حذف کادمیوم از محیط‌های آبی آلوده با استفاده از نانوذرات آهن صفر ظرفیتی

نوع مقاله : پژوهشی

نویسندگان

1 دانش‌آموختة کارشناسی ارشد، بخش آبیاری و زهکشی، مؤسسة تحقیقات فنی و مهندسی کشاورزی؛ سازمان تحقیقات، آموزش و ترویج کشاورزی، کرج، ایران

2 دانشیار، گروه خاکشناسی، مؤسسة تحقیقات خاک و آب؛ سازمان تحقیقات، آموزش و ترویج کشاورزی، کرج، ایران

3 استادیار، بخش آبیاری و زهکشی، مؤسسة تحقیقات فنی و مهندسی کشاورزی؛ سازمان تحقیقات، آموزش و ترویج کشاورزی، کرج، ایران

چکیده

امروزه به دلیل فعالیت‌های صنعتی، وجود فلزات سنگین در مواد غذایی و محیط به عنوان عوامل مخاطره انگیز مورد توجه بسیاری قرار گرفته است. ازجمله روش‌های کارآمد پاک‌سازی محیط و به ویژه محیط‌های آبی از حضور فلزات سنگین، جذب سطحی توسط مواد جاذب می‌باشد. این پژوهش نیز با بر‌رسی نقش نانو ذرات آهن در پاکسازی کادمیوم از محیط صورت گرفته است. بدین منظور پس از سنتز نانوذرات آهن صفر به روش بور هیدرید، ابتدا بهترین زمان ماند و اثر pH بر فرایند جذب مشخص گردید. سپس مقادیر 025/0، 05/0 و 1/0 گرم نانو ذرات انتخاب کرده و به10 میلی‌لیتر از محلول کادمیوم با غلظت‌های اولیه 10، 25، 50، 75، 100، 200، 300، 400 و 500 میلی‌گرم در لیتر اضافه شد. در نهایت به منظور بررسی پایداری جذب آزمایش رهاسازی و برای تعیین قابلیت استفاده دوباره از نانوذرات آزمایش باز انجامی طراحی و اجرا شد. نتایج نشان داد بهترین زمان ماند 4 ساعت بوده و کارایی جذب با افزایش pH بهبود داشت، به طوری که از 15 درصد در 4=pH به 5/98 درصد در10= pH افزایش یافته است. در دامنه غلظت انتخاب شده برای کادمیوم، با افزایش غلظت، کارایی حذف کاهش داشته ولی با افزایش نانوذره این کاهش در غلظت‌های بالاتر اتفاق افتاده است. در کل این نتیجه به دست آمد که برای حذف آلودگی کادمیوم تا غلظت 50 میلی‌گرم در لیتر از مقدار 025/0 گرم نانو ذرات، تا 200 میلی‌گرم در لیتر از 05/0 گرم نانو ذرات و تا 500 میلی‌گرم در لیتر کادمیوم از مقدار 1/0 گرم نانو ذرات می‌توان استفاده نمود. آزمایش رهاسازی مشخص کرد که نانو ذرات آهن صفر پتانسیل بسیار بالایی در جذب کادمیوم و حذف آن دارد ولی با آزمایش باز انجامی مشخص شد که امکان استفاده دوباره از نانوذرات تولید شده وجود ندارد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


