in removing two heavy metals, nickel and cadmium, from wastewater. Methods: In this study, an attempt was made to use starch as natural polymer to prepare starch-iron oxide nanocomposites. Its structural properties and functional groups were investigated using scanning electron microscopy (FE-SEM), elemental decomposition (EDX) and Fourier transform infrared (FT-IR) spectroscopy. Then, the efficiency of starch-iron oxide nanocomposite as an adsorbent for the removal of heavy metals including nickel and cadmium from continuous synthetic solutions was investigated. For this purpose, aqueous solution with a concentration of 1000 mg/l of nickel and cadmium metals was prepared. The effect of adsorbent amount, pH and contact time on the removal process was studied. Langmuir, Freundlich and Temkin isotherm models were used for study of procedure isotherm. Results: The synthesized nanocomposite has good efficiency in removing nickel and cadmium. Maximum uptake of heavy metal ions was occurred at pH=4, using 0.05g of starchiron oxide nano-composite from 20 ml aqueous solutions content 10 ppm of two studied ions. The adsorption efficiencies were found to be pH dependent which because of ionic interaction, by increasing pH value the removal increased. The cadmium adsorption process follows the Freundlich equation, while the nickel metal does not follow any of the equations. Investigations of kinetics of the process were performed and showed pseudo second-order model has the best correlation for adsorption procedure. Conclusion: In general, this investigation showed that, the fabricated adsorbent has high efficiency for removal of nickel and cadmium ions. But application of this method in the industry should be economically evaluated.