بررسی قابلیت حذف یون های کادمیم از محلول‌های آبی توسط خاکستر برگ درخت نخل

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 استادیار گروه محیط زیست، دانشکده منابع طبیعی، دانشگاه جیرفت، جیرفت، ایران. *(مسوول مکاتبات)

2 دانش آموخته دکتری گروه حشره شناسی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه ولی‌عصر رفسنجان، رفسنجان، ایران.

3 دانش آموخته دکتری گروه خاک شناسی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه ولی‌‌عصر رفسنجان، رفسنجان، ایران.

10.22034/jest.2019.13708

چکیده

چکیده
زمینه و هدف: برگ نخل یکی از پسماندهای کشاورزی است که سالانه در حجم وسیعی در کشور تولید می­شود. در این مطالعه قابلیت خاکستر برگ نخل به عنوان یک ماده جاذب ارزان قیمت جهت حذف یون‌های Cadmium (II) از محلول­های آبی مورد بررسی قرار گرفت.
روش بررسی: متغیرها شامل pH (7-2)، غلظت یون­های فلزی در محلول (mg/l 350-50) و مقدار جاذب (g/l 14- 1/0) در سیستم جذب ناپیوسته بودند.
یافته‌ها: pH بهینه برای حذف یون­های Cd(II)، 4 به دست آمد. بررسی متغیر میزان جاذب در این مطالعه نشان داد که با افزایش مقدار جاذب از 1/0 تا g/l 11 میزان جذب افزایش و پس از آن تا  g/l 14 که حد بالای متغیر مورد نظر است، تقریبا ثابت شود. هم چنین کارایی جذب در مدت 60 دقیقه در غلظت mg/l 100 بیش ترین مقدار بود.
بحث و نتیجه‌گیری: با توجه به نتایج، در نهایت جذب بهینه در شرایط pH 4، میزان جاذب g/l 11 و غلظت یون­های کادمیم mg/l100 برابر %36/92 به دست آمد.جمع بندی نتایج این مطالعه نشان داد که خاکستر برگ نخل دارای پتانسیل بسیار خوبی جهت حذف یون­های سمی فلزات سنگین از قبیل کادمیم از محلول­های آبی می­باشد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


 

 

 

 

 

علوم و تکنولوژی محیط زیست، دوره بیستم،شماره چهار ، زمستان 97

 

بررسی قابلیت حذف یون های کادمیم از محلول­های آبی توسط خاکستر برگ درخت نخل

 

ملیحه امینی[1]*

Amini.malihe@gmail.com

محمدعلی ضیائی مدبونی[2]

آرزو شریفی[3]

تاریخ دریافت: 26/07/94

تاریخ پذیرش:25/11/94

 

چکیده

زمینه و هدف: برگ نخل یکی از پسماندهای کشاورزی است که سالانه در حجم وسیعی در کشور تولید می­شود. در این مطالعه قابلیت خاکستر برگ نخل به عنوان یک ماده جاذب ارزان قیمت جهت حذف یون‌های Cadmium (II) از محلول­های آبی مورد بررسی قرار گرفت.

روش بررسی: متغیرها شامل pH (7-2)، غلظت یون­های فلزی در محلول (mg/l 350-50) و مقدار جاذب (g/l 14- 1/0) در سیستم جذب ناپیوسته بودند.

یافته‌ها: pH بهینه برای حذف یون­های Cd(II)، 4 به دست آمد. بررسی متغیر میزان جاذب در این مطالعه نشان داد که با افزایش مقدار جاذب از 1/0 تا g/l 11 میزان جذب افزایش و پس از آن تا  g/l 14 که حد بالای متغیر مورد نظر است، تقریبا ثابت شود. هم چنین کارایی جذب در مدت 60 دقیقه در غلظت mg/l 100 بیش ترین مقدار بود.

بحث و نتیجه‌گیری: با توجه به نتایج، در نهایت جذب بهینه در شرایط pH 4، میزان جاذب g/l 11 و غلظت یون­های کادمیم mg/l100 برابر %36/92 به دست آمد.جمع بندی نتایج این مطالعه نشان داد که خاکستر برگ نخل دارای پتانسیل بسیار خوبی جهت حذف یون­های سمی فلزات سنگین از قبیل کادمیم از محلول­های آبی می­باشد.

واژه­های کلیدی: آلودگی، خاکستر، جذب، کادمیم، سیستم ناپیوسته.

 

 

J. Env. Sci. Tech., Vol 20, No.4, Winter 2019

 

 

 

 

 


Error! Not a valid link.

مقدمه

 

 

