استفاده از نانو جاذب‌های گیاهی به منظور حذف نیترات از محلول‌های آبی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 استادیار/ گروه مهندسی آب، دانشکده کشاورزی، دانشگاه رازی کرمانشاه، کرمانشاه، ایران.

2 دانشیار /مرکز تحقیقات فناوری‌های زیست محیطی، دانشگاه علوم پزشکی جندی شاپور اهواز، اهواز، ایران

3 استاد /گروه آبیاری و زهکشی، دانشکده مهندسی علوم آب، دانشگاه شهید چمران اهواز، اهواز، ایران

4 دانشیار / گروه آبیاری و زهکشی، دانشکده مهندسی علوم آب، دانشگاه شهید چمران اهواز، اهواز، ایران

5 دانشیار /گروه آب، دانشکده کشاورزی، دانشگاه صنعتی اصفهان، اصفهان، ایران

6 استادیار / گروه آبخیزداری، دانشکده کشاورزی، دانشگاه گنبد کاووس، گنبد، ایران.

چکیده

در این تحقیق اثر نانو جاذب‌های نی و پوشال نیشکر به منظور حذف نیترات از محلول آبی مورد بررسی قرار گرفت. اثر عواملی مانند جرم جاذب، غلظت نیترات ورودی، pH و حضور سایر یونهای رقابتی روی جذب نیترات مورد آزمایش قرار گرفت. نتایج نشان داد که برای هر دو جاذب، زمان تعادل پس از 2 ساعت و حداکثر جذب نیترات در 6 pH=  به دست آمد. در جاذب پوشال نیشکر اصلاح شده با افزایش جرم جاذب از 1/0 تا 5/0 گرم، راندمان حذف از 45% به 75% افزایش یافت، اما با افزایش میزان جاذب از 5/0 گرم تا 1 گرم، راندمان جذب ثابت ماند. برای جاذب نی اصلاح شده با افزایش جرم جاذب از 1/0 تا 3/0 گرم، راندمان حذف  از 60% به 85% افزایش یافت، اما با افزایش میزان جاذب از 3/0 گرم تا 1 گرم، راندمان حذف ثابت باقی ماند. با افزایش غلظت نیترات محلول (120-5 میلی گرم بر لیتر)، راندمان حذف در نانو جاذب‌های پوشال نیشکر و نی اصلاح شده به ترتیب از 87% به 66% و 90% به 67%  کاهش پیدا نمود. فرایند جذب از ایزوترم فروندلیچ تبعیت کرد. نتایج این مطالعه نشان داد که نانو جاذب‌های نی و پوشال نیشکر اصلاح شده قابلیت حذف یونهای نیترات را دارا بوده و از بین دو جاذب، نانو جاذب نی توانایی بیشتری در حذف نیترات دارا است.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Use of Agricultural Nano Adsorbents for Nitrate Removal from Aqueous Solutions

نویسندگان [English]

  • M Farasati 1
  • N Jafarzadeh 2
  • S Boroomand 3
  • H Moazed 4
  • J Abedi Kupaee 5
  • M Seyedian 6
1 ‌‌‌Assistant Professor, Department of Irrigation and Water Resources Engineering, Faculty of Agriculture, Razi University, Kermanshah, Iran.
2 Associate Professors, Environmental Technology Research Center, Ahvaz Jundi Shahpur University of Medical Sciences, Ahvaz, Iran
3 Professor, Water Sciences Engineering Faculty, Shahid Chamran University, Ahvaz, Iran
4 Associate Professors, Water Sciences Engineering Faculty, Shahid Chamran University, Ahvaz, Iran
5 Associate Professors, Agricultural Faculty, Isfahan University of Technology, Isfahan , Iran
6 Assistant Professor of Watershed Management, College of Agriculture, Gonbad Kavoos University, Gonbad Kavoos,Iran
چکیده [English]

