حذف کلراید از زه‌آب کشاورزی با استفاده از نانو زغال زیستی مغناطیسی باگاس نیشکر

نوع مقاله : پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری، گروه مهندسی آب، دانشکده کشاورزی، دانشگاه لرستان، خرم آباد، ایران

2 دانشیار، گروه مهندسی آب، دانشکدة کشاورزی، دانشگاه لرستان، خرم آباد، ایران

3 استادیار، گروه مهندسی آب، دانشکدة کشاورزی، دانشگاه شهرکرد، شهرکرد، ایران

4 استادیار، گروه مهندسی آب، دانشکدة کشاورزی، دانشگاه لرستان، خرم آباد، ایران

چکیده

زه آب مزراع نیشکر واقع در جنوب خوزستان، دارای مقادیر بالایی کلراید بوده و به‌عنوان عامل محدودکننده در استفادة مجدد از این زه آب‌ها و تأثیر مخرب بر منبع پذیرندة این زه آب‌ها شناخته می‌شود. در این مطالعه توانایی جاذب‌های تولید شده از باگاس نیشکر در حذف کلراید موجود در زه آب بررسی ‌شد. فرآیند تولید زغال زیستی در کورة الکتریکی و فعال‌سازی آن با استفاده از هیدرو اکسید پتاسیم و حرارت‌دهی در ماکروویو انجام ‌شد. از کلراید آهن شش آبه و سولفات آهن هفت آبه با نسبت دو به یک جهت مغناطیسی کردن زغال زیستی استفاده‌ شد. جاذب‌ها به ازای سه نسبت فعال‌ساز به زغال زیستی (دو، سه و چهار)، سه توان ماکروویو (200، 400 و 700 وات) و سه زمان فعال‌سازی (پنج، 10 و 15 دقیقه) تولید شدند. مقدار کلراید نمونه‌های زه آب با استفاده از کلراید سدیم، به میزان سه، پنج و 10 گرم بر لیتر تنظیم شد. طبق نتایج در تمامی تیمارها با افزایش غلظت اولیة کلراید، مقدار حذف افزایش ‌یافته است. حذف کلراید توسط نانو زغال زیستی فعال به‌طور میانگین 6/1 برابر زغال زیستی فعال غیرنانو اندازه‌گیری شد. فرآیند مغناطیسی کردن جاذب‌ها به‌طور میانگین موجب کاهش 20 درصدی حذف کلراید شد. بیش‌ترین میزان حذف کلراید با استفاده از نانو زغال زیستی فعال و نانو زغال زیستی فعال مغناطیسی به ترتیب 54 و 6/49 درصد اندازه‌گیری شد. این مقادیر بیشینه به ازای تیمار با نسبت زغال زیستی به زغال زیستی برابر سه، توان ماکروویو برابر 400 وات و مدت‌زمان فعال‌سازی برابر 10 دقیقه اندازه‌گیری شدند. با توجه به مقادیر ضریب تبیین و مجموع مربعات خطا، مدل سینتیکی شبه مرتبة اول و مدل نفوذ درون‌ذره‌ای بیش‌ترین تطابق را با داده‌های اندازه‌گیری شده داشتند. هم‌چنین، مدل هم‌دمای لانگمویر در مقایسه با مدل فروندلیچ تطابق بهتری با داده‌های اندازه‌گیری شده دارد. طبق نتایج، نانو زغال زیستی فعال مغناطیسی باگاس نیشکر می‌تواند به‌عنوان جاذبی با راندمان بالا و ارزان ‌قیمت برای حذف کلراید از محیط‌های آبی استفاده شود.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