فلزات سنگین حداقل پنج برابر سنگین تر از آب، عناصری با پایداری بالا با توانایی تجمع زیستی در زنجیره غذایی هستند. این فلزات وظیفه ای در بدن ندارند و بنابراین ایجاد سمیت می­نمایند. به علت توسعه فعالیت­های صنعتی، افزایش مقدار فلزات سنگین در جریان­های رودخانه ای به وجود آمده و باعث تولید مقادیر بالای کادمیم، جیوه، نیکل و سرب شده ­­است که روی سمیت آب اثر زیادی دارند (1) و تهدیدی جدی برای حیوانات و انسان محسوب می­شوند(2). فلزات سنگین حتی در غلظت­های کم سمی، سرطان­زا یا جهش­زا هستند و بنابراین یک مشکل مهم و مورد توجه جامعه جهانی می­باشند(3). کادمیم جزو سمی­ترین فلزات است هم چنین دارای حلالیت بالا در آب می­باشد. این فلز باعث پوکی استخوان، عدم کارایی ریه و صدمه به کبد در انسان­می باشد(4). فاضلاب صنایع آب کاری، گداختن فلز، ساخت پلاستیک، رنگ­سازی، باتری­سازی، کود­سازی، معدن­کاری و تصفیه فلزات حاوی کادمیم است. بنابراین نیاز به استفاده از روش­های موثر کاهش آلودگی فلزات وجود دارد. بهترین راه حل جلوگیری از ورود فلزات سنگین به اکوسیستم، استفاده از روش­های دوست دار طبیعت و بدون ایجاد صدمه به محیط زیست برای جمع آوری و رفع مشکل آلودگی فلزات سنگین و تباهی منابع آبی می­باشد (5-6). تعدادی از پسماندهای گیاهی در کشاورزی و باغبانی که در سال­های اخیر به عنوان جاذب فلزات سنگین استفاده شده­اند شامل برگ، ساقه و پوست درختان و یا خاکستر آن­ها می­باشند (7-  8). جذب فلزات به وسیله جاذب با سرعت خیلی بالا (چندین دقیقه) قابل انجام است. سودمندی­های جذب سطحی برای بازیافت یون­های فلزات سنگین شامل صرفه اقتصادی، دسترسی آسان و ظرفیت جذب بالا به علت سطح تماس زیاد می­باشد (9).

در ایران خرما از جمله محصولات مهم کشاورزی بوده و درخت خرما گیاهی همیشه سبز می‌باشد و بعد از 3 تا 7 سال برگ‌های مسن آن خشکیده می‌شوند و ‌باید از درخت حذف و هرس شوند. هر ساله ضایعات و بقایای گیاهی زیادی در سطح نخلستان‌ها تولید می‌شوند که ناشی از عملیات حذف برگ‌های خشک و دم برگ‌ها و هم چنین جداسازی الیاف درخت می باشد. در هر درخت خرما بر حسب رقم و شرایط زراعی در طول سال حدود 15 تا 25 برگ خشک می‌شود که هر کدام به طور متوسط 5/1 تا 5/2 کیلوگرم وزن دارد. تعمیم این مقدار بقایای گیاهی به چند میلیون اصله نخل موجود در کشور رقم بزرگی بوده که مدیریت بهره وری و ضرورت انجام تحقیقاتی در زمینه استفاده بهینه از این منبع طبیعی را می‌طلبد (10). استان کرمان خصوصا منطقه جنوب کرمان با بیش از 39 هزار هکتار نخیلات و تولید سالانه 226 هزار تن محصول انواع واریته‎های خرما توانسته است مقام چهارم سطح زیر کشت و مقام اول تولید خرمای کشور را به خود اختصاص دهد. یکی از کاربردهای پسماندهای گیاهی استفاده به عنوان منبع انرژی و هم چنین استفاده از خاکستر به جامانده به عنوان جاذب می­باشد.

بنابراین هدف از تحقیق حاضر، استفاده از خاکستر برگ درخت نخل برای تعیین توانایی­اش در جذب کادمیم از محیط های آبی بوده است. اثر تغییرات pH، غلظت جاذب و غلظت اولیه فلز مورد نظر در محلول بر توانایی جذب موثر یون­های فلزی به وسیله خاکستر بررسی شدند و پس از آن شرایط مطلوب برای بازیافت یون­های فلزی تعیین گردیدند.

روش بررسی

1- تهیه جاذب

در تحقیق حاضر برگ درخت نخل از حوزه شهرستان جیرفت جمع آوری و پس از شستشو به منظور رفع گرد و غبار و مواد جامد با آب و سپس با آب مقطر در آون به مدت 24 ساعت در دمای 60 درجه قرار داده شد تا کاملا خشک گردد. در ادامه برگ­های خرد شده در داخل بوته های چینی در دمای 500 درجه سانتی گراد به مدت 3 ساعت کاملا سوزانده و خاکستر شدند. پس از گذشت این مدت، نمونه­ها کاملا خرد و آسیاب گردید. سپس خاکستر از الک mesh 100 عبور داده شد تا پودری کاملا همگن و بسیار ریز و سطح جذب بالا به دست آید (11). 

2- تهیه محلول فلز سنگین

نمک مورد استفاده نیترات کادمیم (CdN2O­6.4H2O) بود. برای ساخت محلول ppm 1000 کادمیم مقدار 242/3 گرم نمک نیتراته کادمیم در آب مقطر حل شد و سپس در بالن ژوژه به حجم ml 1000 رسانده شد. سپس غلظت­های پایین­تر با توجه به محدوده آزمایشات تهیه گردید. حجم محلول­های تهیه شده برای انجام آزمایشات ml 100 بود و در داخل ارلن­هایml 250 قرار می­گرفت. هر کدام از محلول­ها دارای pH مشخصی بودند که تنظیم آن با NaOH یک مولار  و H2SO4یک مولار صورت پذیرفت(6).

3- انجام آزمایشات جذب بیولوژیک

پس از تهیه محلول­های حاوی فلز کادمیم در سیستم­های ناپیوسته با سرعت rpm 200 شروع به چرخش نمود. مقدار مشخصی خاکستر در زمان صفر داخل ارلن ریخته و نمونه­گیری از هر ارلن در زمان­های 2، 5، 10، 20، 30، 40، 50 و 60 دقیقه با سرنگ انجام گرفت. سپس با فیلتر سرنگی µm  45/0 محلول حاوی فلز برای اندازه گیری غلظت فلز استفاده شد(12).

