ارزيابي فرآيند جذب سطحي يون‌هاي كادميوم از فاضلاب سنتتيك با نانو ذرات آهن مغناطيسي سنتز شده

Optimization of adsorption process of Cadmium ions from synthetic wastewater using synthesized iron magnetic nanoparticles (Fe3O4)

زمینه و هدف: كادمیوم از طریق فاضلاب صنایع وارد منابع آب شده و باعث اختلال در عملكرد اندام‌هایی مثل كبد و كلیه می‌شود. نانو ذرات آهن مغناطیسی از طریق مكانیسم جذب سطحی توانایی كنترل و حذف فلزات سنگین از فاضلاب‌های صنعتی را دارد. هدف از این پژوهش، بهینه‌سازی فرآیند جذب سطحی یون‌های كادمیوم از فاضلاب سنتتیك با نانو ذرات آهن مغناطیسی سنتز شده است. روش بررسی: نانو ذرات مغناطیسی آهن با روش هم ترسیبی تركیب كلرید آهن دو و سه ظرفیتی در محیط مایی و در شرایط قلیایی سنتز شد. مشخصات نانو ذرات شامل ساختار ذرات، تركیب و اندازه آن با استفاده از دستگاه‌هایXRD, SEM, FT-IR مشخص گردید. جهت بهینه‌سازی فرآیند جذب سطحی كادمیوم با نانو ذرات آهن، پارامترهای pH، زمان تماس، غلظت اولیه كادمیوم، غلظت نانو ذرات و دما، تحت شرایط مختلف مورد بررسی قرار گرفتند. یافته‌ها: در شرایط 5/6 &le pH، غلظت اولیه كادمیومmg/L 10، دز جاذبmg 1، زمان تماس min 10، دمای 0C 25 و سرعت همزن rpm 200، 95% از كادمیوم از فاضلاب حذف گردید. ایزوترم جذب یون‌های كادمیوم از مدل لانگمویر تبعیت می‌كند (0/995< R2 ). حداكثر ظرفیت جذب كادمیوم توسط نانو ذرات آهن مغناطیسی برابر mg/g 20/41 بدست آمد. نتیجه‌گیری: در شرایط بهینه نانو ذرات مغناطیسی آهن، توانایی جذب سریع و موثر فلز كادمیوم را داشته و به دلیل جداسازی آسان نانو ذرات از محلول آبی توسط آهن ربا قابلیت استفاده در صنایع را دارد.

Background and Objectives: Cadmium can enter water resources through the industrial wastewater. It could cause intensivly damages to the liver and kidney of humans. Magnetic iron nanoparticles are used to control and eliminate heavy metals from industrial effluents through the mechanisms of adsorption, ion exchange and electrostatic forces. The aim of this study was to evaluate the efficiency of magnetic nanoparticles for adsorption of cadmium. Methods: The magnetite nanoparticles were prepared by co-precipitation method through the addition of bivalent and trivalent iron chloride under alkaline conditions. Characteristics of nanoparticles including particles structure, composition and size were determined using analytical devices such as XRD, SEM, and FT-IR. For optimization of adsorption process of cadmium, some parameters such as pH, contact time, initial concentration of cadmium, nanoparticles concentration, and temperature were studied under different conditions. Results: It was found that 95% of cadmium could be removedAt pH &ge 5.6, 10 mg/L initial cadmium concentration, a dose of 1 mg synthesized magnetite nanoparticles, 10 minutes contact time, and 200 rpm mixing rate at 25 °C. The isotherm of adsorption follows the Langmuir model (R2 < 0.995). Maximum capacity of cadmium adsorption was found to be 20.41 mg/g. Conclusion: Magnetite nanoparticles exhibit high capability for removal of cadmium. The nanoparticles synthesized could be used at industrial scale because of having the magnetic property, which make them easily recovered from aqueous solution through applying a magnetic field.