جذب كادميوم با استفاده از گرانولهاي كربن فعال پوشيده شده با نانو ذرات اكسيد آهن در محلول هاي آبي و بررسي ايزوترم ها، سينتيك و مكانيسم جذب

Cadmium Adsorption by Activated Carbon Granules Coated with Iron Nanoparticles from Aqueous Solution: Kinetics, Isotherms and Adsorption Mechanism Studies

سابقه و هدف: كادميوميكی از فلزات سنگين سمی استو از طريق پساب‌های صنعتی، خانگی و كشاورزی وارد محيط زيست می‌شود. با توجه به بالا بودن سطح سميت كادميوم و تمايل آن به تجمع در بافت زنده، حذف آن از آب دارای اهميت زيادی است. هدف از انجام اين پژوهش بررسی كارايی كربن فعال پوشيده شده با نانو ذرات اكسيدآهن در حذف كادميوم و مطالعه سينتيك، ايزوترم و مكانيسم جذب می باشد. مواد و روش‌ها: مطالعه حاضراز نوع بنيادی- كاربردی بوده است كه به صورت آزمايشگاهی انجام شد. برای تعيين خصوصيات جاذب از XRD و SEM و برای بررسی گروه‌های عملكردی بر روی جاذب از FTIR استفاده شد. فاكتورهای مختلف از قبيل pH، غلظت كادميوم، زمان تماس و دوز جاذب در حذف كادميوم بررسی شد. ايزوترم‌های جذب لانگموير، فروندليخ، دوبنين- رادشكوويچ، تمكين و همچنين سينتيك جذب درجه اول و شبه درجه دوم برای توصيف داده‌های جذب استفاده شدند. يافته‌ها: براساس نتايج XRD و SEM مشخص شد كه قطر نانوذرات اكسيدآهن 20 نانومتر می‌باشد كه به خوبی بر روی كربن فعال پوشش داده شد. با افزايش pH، زمان، غلظت جاذبو كاهش غلظت كادميوم ميزان جذب كادميوم افزايش پيدا می‌كند. بيش‌ترين ميزان جذب در 9pH= (حدود 90 درصد) حاصل شد.داده‌های ايزوترم جذب از ايزوترم فروندليخ و سينتيك جذب از مدل شبه درجه دوم پيروی می‌كند. آناليز طيف FTIR نشان داد كه گروه‌های عاملی OH، آمين و كربوكسيل نقش مهمی در جذب كادميوم دارند. استنتاج: با توجه به نتايج به دست آمده می‌توان از پوشش نانو ذرات برای افزايش راندمان جذب كادميوم استفاده كرد و آن را به عنوان روش موثر در حذف كادميوم به كار برد.

Background and purpose: Cadmium (Cd) is a toxic heavy metal that pollutes the environment via industrial, domestic and agricultural effluents. Its accumulation in aquatic ecosystem could have adverse effects on human health so, its removal from aquatic environment is of great importance. The aim of this study was to evaluate the performance of activated carbon coated iron nanoparticles for the removal of cadmium from aqueous solution. Moreover, kinetic and isotherm models were used to fit experimental data. Materials and methods: This fundamental and applied study was performed in laboratory. Adsorbent characterization was determined using X-ray dilatometer (XRD), scanning electron microscope (SEM), and FTIR. Factors affecting the adsorption process such as concentrations of cadmium, pH, time and adsorbent dose in removal of cadmium from aqueous solution were selected and evaluated. The experimental data were evaluated by various isotherm and kinetic models. Data analysis was performed using SPSS V.16. Results: Results of XRD and SEM showed that nanoparticles diameter were 20 nm that was well coated on to activated carbon. With increase in pH, time, concentration, and decreasing of Cd concentration, the rate of cadmium adsorption increased. The highest adsorption rate (approximately 90%) was obtained at pH 9.The results of cadmium adsorption were found to fit well with Freundlich isotherm model (R2> 0.94). Adsorption followed second-order kinetics. FTIR analysis revealed that O-H, C-O-H and amine groups played an important role in sorption of cadmium. Conclusion: According to the results, coated nanoparticles could be used to increase the adsorption efficiency of cadmium and as an effective method in removing of cadmium.