4- محدوده متغیرها و مراحل انجام آزمایشات

متغیرهای مورد بررسی در این تحقیق pH، مقدار جاذب و غلظت یون­های فلز کادمیم در محلول­های آبی بودند. در مرحله اول متغیر pH در محدوده 7-2 بررسی شد. در هر آزمایش بررسی یکی از pH های 2، 3، 4، 5، 6 و 7 صورت گرفت. مقدار محلول هر آزمایش ml100 در داخل ارلن ml250 ریخته و pH آن با استفاده از سود و اسیدسولفوریک یک نرمال به حد مورد نظر رسانده شد. در زمان صفر مقدار g/l2 از پودر خاکستر در محلول­های فلزی mg/l100 ریخته شد و با گذشت زمان نمونه­گیری انجام گرفت. در این مرحله بالاترین درصد حذف یون­های کادمیم در محلول­های آبی بررسی شد تا بهترین pH برای ادامه آزمایشات مشخص گردد. نتایج، بالاترین درصد حذف را از بین آزمایشات انجام شده در pH 4 نشان داد (%72/21). بنابراین در ادامه آزمایشات این متغیر ثابت نگه داشته می­شود و متغیر بعدی برای دست یابی به مقدار بهینه تغییر می­یابد. علت خیلی بالا نبودن درصد حذف، عدم بهینه­سازی بقیه متغیرها می باشد و باید در نهایت در پایان آزمایشات به درصد حذف مطلوبی دست یابیم (13). در مرحله دوم مقدار جاذب بیولوژیکی استفاده شده از g/l 1/0 تا g/l 14  تغییر داده شد تا در نهایت به حد مطلوبی از درصد حذف دست یافته شد. آزمایشات تغییر مقدار جاذب شامل 1/0، 3/0، 5/0، 1، 5/1، 2، 3، 4، 5، 6، 7، 8، 9، 10، 11، 12، 13 و 14 انجام گردید. علت محدوده زیاد تغییرات این عامل، دست­یابی به درصد حذف مطلوب بود و در نهایت مقدار جاذب g/l11 با درصد حذف %35/93 برای مراحل بعدی آزمایشات ثابت در نظر گرفته شد (13). در مرحله سوم مقدار غلظت یون­های فلز کادمیم در محلول در محدوده mg/l350-50 و با مقادیر 50، 100، 150، 200، 250، 300 و 350 میلی­گرم بر لیتر تغییر داده شد. درصد حذف بهینه در مقدار غلظت کادمیم mg/l100 در حد %36/92 به دست آمد (13). آزمایشات در هر مرحله در سه تکرار انجام شده و مقادیر میانگین به عنوان نتیجه برای انجام مراحل بعدی آزمایشات در نظر گرفته شدند. با توجه به این که آزمایشات بهینه سازی متغیرها برای دست­یابی به بالاترین درصد حذف یون­های فلزی انجام گردیدند، بنابراین با بهینه شدن هر متغیر، در مراحل بعدی ثابت در نظر گرفته شدند (14).  

5- آنالیز داده ها  

دستگاه اسپکترومتر جذب اتمی(Perkin Elmer) برای اندازه گیری غلظت فلزات سنگین در محلول­ها استفاده گردید. در ابتدا اطلاعات مربوط به غلظت های استاندارد برای رسم منحنی کالیبراسیون به دستگاه داده شد. سپس میزان جذب و مقدار یون­های فلزی موجود در نمونه­ها به دست آمد. داده­های به دست آمده برای هر آزمایش در نرم افزار Excel وارد شدند و منحنی درصد تغییرات حذف فلز(R) از محلول مورد نظر با گذشت زمان به دست آمد. محاسبه مقدارR  برای داده­ها با توجه به فرمول(2-1) انجام شد (R (%)  درصد جذب فلز توسط جاذب، P0 (mg/L) غلظت اولیه یون فلزی،  و Pe (mg/L) غلظت نهایی یون های فلزی) (15).

(2-1)

 

یافته­ها

1-  اثر تغییرات pH  بر روی میزان جذب فلز توسط خاکستر برگ نخل

جذب فلزات سنگین در محیط آبی خیلی حساس به تغییرات pH در محیط کشت است (16). محلول­های در نظر گرفته شده در این تحقیق دارای pH 2 تا 7 قبل از اضافه شدن جاذب به محیط کشت بودند. خاکستر استفاده شده حاوی مقدار بالایی سیلیس می باشد (حدود 60%) که می تواند سبب استحکام جاذب در طول فرآیند جذب گردد. سطح ذرات خاکستر برگ نخل دارای خلل و فرج های متعددی می‌باشد که همین مسآله باعث افزایش نسبت سطح به حجم جاذب شده و در نتیجه می‌تواند سبب افزایش میزان جذب یون‌های فلزی گردد. (11)، تحت شرایط اسیدی به علت رقابت یون هایH+  با کاتیون­های فلزات برای قرارگیری در سطح جاذب، جذب اندکی اتفاق می­افتد. خصوصا در pH 2 و کم تر از آن جذب ناچیزی مشاهده می­گردد. میزان جذب کادمیم در این pH مقدار 10 درصد به دست آمد. درصد ظرفیت جذب خاکستر با افزایش pH محلول از 2 به سمت مقادیر بالاتر افزایش ­یافت و در pH 4 به 8/17 درصد رسید. با تغییر pH محلول به مقادیر بالاتر، یون­های فلزی به دلیل غلظت بالای یون­هایOH-  رسوب می­کنند و در نتیجه مقدار ظرفیت جذب کاهش می­یابد(17) بنابراین در pH 7 درصد حذف حدود 5/11 درصد ثبت گردید. شکل 1 تاثیر تغییرات pH را بر میزان جذب یون­های کادمیم توسط خاکستر نشان می­دهد.