References
Ahmadpari, H., Noghany, M.E., Ladez, B.R., Mehrparvar, B., & Momeni, S. (2019). Kinetics modeling and isotherms for adsorption of nitrate from aqueous solution by wheat straw. doi:10.18616/ta.v25i0.5301
Azmi, N.B., Bashir, M.J., Sethupathi, S., Aun, N.C., & Lam, G.C. (2016). Optimization of preparation conditions of sugarcane bagasse activated carbon via microwave-induced KOH activation for stabilized landfill leachate remediation. Environmental Earth Sciences75,1-11. doi:10.1007/s12665-016-5698-y
Bindhu, B.K., Shaji, H., Kuruvila, K.J., Nazerine, M., & Shaji, S. (2021). Removal of total hardness using low cost adsorbents. In IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, 114(1), 012089. doi: 10.1088/1757-899X/1114/1/012089
Breck, D.W., & Breck, D.W. (1973). Zeolite molecular sieves: structure, chemistry, and use. John Wiley & Sons.
Cheng, S., Zhang, S., Zhang, L., Xia, H., Peng, J., & Wang, S. (2017). Microwave-assisted preparation of activated carbon from eupatorium adenophorum: effects of preparation parameters. journal High Temperature Materials and Processes36(8), 805-814. doi:10.1515/htmp-2015-0285
Chowdhury, T., Miah, J., & Banik, B. K. (2022). Low-Cost Salinity Treatment for Drinking Purpose Using Indigenous Materials. In Advances in Civil Engineering: Select Proceedings of ICACE 2020 (pp. 37-44). Springer Singapore. doi:10.1007/978-981-16-5547-0_4
Crini, G., & Badot, P.M. (2008). Application of chitosan, a natural aminopolysaccharide, for dye removal from aqueous solutions by adsorption processes using batch studies: A review of recent literature. Progress in polymer science33(4), 399-447. doi:10.1016/j.progpolymsci.2007.11.001
Duan, J., Wilson, F., Graham, N., & Tay, J.H. (2003). Adsorption of humic acid by powdered activated carbon in saline water conditions. Desalination151(1), 53-66. doi:10.1016/S0011-9164(02)00972-4
Foo, K.Y., & Hameed, B.H. (2010). Insights into the modeling of adsorption isotherm systems. Chemical engineering journal156(1), 2-10. doi:10.1016/j.cej.2009.09.013
Gupta, B.S., Curran, M., Hasan, S., & Ghosh, T.K. (2009). Adsorption characteristics of Cu and Ni on Irish peat moss. Journal of Environmental Management90(2), 954-960. doi:10.1016/j.jenvman.2008.02.012
Hettiarachchi, E., Perera, R., Chandani Perera, A.D.L., & Kottegoda, N. (2016). Activated coconut coir for removal of sodium and magnesium ions from saline water. Desalination and Water Treatment57(47), 22341-22352. doi:10.1080/19443994.2015.1129649
Jadidyan, F., Talaeipoor, M., Mahdavi, S., & Hamasi, A. (2016). Evaluation of thermal energy and activated carbon production from bagasse pith. Iranian Journal of Wood and Paper Science Research, 31(2), 181-193. doi:10.22092/ijwpr.2016.101562 [In Persian]
Jamil, T.S., Ibrahim, H.S., Abd El-Maksoud, I.H., & El-Wakeel, S.T. (2010). Application of zeolite prepared from Egyptian kaolin for removal of heavy metals: I. optimum conditions. Desalination258(1-3), 34-40. doi:10.1016/j.desal.2010.03.05
Karunanayake, A.G., Todd, O.A., Crowley, M., Ricchetti, L., Pittman Jr, C.U., Anderson, R., Mohan, D., & Mlsna, T. (2018). Lead and cadmium remediation using magnetized and nonmagnetized biochar from Douglas fir. Chemical Engineering Journal331, 480-491. doi:10.1016/j.cej.2017.08.124
Kathiresan, M., & Sivaraj, P. (2016). Preparation and characterization of biodegradable sugarcane bagasse nano reinforcement for polymer composites using ball milling operation. International Journal of Polymer Analysis and Characterization21(5), 428-435. doi:10.1080/1023666X.2016.1168061
Khaled, A., El Nemr, A., El-Sikaily, A., & Abdelwahab, O. (2009). Removal of Direct N Blue-106 from artificial textile dye effluent using activated carbon from orange peel: Adsorption isotherm and kinetic studies. Journal of Hazardous Materials165(1-3), 100-110. doi:10.1016/j.jhazmat.2008.09.122
Kharel, H.L., Sharma, R.K., & Kandel, T.P. (2016). Water hardness removal using wheat straw and rice husk ash properties. Nepal Journal of Science and Technology, 17(1), 11-16.
Kietlinska, A., & Renman, G. (2005). An evaluation of reactive filter media for treating landfill leachate. ChemospHere61(7), 933-940. doi:10.1016/j.chemosphere.2005.03.036
Limousin, G., Gaudet, J.P., Charlet, L., Szenknect, S., Barthes, V., & Krimissa, M. (2007). Sorption isotherms: A review on physical bases, modeling and measurement. Applied Geochemistry22(2), 249-275. doi:10.1016/j.apgeochem.2006.09.010
Lin, L.C., Li, J.K., & Juang, R.S. (2008). Removal of Cu (II) and Ni (II) from aqueous solutions using batch and fixed-bed ion exchange processes. Desalination225(1-3), 249-259. doi:10.1016/j.desal.2007.03.017
Mousavi, A., Asadi, H., Esfandbod, M. (2010). Ion Exchange efficiency of nitrate removal from water 1- equilibrium sorption isotherms for nitrate on resin purolite a-400. Water and Soil Science, 20(4), 185. [In Persian]