منابع
امیری، محمد جواد (1402). حذف یون­های فلزی نیکل و مس از محلول‌های آبی با استفاده از هیدروکسیآپاتیت اصلاح شده به وسیله نانوذرات آهن صفر ظرفیتی. محیط زیست و مهندسی آب، 9(2)، 195-210. doi:10.22034/jewe.2022.335738.1754
پریچهره، مائده، صادق­زاده، فردین، جلیلی، بهی، بهمنیار، محمد علی، و سامسوری، عبدالوحید (1401). حذف دایرکت بلو 71 و کروم از محلول­های آبی توسط انواع جاذب­های آلی دارای پوشش فلزی، زغال زیستی دارای پوشش فلزی و کامپوزیت زغال زیستی-فلز. مدل­سازی و مدیریت آب و خاک، 3(4)، 122-132. doi:10.22098/mmws.2022.11696.1158
حمیدیان­فر، نجلا، ابوالحسنی، محمد هادی، و عطاآبادی، میترا (1398). مطالعه اثر استفاده از نانو ذره اکسید آهن در حذف فلز کادمیوم از محیط­های آبی: یک مطالعه آزمایشگاهی. مجله دانشگاه علوم پزشکی رفسنجان. 18(12)،  1252-1269. doi:20.1001.1.17353165.1398.18.12.3.1
رحمانی، علیرضا،  غفاری، حمیدرضا،  صمدی، محمدتقی، و ضرابی، منصور (1390). سنتز نانوذرات آهن و بررسی کارایی آن در حذف آرسنیک از محیط های آبی. آب و فاضلاب، 1، 35-41.
عباسی کلو، آیدا، کریمی بارزیلی، سایه، اوستان، شاهین، و شهاب آرخازلو، حسین (1402). شاخص‌های آلایندگی فلزات سنگین در خاک‌های کشاورزی آبیاری شده با فاضلاب خام (مشگین‌شهر، اردبیل). مدل‌سازی و مدیریت آب و خاک، 3(4)، 286-306. doi:10.22098/mmws.2023.13370.1332
عنایت، اکرم، عین­الهی پیر، فاطمه، پاکزاد توچایی، ساحل، و عرفانی، ملیحه (1403). سنجش و پهنه­بندی غلظت فلزات سنگین در آب چاهک­های امتداد رودخانه سیستان از نقطه صفر مرزی تا تالاب بین­المللی هامون. مدل­سازی و مدیریت آب و خاک، 4(1)، 51-69. doi:10.22067/jsw.2023.80046.1235
فروتن، عبدالرحیم، رهنمای مقدم، برهان، قدرتی کوزه کنان، سعید، و رادمهر، وحید (1390). بررسی مکانیزم حذف آلاینده های مختلف توسط نانوذرات آهن صفر ظرفیتی. پنجمین همایش و نمایشگاه تخصصی مهندسی محیط زیست. تهران، ایران.
قاضی‌زاده، نرگس، و جعفرزاده، نعمت‌اله (1387). امکان‌سنجی کاربرد نانوفناوری در کاهش آلودگی‌های محیطی با تأکید بر آلودگی خاک. دومین همایش و نمایشگاه تخصصی مهندسی محیط زیست. تهران، ایران.
ملکی، افشین (1390). بررسی توانایی زئولیت اصلاح شده با اسید برای جذب کادمیوم در محیط آبی. مجله دانشگاه علوم پزشکی مازندران، 21 (86): 75-84.
نیکو ثانی گل تپه، س.، صادقی، س.، نورآئین، م.، زواره، س.س. 1402. تأثیر نانوذرات آهن مغناطیسی در توزیع شکل­های شیمیایی کادمیوم در یک خاک آلوده. آب و خاک، 37(3)، 431-442. doi:10.22067/jsw.2023.80046.1235
 