 

 

 

شکل 1- تاثیر تغییرات pH بر درصد حذف یون­های کادمیم توسط خاکستر برگ درخت نخل

Figure 1- The effect of pH changes on cadmium ions removal percentage with Date-palm Leaf Ash

 


2-  اثر تغییرات مقدار جاذب گیاهی بر روی میزان جذب فلز توسط خاکستر برگ نخل

غلظت جاذب یک پارامتر مهم است که بر ظرفیت جذب فلزی تاثیر بالایی دارد. در این مطالعه آزمایشات بررسی اثر غلظت جاذب بر فرآیند بازیافت فلزات سنگین به وسیله خاکستر برگ درخت نخل انجام شد و محدوده غلظت جاذب در محلول از  g/l 14-1/0 تغییر داده شدند. در این محدوده ابتدا میزان درصد حذف یون­های کادمیم کم بود و با افزایش مقدار جاذب در g/l 11 درصد حذف مطلوبی مشاهده گردید. در غلظت­های بالاتر افزایش درصد حذف بسیار اندک بود، بنابراین همین مقدار به عنوان مقدار جاذب بهینه در ادامه آزمایشات مورد استفاده قرار گرفت. در صورتی که مقدار جاذب خیلی بیش از حد افزایش یابد، سرعت حذف کاهش می­یابد که در ارتباط با دانه دانه شدن جاذب و به هم چسبیدگی ذرات آن است (18). شکل 2 تاثیر تغییرات مقدار جاذب را در محلول­های آبی بر میزان درصد حذف یون­های فلزی نشان می­دهد. درصد حذف مطلوب و بهینه در مقدار جاذب g/l 11 برابر %35/93 گزارش گردید.

 

 

                              شکل 2- تاثیر تغییرات مقدار جاذب بر درصد حذف یون­های کادمیم توسط خاکستر برگ درخت نخل

Figure 2- The effect of adsorbent dose changes on cadmium ions removal percentage with Date-palm

 Leaf Ash

 


3- اثر تغییرات غلظت یون­های کادمیم بر روی میزان جذب فلز توسط خاکستر برگ نخل

درصد حذف یون­های فلزی به وسیله جاذب خاکستر تحت تاثیر غلظت اولیه یون­های فلزی در محلول آبی در محدوده mg/l 350-50 بررسی شد. با توجه به این که مقدار دو متغیر pH و مقدار جاذب به ترتیب در 4 و g/l11 مطلوب ترین درصد حذف را داشتند، بنابراین در این مرحله این دو عامل ثابت در نظر گرفته شدند. مقادیر غلظت یون­های فلزی mg/l 50، 100، 150، 200، 250، 300 و 350 بودند. در دو غلظت mg/l50 و 100، میزان درصد حذف مطلوب و بالای 90% بود و پس از آن در غلظت­های بالاتر به تدریج درصد حذف کاهش یافت. بنابراین به منظور دست­یابی به درصد حذف بالای آلودگی فلز سنگین و در ضمن صرفه اقتصادی برای حذف مقدار بالای آلاینده غلظت mg/l100 به عنوان مقدار بهینه با درصد حذف %36/92 انتخاب گردید. در مقدار غلظت mg/l50 درصد، حذف %22/98 بود که به خاطر اختلاف بالای غلظت اولیه با mg/l100 به عنوان مقدار بهینه انتخاب نشد. بنابراین با افزایش غلظت اولیه یون­های فلزی میزان حذف نیز در حد مطلوبی باقی ماند ولی افزایش خیلی زیاد غلظت اولیه یون­های فلزی موجب کاهش درصد حذف یون­های فلزی گردید. شکل 3 تاثیر غلظت اولیه یون­های فلزی را در میزان جذب یون­های کادمیم نشان می دهد. همان طور که گفته شد درصد حذف مطلوب در مقدار کادمیم mg/l100 در حد %36/92 به دست آمد.

 

 

شکل 3- تاثیر تغییرات مقدار غلظت اولیه یون­های فلزی بر درصد حذف یون­های کادمیم توسط خاکستر برگ درخت نخل

Figure 3- The effect of initial concentration of metal ions changes on cadmium ions removal percentage with Date-palm Leaf Ash

 


بحث


1-  اثر تغییرات pH  بر روی میزان جذب فلز توسط خاکستر برگ نخل

مطالعات زیادی نشان داده اند که مهم­ترین پارامتر بحرانی در حذف فلزات سنگین توسط جاذب، pH اولیه محیط کشت است. در مقادیر pH خیلی اسیدی، بار سطحی کل سلول مثبت می­گردد، کاتیون­های فلزی و پروتون­ها برای قرار­گیری در مکان­های اتصال روی دیواره سلولی رقابت می­کنند و در نتیجه میزان جذب فلز ناچیز است (6). در pH های بالاتر از 5/6 نیز هیدروکسید فلزی (Cd(OH)2) شکل می‌گیرد که باعث رسوب یون‌های فلزی می‌شود(16). بنابراین مقادیر pH  بالاتر از  7 مورد بررسی قرار نگرفت. البته تغییرات اسمزی و انجام هیدرولیز در محلول نیز در میزان جذب یون­های فلزی توسط دیواره سلولی تاثیر گذار هستند (19). مطالعات زیادی بر روی بررسی تغیرات عامل pH و میزان تاثیر بر درصد حذف یون­های فلزی انجام شده است و در آن ها نیز بهترین مقدار این متغیر برای دست­یابی به بهترین درصد حذف حد متوسط بوده است و وجود شرایط خیلی اسیدی یا قلیایی موجب عدم توانایی حذف مطلوب یون­های فلزی می­گردد (3).