Mubarak, N.M., Kundu, A., Sahu, J.N., Abdullah, E. C., & Jayakumar, N.S. (2014). Synthesis of palm oil empty fruit bunch magnetic pyrolytic char impregnating with FeCl3 by microwave heating technique. Biomass and Bioenergy, 61, 265-275. doi:10.1016/j.biombioe.2013.12.021
Mukherjee, S., Kumar, S., Misra, A.K., & Fan, M. (2007). Removal of pHenols from water environment by activated carbon, bagasse ash and wood charcoal. Chemical Engineering Journal, 129(1-3), 133-142. doi:10.1016/j.cej.2006.10.030
Nadavala, S.K., Swayampakula, K., Boddu, V.M., & Abburi, K. (2009). Biosorption of pHenol and o-chloropHenol from aqueous solutions on to chitosan–calcium alginate blended beads. Journal of hazardous materials162(1), 482-489. doi:10.1016/j.jhazmat.2008.05.070
Nasri, N.S., Zain, H.M., Sidik, H.U., Abdulrahman, A., & Rashid, N.M. (2017). Adsorption isotherm breakthrough time of acidic and alkaline gases on treated porous synthesized KOH-FeCl3.6H2O sustainable agro-based material. Chemical Engineering Transactions, 61, 1243-1248. doi:10.3303/CET1761205
Nikkhah, A.A., Zilouei, H., & Keshavarz, A.R. (2016). Effect of structural modification of polyurethane foam by activated carbon on the adsorption of oil contaminants from water. Journal of Water and Wastewater, 27(2), 84-93.n Persian]
Oliveira, E.A., Montanher, S.F., Andrade, A.D., Nobrega, J.A., & Rollemberg, M.C. (2005). Equilibrium studies for the sorption of chromium and nickel from aqueous solutions using raw rice bran. Process Biochemistry, 40(11), 3485-3490. doi:10.1016/j.procbio.2005.02.026
Pearce, G.K. (2008). UF/MF pre-treatment to RO in seawater and wastewater reuse applications: a comparison of energy costs. Desalination, 222(1-3), 66-73. doi:10.1016/j.desal.2007.05
.029
Ramachandran, P., Vairamuthu, R., & Ponnusamy, S. (2011). Adsorption isotherms, kinetics, thermodynamics and desorption studies of reactive Orange 16 on activated carbon derived from Ananas comosus (L.) carbon. Journal of Engineering and Applied Sciences6(11), 15-26.
Sarici-Ozdemir, C. (2012). Adsorption and desorption kinetics behaviour of methylene blue onto activated carbon. Physicochemical Problems of Mineral Processing, 48(2), 441-454.
Senturk, H.B., Ozdes, D., Gundogdu, A., Duran, C., & Soylak, M. (2009). Removal of pHenol from aqueous solutions by adsorption onto organomodified Tirebolu bentonite: Equilibrium, kinetic and thermodynamic study. Journal of hazardous materials172(1), 353-362. doi:10.1016/j.jhazmat.2009.07.019
Shang, H., Ouyang, T., Yang, F., & Kou, Y. (2003). A biomass-supported Na2CO3 sorbent for flue gas desulfurization. Environmental Science & Technology, 37(11), 2596-2599. doi:10.1021/es021026o
Shokriyan, F., Solaimani, K., Nematzadeh, GH., & Biparva, P.. (2017). Feasibility of water salinity reduction by rice husk and shell as bio sorbent. Irrigation and Water Engineering, 7(27), 93-106. [In Persian]
Singh, P., Garg, S., Satpute, S., & Singh, A. (2017). Use of rice husk ash to lower the sodium adsorption ratio of saline water. International Journal of Current Microbiology and Applied Sciences6, 448-458. doi:10.20546/ijcmas.2017.606.052
Wasay, S.A., Barrington, S., & Tokunaga, S. (1999). Efficiency of GAC for treatment of leachate from soil washing process. Water, Air, and Soil Pollution116, 449-460. doi:10.1023/A:1005115820429
Wu, D., Sui, Y., He, S., Wang, X., Li, C., & Kong, H. (2008). Removal of trivalent chromium from aqueous solution by zeolite synthesized from coal fly ash. Journal of Hazardous Materials155(3), 415-423. doi:10.1016/j.jhazmat.2007.11.082
Wu, J., Huang, D., Liu, X., Meng, J., Tang, C., & Xu, J. (2018). Remediation of As (III) and Cd (II) co-contamination and its mechanism in aqueous systems by a novel calcium-based magnetic biochar. Journal of hazardous materials348, 10-19. doi:10.1016/j.jhazmat.2018.01.011
Wu, J., Zhang, L., Xia, Y., Peng, J., Wang, S., Zheng, Z., & Zhang, S. (2015). Effect of microwave heating conditions on the preparation of high surface area activated carbon from waste bamboo. journal High Temperature Materials and Processes34(7), 667-674. doi:10.1515/htmp-2014-0096
Yang, F., Zhang, S., Sun, Y., Cheng, K., Li, J., & Tsang, D.C. (2018). Fabrication and characterization of hydropHilic corn stalk biochar-supported nanoscale zero-valent iron composites for efficient metal removal. Bioresource Technology, 265, 490-497. doi:10.1016/j.biortech.2018.06.029
Zhan, T., Zhang, Y., Yang, Q., Deng, H., Xu, J., & Hou, W. (2016). Ultrathin layered double hydroxide nanosheets prepared from a water-in-ionic liquid surfactant-free microemulsion for pHospHate removal from aquatic systems. Chemical Engineering Journal, 302, 459-465. doi:10.1016/j.cej.2016.05.073