References
Abbasi-Kalo, A., Karimi Barzili, S., Oustan, Sh., & Shahab Arkhazlo, H. (2023). Pollution indices of heavy metals in agricultural soils irrigated with raw sewage (Meshginshahr, Ardabil)Water and Soil Management and Modeling, 3(4), 286-306. [In Persian]. doi:10.22098/mmws.2023.13370.1332
Amiri. M.J. (2023). Removal of Cu(II) and Ni(II) Metal Ions from Aqueous Solutions Using Modified Hydroxyapatite by Zero-Valent Iron Nanoparticles. Environment and Water Engineering. 9(2), 195-210. [In Persian]. doi:10.22034/jewe.2022.335738.1754
Boparai, H.K., Joseph, M., & O'Carroll, D.M. (2010). Kineticss and thermodynamics of cadmium ion removal by adsorption onto nano zerovalent iron particles. Journal of Hazardous Materials, 1-8. doi:10.1016/j.jhazmat.2010.11.029
Cook, S.M. (2009). Assessing the Use and Application of Zero-Valent Iron Nanoparticle Technology for Remediation at Contaminated Sites. Jackson State University.
Elliott, D.W., & Zhang, W.X. (2001). Field assessment of nanoscale bimetallic particles for groundwater treatment. Environmental Science & Technology 35, 4922-4926. doi:10.1021/es0108584
Enayat, A., Einollahipeer, F., Pakzad Toochaei, S., & Erfani, M. (2024). Survey and Zoning the concentration of heavy metals in water of wells along the Sistan River from zero point border to Hamoun International wetland. Water and Soil Management and Modeling. 4(1), 51-69. [In Persian]. doi:10.22098/mmws.2023.12096.1215
Fang, Z., Chen, J.,  Qiu, X., Cheng, W., & Zhu, L. (2011). Effective removal of antibiotic metronidazole from water by nanoscale zero-valent iron particles. Desalination 268, 60-67. doi:10.1016/j.desal.2010.09.051
Foroutan, A., Rahnemay Moghaddam, B., Ghodrati Koozekanan, S., Radmehr, V., & Khodadadi Darban, A. (2012). Investigating the removal mechanism of different pollutants by zero capacity iron nanoparticles. 5th Conference and Exhibition on Environmental Engineering, Tehran. Iran. [In Persian].
Ghazizadeh, N., & Jafarzadeh, N. (2009). Feasibility of using nanotechnology in reducing environmental pollution with emphasis on soil pollution. 5th Conference and Exhibition on Environmental Engineering, Tehran. Iran. [In Persian].
Hamidianfar, N., Abolhasani, M.H., & Ataabadi, M. (2020). Investigation of the Effect of Using Iron Oxide Nanoparticles in Removing Cadmium from Aqueous Media: A Laboratory Study. Journal of Rafsanjan University of Medical Sciences. 18(12), 1252-1269. [In Persian]. doi:20.1001.1.17353165.1398.18.12.3.1
Joo, S.H., & I.F. Cheng 2006. Nanotechnology for environmental remediation. Springer Verlag.
Li, X., & W. Zhang (2006). Iron nanoparticles: the core-shell structure and unique properties for Ni (II) sequestration. Langmuir 22, 4638-4642. doi:10.1021/la060057k
Li, X., & Zhang, W. (2007). Sequestration of Metal Cations with Zerovalent Iron Nanoparticles A Study with High Resolution X-ray Photoelectron Spectroscopy (HR-XPS). The Journal of Physical Chemistry C. 111, 6939-6947. doi:10.1021/jp0702189
Maleki, A. (2011). Potential of acid modified zeolite for cadmium adsorption in aqueous environment. Journal of Mazandaran University of Medical Sciences, 22 (86): 75-84.
Norvell, W., Wu, J., Hopkins, D., & Welch, R. (2000). Association of cadmium in durum wheat grain with soil chloride and chelate-extractable soil cadmium. Soil Science Society of America Journal 64, 2162-2168. doi:10.2136/sssaj2000.6462162x
Nikkhosani Gol Tapeh, S., Sadeghi, S., Nooraien, M., & Zavareh, S. (2023). The Mutual Effect of Cadmium and Magnetic Iron Nanoparticles in the Distribution of Chemical Forms of Cadmium in a Contaminated Soil. Journal of water and Soil. 37 (3), 431-442. [In Persian]. doi:10.22067/jsw.2023.80046.1235
Parichehre, M., Sadeghzadeh, F., Jalili, B., Bahmanyar, M.A., & Samsuri, A. (2022). Removal of Direct Blue 71 and chromium from aqueous solutions by metal coating organic adsorbents, metal coating biochar and biochar-metal composite. Water and Soil Management and Modeling. 3(4), 122-132. [In Persian]. doi:10.22098/mmws.2022.11696.1158
Rahmani, A.R., Ghafari, H.R., Samadi, M.T., & Zarabi, M. (2012). Synthesis of zero valent iron nanoparticles (nZVI) and its efficiency in arsenic removal from aqueous solutions. Jurnal of Water and Wastewater, 2(1), 35-41. [In Persian].
StĘpniewska, Z., & Bucior, K. (2001). Chromium contamination of soils, waters, and plants in the vicinity of a tannery waste lagoon. Environmental Geochemistry and Health 23, 241-245. doi:10.1016/j.chemosphere.2023.137908
Sun, Y.P., Li, X., Cao, J., Zhang, W., & Wang, H.P. (2006). Characterization of zero-valent iron nanoparticles. Advances in Colloid and Interface Science 120, 47-56. doi:10.1021/acsomega.9b01898
Tarekegn, M.M., Hiruyb, A.M., & Dekebo, A.H. (2021). Nano zero valent iron (nZVI) particles for the removal of heavy metals (Cd2+, Cu2+ and Pb2+) from aqueous solutions. RSC Advances, 11(30), 18539-18551. https://doi.org/10.1039/D1RA01427G
Üzüm, Ç., T. Shahwan., AE, Eroglu., I. Lieberwirth., TB, Scott., & Hallam, KR. (2008). Application of zero-valent iron nanoparticles for the removal of aqueous Co2+ ions under various experimental conditions. Chemical Engineering Journal, 144: 213-220. doi:10.1016/j.cej.2008.01.024
World Health Organization (WHO). (2008). Guidelines for drinking-water quality [electronic resource]: incorporating World Health Organization, Distribution and Sales Geneva 27 CH-1211 Switzerland.
Xu, Y., Liu, H., Wen, S., Guo, J., Shi, X., He, Q., Lin, W., Gao, Y., Wang, R., & Xue, W. (2024). High performance self-assembled sulfidized nanoscale zero-valent iron for the immobilization of cadmium in contaminated sediments: Optimization, microbial response, and mechanisms. Journal of Hazardous Materials, 134022. https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2024.134022
Yan, W., Herzing., A.A., Kiely, C.J., & Zhang, W. (2010). Nanoscale zero-valent iron (nZVI): Aspects of the core-shell structure and reactions with inorganic species in water. Journal of Contaminant Hydrology 118, 96-104. doi:10.1016/j.jconhyd.2010.09.003
Zhang, W. (2003). Nanoscale iron particles for environmental remediation: An overview. Journal of Nanoparticle Research 5, 323-332. doi:10.1023/A:1025520116015