2-  اثر تغییرات مقدار جاذب گیاهی بر روی میزان جذب فلز توسط خاکستر برگ نخل

نتایج بیان گر این مطلب است که با افزایش میزان جاذب، تعداد مکان­های فعال جذب هم افزایش می­یابند و در نتیجه آن درصد حذف بیش تر می­شود (20). اما افزایش بی رویه جاذب موجب افزایش بیش تر حذف یون­های فلزات نمی­شود زیرا با افزایش مقدار جاذب به هم چسبیدگی ذرات اتفاق می افتد و در مقدار خیلی بالای جاذب موجب کاهش درصد جذب خواهد شد (12 ،21 - 22). در تحقیق مشابه کار حاضر در غلظت های بالای جاذب (g/l 20) برای جذب سرب درصد جذب 100 به دست آمدند و این نشانگر بالا بودن توانایی این مواد در حذف مواد آلاینده فلزی از محلول­های آبی می­باشد (23). در تحقیق حاضر مقدار جاذب بهینه g/l11 بوده است که توسط نتایج تحقیق فوق الذکر در مورد استفاده از مقدار بالای جاذب تایید می­گردد. هم چنین در مطالعه Apiratikul و Pavasant (2008) میزان حذف سرب، مس و کادمیم با استفاده از Caulerpa lentilliferaبررسی و بیان شد که افزایش مقدار جاذب درصد حذف را افزایش داده است. از طرفی مشخص گردید که در کاربردهای واقعی باید کم ترین مقدار از بیومس که قادر به پاسخ گویی به نیازها و میزان حذف بهینه یون های فلزی باشد تعیین گردد (24). در این تحقیق برای حذف مقدار غلظت اولیه mg/l 10، مقادیر 14، 5/17 و g/l10 جاذب به ترتیب برای سرب، مس و کادمیم استفاده شد که تایید کننده تحقیق حاضر برای استفاده از مقدار g/l11 جاذب در حذف مطلوب یون­های فلزی از محلول­های حاوی فلزات سنگین می­باشد.    

3- اثر تغییرات غلظت یون­های کادمیم بر روی میزان جذب فلز توسط خاکستر برگ نخل

مقدار فلز جذب شده به ازای واحد جرم جاذب زمانی افزایش می­یابد که غلظت اولیه یون­های فلزی در محلول زیاد شود که ممکن است در نتیجه اشباع مکان­های فعال جاذب باشد و منجر به حداکثر ظرفیت جذب یون­های فلزی توسط جاذب گردد (18). Liu و همکاران (2006) بیان کردند که افزایش جذب یون­های فلزی هم زمان با فزونی غلظت اولیه آن ها، ممکن است در نتیجه افزایش امکان انجام واکنش­های شیمیایی باشد. هم چنین با افزایش غلظت اولیه یون­های فلزی ظرفیت جذب سطحی نیز افزایش می­یابد (2). در غلظت­های پایین همه یون­های فلزی با سایت­های فعال در جاذب واکنش داده و هر سایت فعال توسط یون­های فلزی بیش تری احاطه می­گردد، بنابراین ظرفیت جذب به سرعت با افزایش غلظت اولیه فلز افزایش می­یابد، در غلظت­های بالا ظرفیت جذب تقریبا ثابت است و این ناشی از اشباع شدن سایت­های جذب است (17). میکروارگانیسم Microcystisبرای بررسی اثر غلظت mg/l 40 یون های نیکل استفاده و ظرفیت جذب 78 درصد محاسبه گردید (25). این نتایج نشان می­دهند که می­توان غلظت یون فلزی را افزایش داد تا به درصد حذف بالاتری دست یافت. Park و همکاران (2005) نیز در غلظت mg/l 50 کروم با استفاده از A. nigerمیزان حذف کروم را 100 درصد گزارش کردند (26). بنابراین می­توان از مواد بیولوژیکی در فاضلاب­هایی با مقدار قابل توجه آلودگی به فلزات سنگین استفاده کرد. حتی در غلظت حدود mg/l 100 برای کروم ظرفیت جذب Micrococcus sp.90 درصد به دست آمد (19). بنابراین محدودیت جذب یون­های فلزی در غلظت­های بالا کم تر از غلظت­های خیلی پایین یون­ها می­باشد و با توجه به آلودگی زیاد فاضلاب کارخانه­ها و غلظت بالای فلزات محلول در آب، استفاده از جاذب­ها برای جذب فلزات می­تواند بسیار موثر و سودمند باشد.