In this research the effect of Sugarcane straw and Phragmites australis anion exchanger nano adsorbents have been investigated for removal of nitrate from aqueous solutions. The effects of operating conditions such as pH, contact time, adsorbent loading, initial anion concentration, and the presence of competitive ions on the adsorption performances were examined. The results showed that the equilibrium time was 2 hours and the pH was 6. With pH of the solution varying from 2 to 10, the nitrate removal efficiency for sugarcane straw and Phragmites australis nano adsorbent increased up to maximum of 45% to 76% and 60% to 86% reached at pH 6. With an increase in the nitrate concentration from 5 to 120 mg/L, the removal efficiency decreased from 86% to 66% and 90% to 67% for sugarcane straw and Phragmites australis nano adsorbent,respectively. For Phragmites australis nano adsorbent, with an increase in the adsorbent dosage from 0.1 to 0.3 grams, the removal efficiency increased from 60% to 85%, but remained almost unchanged when adsorbent dosage ranged from 0.3 to 1grams. For sugarcane straw nano adsorbent as the adsorbent dosage increased from 0.1 to 0.5 grams, the removal efficiency of nitrate increased from 45% to 75%, but remained almost unchanged for the increase of 0.5 to 1 grams. Adsorption kinetics of nitrate ions could most successfully be described by Freundlich isotherm. This study indicated that sugarcane straw and Phragmites australis nano adsorbents could be used for the removal of nitrate ions in water treatment and Phragmites australis nano adsorbent has higher adsorption than sugarcane straw nano adsorbent for nitrate removal.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Nitrate removal
  • Aqueous solution
  • Nano adsorbent
  • Sugar cane straw
  • Phragmites australis
حسنی متین، م.م. (1386). تولید نانو لوله­های کربنی به روش قوس الکتریکی و بررسی اثر میدان مغناطیسی بر تولید آنها. پایان نامه کارشناسی ارشد فیزیک، دانشکده علوم، دانشگاه شهید چمران اهواز.
شامحمدی حیدری، ز (1386) بررسی فرایند حذف کادمیوم از محیط آبی در غلظت­های کم توسط پوسته شلتوک اصلاح شده. پایان نامه دکتری آبیاری و زهکشی. دانشگاه شهید چمران اهواز.
معظمی، ح. (1388). تاثیر جاذب­های طبیعی در میزان حذف مس از آبهای آلوده. پایان نامه کارشناسی ارشد مهندسی عمران – محیط زیست. دانشگاه تربیت مدرس.
ASTM Book of Standards D4607-94. (2002). Test method for Determination of Iodine Number of Activated Carbon. West Conshohocken.Volume 15.01.pp. 846-854.
Annual Book of ASTM Standards D5029-98. (2002). Standard Test Method for Water-Soluble in activated carbon.
Annual Book of ASTM Standards D2867-99. (2002). Standard Test Method for moisture in activated carbon. D2867-99. Volume 15.01, 801-803.
Aydin, H., Bulut, Y. and Yerlikaya, C. (2008). Removal of copper (II) from aqueous solution by adsorption onto low-cost adsorbents. J. environmental management. 87, pp. 37-45.
Bestani B, Benderdouche N, Benstaali B, Belhakem M and Addou A (2008). Methylene blue and iodine adsorption onto an activated desert plan. Bioresource Technology 99, pp.8441–8444
Djeribi, R. and Hamdaoui, O. (2008). Sorption of copper (II) from aqueous solutions by cedar sawdust and crushed brick. Desalination. 225 (1-3), pp. 95-112.
Demiral, H. and Gunduzoglu, G. (2010). Removal of nitrate from aqueous solutions by activated carbon prepared from sugar beet bagasse, Bioresour. Technol. 101, pp.1675–1680.
Fernandez-Olmo, I., Fernandez, J.L. and Irabien, A. (2007). Purification of dilute hydrofluoric acid by commercial ion exchange resins. Sep. Purif. Technol. 56, pp.118–125.
Gao, B.Y., Xu, X., Wang, Y., Yue, Q.Y. and Xu, X.M. (2009). Preparation and characteristics of quaternary amino anion exchanger from wheat residue. J. Hazard. Mater. 165, pp. 461–468.
Gong, R.M., Ding, Y. and M. Li. (2005). Utilization of powdered peanut hull as biosorbent for removal of anionic dyes from aqueous solution. Dyes Pigment 64, pp.187–192.
Gupta, V. K., Jain, C. K., Ali, I., Shahram, M. and Saini, V. K. (2003). Removal of cadmium and nickel from wastewater using bagasse fly ash-a sugar industry waste. J.Water Research. 37(16), pp. 4038-4044.
Hameed, B.H. and El-Khaiary, M.I. (2008). Equilibrium, kinetics and mechanism of malachite green adsorption on activated carbon prepared from bamboo by K2CO3 activation and subsequent gasification with CO2. Journal of Hazardous Materials 157, pp. 344–351.
Miller, R.W. and R.L. Donahue. 1990. Soils, An introduction to Soils and Plant Growth. Page 60. Sixth Edition. Prentice-Hall Inc., Englewood Cliffs, New Jersey.
Ozturk, N. and Bektas, T.E. (2004). Nitrate removal from aqueous solution by adsorption onto various materials. J. Hazard. Mater. B 112, pp.155–162.
Paulino, A., Santos, L. and Nozaki, J. (2008). Removal of Pb2+, Cu2+, and Fe3+ from battery manufacture wastewater by chitosan produced from silkworm chrysalides as a low-cost adsorbent. Reactive and Functional Polymers. 68 (2), pp. 634-642.
Tehrani-Bagha, A.R. Nikkar, H. Mahmoodi, N.M., Markazi, M. and Menger, F.M. (2011). The sorption of cationic dyes onto kaolin: Kinetic, isotherm and thermodynamic studies. Desalination 266, pp.  274–280.
Thorneby, L. and Persson, K. (1999). Treatment of liquid effluents from dairy cattle and pigs using reverse osmosis. J. Agric. Eng. Res. 74, pp.159–170.
Xing, Xu., Bao-Yu, G., Qin-Yan, Y. and Qian-Qian, Z. (2010). Preparation of agricultural by-product based anion exchanger and its utilization for nitrate and phosphate removal. Bioresource Technology 101, pp. 8558–8564.
Xing, X., Gao, B., Zhong, Q.Q., Yue, Q. and Q. Li. (2011). Sorption of nitrate onto amine-crosslinked wheat straw: Characteristics, column sorption and desorption properties. J. Hazardous Materials 186, pp.206–211.