جذب رقابتي مس و منگنز از محلول‌هاي آبي توسط خرده‌لاستيك فرسوده

Competitive sorption of copper and manganese from aqueous solutions by discarded tire rubber

سابقه و هدف: برخي از فلزات سنگين نظير مس و منگنز سمي بوده و به‌دليل پايداري زياد در محيط، جزو آلاينده‌هاي خطرناك محسوب مي شوند. فلزات سنگين از طريق فعاليت هاي طبيعي و انساني به خاك و محيط زيست افزوده مي‌شوند. فلزات سنگين در طبيعت غير‌قابل‌تجزيه بوده و سميت زيادي براي گياهان، حيوانات و انسان ايجاد مي‌كنند. روش هاي مختلفي نظير فيلتراسيون، رسوب شيميايي، تبادل يوني و جذب سطحي توسط كربن فعال و جاذب‌هاي ارزان‌قيمت براي حذف فلزات سنگين از محلول هاي آبي وجود دارد. خرده هاي لاستيك به‌عنوان يك جاذب ارزان‌قيمت در حذف فلزات سنگين مورد توجه قرار گرفته است. اطلاعات چنداني در ارتباط با جذب رقابتي فلزات سنگين توسط خرده‌هاي لاستيك در سيستم هاي حاوي چند فلز وجود ندارد. بنابراين پژوهش حاضر با هدف ارزيابي رفتار جذبي مس و منگنز روي اندازه‌هاي مختلف خرده‌لاستيك در يك سيستم رقابتي انجام شد. مواد و روش‌ها: خرده‌هاي لاستيك با سه اندازه 125/0-088/0، 250/0-177/0 و 500/0-353/0 ميلي‌متر از كارخانه لاستيك يزد تاير تهيه شد. يك آزمايش پيمانه‌اي با اضافه كردن 200 ميلي‌گرم از هر سه اندازه خرده‌لاستيك به 10 ميلي‌ليتر محلول حاوي مس + منگنز در غلظت‌هاي 10 تا 50 ميلي‌گرم بر ليتر انجام شد. بعد از 24 ساعت، سوسپانسيون از كاغذ صافي عبور داده شد و غلظت باقي‌مانده مس و منگنز در عصاره به كمك روش جذب اتمي اندازه‌گيري شد. يافته‌ها: با افزايش غلظت مس و منگنز، ميزان جذب اين فلزات توسط خرده‌هاي لاستيك افزايش يافت. بيش‌ترين ميزان جذب مس (9/1088 ميلي گرم بر كيلوگرم) توسط خرده‌لاستيك با اندازه 125/0-088/0 صورت گرفت و با افزايش اندازه خرده‌لاستيك به 500/0-353/0 ميلي متر مقدار جذب آن در حدود 35 درصد كاهش يافت. در بالاترين غلظت، جذب مس توسط خرده‌هاي لاستيك از طريق رقابت با منگنز كاهش يافت. در تمامي غلظت‌هاي به‌كار رفته، منگنز كم‌ترين سايت هاي جذب را اشغال كرد. اگرچه جذب منگنز تحت‌تاثير اندازه خرده‌لاستيك قرار نگرفت، ولي جذب آن توسط خرده‌لاستيك از طريق رقابت با مس محدود شد. داده هاي جذب برازش بهتري را در معادله لانگموير (94/0R2=) در مقايسه با فروندليچ (87/0R2=) نشان دادند كه نشان از جذب تك‌لايه‌اي مس و منگنز توسط خرده‌لاستيك دارد. مقادير حداكثر ظرفيت جذب محاسبه شده از معادله لانگموير (qm) نشان داد كه جذب مس بيش‌تر از منگنز مي‌باشد. با كاهش اندازه خرده‌هاي لاستيك، مقدار qm افزايش يافت. در اين مطالعه عامل جدايش (RL) براي پيش‌بيني مطلوبيت جذب در سيستم جذب محاسبه گرديد. در تمامي شرايط مقدار RL بين صفر تا يك متغير بود كه نشان از جذب مطلوب مس و منگنز توسط سه اندازه خرده‌لاستيك دارد. نتيجه‌گيري: نتايج اين مطالعه نشان داد كه خرده‌هاي لاستيك (به‌ويژه در كوچك‌ترين اندازه) توانايي مناسبي جهت جذب مس و منگنز در يك سيستم رقابتي را دارا مي‌باشند. اگرچه داده‌هاي جذب سطحي مس و منگنز توسط خرده‌هاي لاستيك به خوبي توسط دو معادله لانگموير و فروندليچ توصيف شدند، اما معادله لانگموير برازش بهتري را در مقايسه با معادله فروندليچ نشان داد.

Background and Objectives: Some of heavy metals such as copper (Cu) and manganese (Mn) are toxic and represent as hazardous pollutants due to their persistence in the environment. Heavy metals can be introduced into soils and aqueous environments by natural processes or anthropogenic activities. They are non-degradable in nature and highly toxic to plants, animals and human beings. Various methods exist for the removal of heavy metal ions from solution, such as filtration, chemical precipitation, ion exchange and sorption by activated carbon and others. Discarded tires are an interesting and inexpensive medium for the sorption of heavy metals. There has been little research on heavy metal sorption into tire rubber in competitive systems. Therefore the present study was conducted to assess the sorption behavior of Cu and Mn on different sizes of tire rubber in a competitive system. Materials and Methods: The finely ground discarded tire rubber with three sizes including 0.088-0.125, 0.177-0.250 and 0.353-0.500 mm were prepared from Yazd Tire Company in Iran. A batch experiment was conducted by adding of 200 mg of ground tire to 10 ml of Cu+Mn aqueous solution of the desired concentration (10 to 50 mg L-1). After 24h, supernatant was separated by filtration and analyzed for remaining Cu and Mn by atomic absorption spectroscopy technique. Results: Sorption of Cu and Mn on tire rubber increased with increasing metal concentration from 0 to 50 mg L-1. The greatest sorption of Cu (1088.9 mg Kg-1) was found at the smallest tire rubber size (0.088-0.125 mm) and decreased by 35% when the largest size (0.353-0.500 mm) was used. At the highest concentration, sorption of Cu was restricted by Mn competition. In the whole range of studied metal concentrations, Mn occupied the least sorption sites of tire rubber. The sorption of Mn was not affected by tire rubber size and was restricted by Cu competition. Based on average, the experimental data were fitted in Langmuire (R2=0.94) better than Freundlich one (R2=0.87), showing monolayer sorption of Cu and Mn on discarded tire rubber. The values of maximum sorption capacities calculated from the fitted Langmuir equation showed that Cu sorption was higher than Mn. There was an increase in the qm values of Mn when the tire rubber diameter decreased. In this study, separation factor (RL) was used to predict if an adsorption system is favorable or unfavorable. In all cases, the values of RL were between 0 and 1, pointing to the favorable sorption of Cu and Mn on three size of rubber. Conclusion: Results clearly showed that ground discarded tire rubber (especially, the smallest size) are an effective adsorbent for the removal of Cu and Mn in competitive system. The equilibrium sorption isotherm of Cu and Mn onto discarded tire rubber is well described by the Langmuir and Freundlich models, but the Langmuir model fits the experimental data better than the Freundlich model.