 نتیجه گیری

در این مطالعه، از خاکستر برگ درخت نخل برایحذف فلز سنگین کادمیم به عنوان آلاینده محیط زیست استفاده شد. توانایی این جاذب برای بازیافت فلز کادمیم از محلول­های آبی ارزیابی و شرایط مطلوب برای دست­یابی به بالاترین درصد حذف تعیین گردید. نتایج حاضر نشان دادند که خاکستر برگ درخت نخل جذب قابل توجه یون­های فلزی را در محلول­های آبی انجام می­دهد. آزمایشات با توجه به عوامل pH اولیه محلول، مقدار جاذب و غلظت اولیه یون­های فلزی انجام شدند. نتایج حاصل نشان دادند که خاکستر برگ درخت نخل جاذبی مطلوب برای یون­های فلزی است و جذب سطحی بالایی برای کاربرد عملی در فاضلاب حاوی یون­های فلزات سنگین دارد. میزان جذب یون­های کادمیم توسط خاکستر در شرایط مطلوب جذب از محلول­های آبی %36/92 به دست آمد. مقدار سه متغیر pH اولیه محلول، مقدار خاکستر و غلظت اولیه یون کادمیم در محلول­های مورد آزمایش تعیین شدند. pH اولیه 4، مقدار جاذب g/l11 و غلظت اولیه کادمیم mg/l100 برای حداکثر بازیافت یون­های فلزی و ایجاد مطلوب­ترین شرایط تایید گردیدند. بر اساس این مشاهدات جاذب خاکستر به عنوان یک جاذب موثر برای بازیافت یون­های فلزی از محیط­های آبی آلوده توانایی دارد.  

پیشنهادات

ü    با توجه به نتایج به دست آمده و مشاهده مقدار جذب مطلوب فلز کادمیم توسط خاکستر برگ درخت نخل در محلول تک فلزی، تحقیقاتی در رابطه با مقدار جذب فلزات سنگین در محلول­هایی با حضور دو یا سه فلز صورت گیرد تا اثرات متقابل یون­های فلزی و درصد کاهش یا افزایش جذب توسط بیوماس خاکستر در این حالت­های جدید بررسی گردد.

ü    کار با فاضلاب صنایع که حاوی فلز کادمیم است برای تکمیل نتایج تحقیق حاضر انجام شود و تاثیر ترکیبات آلی و معدنی مختلف موجود در آن نیز بر میزان جذب بررسی شود.

 تشکر و قدردانی

تحقیق حاضر در قالب طرح پژوهشی با استفاده از اعتبارات دانش گاه جیرفت انجام شده است. بدین وسیله از معاونت آموزشی و پژوهشی دانش گاه جیرفت نهایت تشکر را داریم. هم چنین از آقایان دکتر برومند و مهندس سنجری اساتید گروه خاک شناسی دانش گاه جیرفت و خانم مهندس حیدری کارشناس آزمایش گاه خاک شناسی دانش گاه جیرفت که در پیشرفت  عملی کار حاضر ما را یاری نمودند، سپاس گزاریم.

Reference

1-     Wang, X. S., Lu, Z. P., Miao, H. H., He, W., Shen, H.L., 2010. Kinetics of Pb (II) adsorption on black carbon derived from wheat residue. Chemical Engineering Journal, Vol. 166, pp. 986-993.

2-     Liu, Y-g., Fan, T., Zeng, G-m., Li, X., Tong, Q., Ye, F., Zhou, M., Xu, W-h., Huang, Y-e., 2006. Removal of cadmium and zinc ions from aqueous solution by living Aspergillus niger. Transition NonferrousMetals Society China, Vol. 16, pp. 681-686.

3-     Bahadir, T., Bakan, G., Altas, L., Buyukgungor, H., 2007. The investigation of lead removal by biosorption: An application at storage battery industry wastewaters. Enzyme Microbiology and Technology, Vol. 41, pp. 98- 102.

4-     Iqbal, M., Saeed, A., Zafar, S. I., 2007. Hybrid biosorbent: an innovative matrix to enhance the biosorption of Cd(II) from aqueous solution. Journal of Hazardous Materials, Vol. 148, pp. 47-55

5-     Chubar, N., Carvalho, J. R., Correia, M. J. N., 2004. Heavy metals biosorption on cork biomass: effect of the pre- treatment.Physicochemical Engineering Aspects, Vol. 238, pp.51-58.

6-     Amini, M., Younesi, H., Bahramifar, N., 2009. Statistical modeling and optimization of the cadmium biosorption process in an aqueous solution using Aspergillus niger. Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects, Vol. 337, pp. 67-73.

7-     Sawalha, M. F., Peralta-Videa, J. R., Romero-González, J., Duarte-Gardea, M., Gardea-Torresdey, J. L., 2007. Thermodynamic and isotherm studies of the biosorption of Cu (П), Pb(П), and Zn(П) by leaves of saltbush (Atriplex canescens). Journal of Chemical Thermodynamics, Vol. 39, pp. 488- 492.

8-     Bulut, Y., Baysal, Z., 2006. Removal of Pb(II) from wastewater using wheat bran. Journal of Environment Management, Vol. 78, pp.107-13.

9-     Mungasavalli, D. P., Viraraghavan, T., Jin, Y-C., 2007. Biosorption of chromium from aqueous solutions by pretreated Aspergillus niger: Batch and column studies.  Colloids and Surfaces A: Physicochemical Engineering Aspects, Vol. 301, pp. 214-223.

10-  Khademi, R., Behseresht, R., Farar, N., 2005. Common practices for the use of plant remains in the country's foliage, the first scientific conference on the management of plant remains, Tehran. (In Persian).  

11-  Ghorbani, F., Sanati, A. M., Younesi, H., Ghoreyshi, A. A., 2012. The Potential of Date-palm Leaf Ash as Low-cost Adsorbent for the Removal of Pb(II) Ion from Aqueous Solution. International Journal of Engineering: Applications, Vol. 25(4), pp. 296-278

12-  Amini, M., Younesi, H., Bahramifar, N., Zinatizadeh Lorestani, A. A., Ghorbani, F., Daneshi, A., Sharifzadeh, M., 2008. Application of response surface methodology for optimization of lead biosorption in an aqueous solution by Aspergillus niger. Journal of Hazardous Materials, Vol. 54, pp. 694-702.

13-  Amini, M., Younesi, H., Bahramifar, N., 2013. Biosorption of U(VI) from Aqueous Solution by Chlorella vulgaris: Equilibrium, Kinetic, and Thermodynamic Studies. Journal of environmental engineering, Vol. 139, pp. 410-421.

14-  Amini, M., Younesi, H., Bahramifar, N., 2008. Process modeling and optimization of nickel ions biosorption by Aspergillus niger in an aqueous solution using response surface methodology and isotherm models. Chemosphere, pp. 1483- 1491.

15-  Liu S. Y., Gao, J., Yang, Y. J., Yang, Y. C., Ye, Z. X., 2010. Adsorption intrinsic kinetics and isotherms of lead ions on steel slag. Journal of Hazardous Materials, Vol. 173, pp. 558-62.

16-  Dursun, A. Y., 2006. A comparative study on determination of the equilibrium, kinetic and thermodynamic parameters of biosorption of copper (II) and lead(II) ions onto pretreated Aspergillus niger. Biochemical Engineering Journal, Vol. 28, pp.187–195.

17-  Akar, T., Tunali, S., Kiran, I., 2005. Botrytis cinerea as a new fungal biosorbent for removal of Pb(II) from aqueous solutions. Biochemical Engineering Journal, Vol. 25, pp. 227-235.

18-  Selatnia, A., Boukazoula, A., Kechid, N., Bakhti, M. Z., Chergui, A., Kerchich, Y., 2004b. Biosorption of lead (II)from aqueous solution by a bacterial dead Streptomyces rimosus biomass. Biochemical Engineering Journal, Vol. 19, pp. 127-135.

19-  Congeevaram, S., Dhanarani, S., Park, J., Dexilin, M., Thamaraiselvi, K., 2007. Biosorption of chromium and nickel by heavy metal resistant fungal and bacterial isolates. Journal of Hazardous Materials, Vol. 146, pp. 270- 277.

20-  Azila, Y., Mashita, M. D., Bhatia, S., 2008. Biosorption of copper (II) onto immobilized cells of Pycnoporus sanguineus from aqueous solution: Equilibrium and kinetic studies. Journal of Hazardous Materials, Vol. 161, pp.189-195.

21-  Selatnia, A., Madani, A., Bakhti, M. Z., Kertous, L., Mansouri, Y., Yous, R., 2004c. Biosorption of Ni2+ from aqueous solution by a NaOH-treated bacterial dead Streptomyces rimosus biomass, Mineral Engineering, Vol. 17, pp. 903–911.

22-  Han, R., Li, H., Li, Y., Zhang, J., Xiao, H., Shi, J., 2006. Biosorption of copper and lead ions by waste beer yeast. Journal of Hazardous Materials, Vol. 137, pp. 1569-1576.

23-  Nourbakhsh, M. N., Kiliçarslan, S., Ilhan, S., Ozdag, H., 2002. Biosorption of Cr6+, Pb2+ and Cu2+ ions in industrial waste water on Bacillus sp. Chemical Engineering Journal, Vol. 85, pp. 351-355.

24-  Apiratikul, R., Pavasant, P., 2008. Batch and column studies of biosorption of heavy metals by Caulerpa lentillifer. Bioresource Technology, Vol. 99, pp. 2766–2777.

25-  Pradhan, S., Singh, S., Rai, L. C., 2007. Characterization of various functional groups present in the capsule of Microcystis and study of their role in biosorption of Fe, Ni and Cr. Bioresource Technology, Vol. 98, pp. 595-601.                         

26-  Park, D., Yun, Y-S., Jo, J. H., Park, J. M., 2005. Mechanism of hexavalent chromium removal by dead fungal biomass of Aspergillus niger. Water Resource, Vol. 39, pp. 533-540.


 



1- استادیار گروه محیط زیست، دانشکده منابع طبیعی، دانشگاه جیرفت، جیرفت، ایران. *(مسوول مکاتبات)

2- دانش آموخته دکتری گروه حشره شناسی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه ولی­عصر رفسنجان، رفسنجان، ایران.

[3]- دانش آموخته دکتری گروه خاک شناسی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه ولی­­عصر رفسنجان، رفسنجان، ایران.

1-     Wang, X. S., Lu, Z. P., Miao, H. H., He, W., Shen, H.L., 2010. Kinetics of Pb (II) adsorption on black carbon derived from wheat residue. Chemical Engineering Journal, Vol. 166, pp. 986-993.

2-     Liu, Y-g., Fan, T., Zeng, G-m., Li, X., Tong, Q., Ye, F., Zhou, M., Xu, W-h., Huang, Y-e., 2006. Removal of cadmium and zinc ions from aqueous solution by living Aspergillus niger. Transition NonferrousMetals Society China, Vol. 16, pp. 681-686.

3-     Bahadir, T., Bakan, G., Altas, L., Buyukgungor, H., 2007. The investigation of lead removal by biosorption: An application at storage battery industry wastewaters. Enzyme Microbiology and Technology, Vol. 41, pp. 98- 102.

4-     Iqbal, M., Saeed, A., Zafar, S. I., 2007. Hybrid biosorbent: an innovative matrix to enhance the biosorption of Cd(II) from aqueous solution. Journal of Hazardous Materials, Vol. 148, pp. 47-55

5-     Chubar, N., Carvalho, J. R., Correia, M. J. N., 2004. Heavy metals biosorption on cork biomass: effect of the pre- treatment.Physicochemical Engineering Aspects, Vol. 238, pp.51-58.

6-     Amini, M., Younesi, H., Bahramifar, N., 2009. Statistical modeling and optimization of the cadmium biosorption process in an aqueous solution using Aspergillus niger. Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects, Vol. 337, pp. 67-73.

7-     Sawalha, M. F., Peralta-Videa, J. R., Romero-González, J., Duarte-Gardea, M., Gardea-Torresdey, J. L., 2007. Thermodynamic and isotherm studies of the biosorption of Cu (П), Pb(П), and Zn(П) by leaves of saltbush (Atriplex canescens). Journal of Chemical Thermodynamics, Vol. 39, pp. 488- 492.

8-     Bulut, Y., Baysal, Z., 2006. Removal of Pb(II) from wastewater using wheat bran. Journal of Environment Management, Vol. 78, pp.107-13.

9-     Mungasavalli, D. P., Viraraghavan, T., Jin, Y-C., 2007. Biosorption of chromium from aqueous solutions by pretreated Aspergillus niger: Batch and column studies.  Colloids and Surfaces A: Physicochemical Engineering Aspects, Vol. 301, pp. 214-223.

10-  Khademi, R., Behseresht, R., Farar, N., 2005. Common practices for the use of plant remains in the country's foliage, the first scientific conference on the management of plant remains, Tehran. (In Persian).  

11-  Ghorbani, F., Sanati, A. M., Younesi, H., Ghoreyshi, A. A., 2012. The Potential of Date-palm Leaf Ash as Low-cost Adsorbent for the Removal of Pb(II) Ion from Aqueous Solution. International Journal of Engineering: Applications, Vol. 25(4), pp. 296-278

12-  Amini, M., Younesi, H., Bahramifar, N., Zinatizadeh Lorestani, A. A., Ghorbani, F., Daneshi, A., Sharifzadeh, M., 2008. Application of response surface methodology for optimization of lead biosorption in an aqueous solution by Aspergillus niger. Journal of Hazardous Materials, Vol. 54, pp. 694-702.

13-  Amini, M., Younesi, H., Bahramifar, N., 2013. Biosorption of U(VI) from Aqueous Solution by Chlorella vulgaris: Equilibrium, Kinetic, and Thermodynamic Studies. Journal of environmental engineering, Vol. 139, pp. 410-421.

14-  Amini, M., Younesi, H., Bahramifar, N., 2008. Process modeling and optimization of nickel ions biosorption by Aspergillus niger in an aqueous solution using response surface methodology and isotherm models. Chemosphere, pp. 1483- 1491.

15-  Liu S. Y., Gao, J., Yang, Y. J., Yang, Y. C., Ye, Z. X., 2010. Adsorption intrinsic kinetics and isotherms of lead ions on steel slag. Journal of Hazardous Materials, Vol. 173, pp. 558-62.

16-  Dursun, A. Y., 2006. A comparative study on determination of the equilibrium, kinetic and thermodynamic parameters of biosorption of copper (II) and lead(II) ions onto pretreated Aspergillus niger. Biochemical Engineering Journal, Vol. 28, pp.187–195.

17-  Akar, T., Tunali, S., Kiran, I., 2005. Botrytis cinerea as a new fungal biosorbent for removal of Pb(II) from aqueous solutions. Biochemical Engineering Journal, Vol. 25, pp. 227-235.

18-  Selatnia, A., Boukazoula, A., Kechid, N., Bakhti, M. Z., Chergui, A., Kerchich, Y., 2004b. Biosorption of lead (II)from aqueous solution by a bacterial dead Streptomyces rimosus biomass. Biochemical Engineering Journal, Vol. 19, pp. 127-135.

19-  Congeevaram, S., Dhanarani, S., Park, J., Dexilin, M., Thamaraiselvi, K., 2007. Biosorption of chromium and nickel by heavy metal resistant fungal and bacterial isolates. Journal of Hazardous Materials, Vol. 146, pp. 270- 277.

20-  Azila, Y., Mashita, M. D., Bhatia, S., 2008. Biosorption of copper (II) onto immobilized cells of Pycnoporus sanguineus from aqueous solution: Equilibrium and kinetic studies. Journal of Hazardous Materials, Vol. 161, pp.189-195.

21-  Selatnia, A., Madani, A., Bakhti, M. Z., Kertous, L., Mansouri, Y., Yous, R., 2004c. Biosorption of Ni2+ from aqueous solution by a NaOH-treated bacterial dead Streptomyces rimosus biomass, Mineral Engineering, Vol. 17, pp. 903–911.

22-  Han, R., Li, H., Li, Y., Zhang, J., Xiao, H., Shi, J., 2006. Biosorption of copper and lead ions by waste beer yeast. Journal of Hazardous Materials, Vol. 137, pp. 1569-1576.

23-  Nourbakhsh, M. N., Kiliçarslan, S., Ilhan, S., Ozdag, H., 2002. Biosorption of Cr6+, Pb2+ and Cu2+ ions in industrial waste water on Bacillus sp. Chemical Engineering Journal, Vol. 85, pp. 351-355.

24-  Apiratikul, R., Pavasant, P., 2008. Batch and column studies of biosorption of heavy metals by Caulerpa lentillifer. Bioresource Technology, Vol. 99, pp. 2766–2777.

25-  Pradhan, S., Singh, S., Rai, L. C., 2007. Characterization of various functional groups present in the capsule of Microcystis and study of their role in biosorption of Fe, Ni and Cr. Bioresource Technology, Vol. 98, pp. 595-601.                         

26-  Park, D., Yun, Y-S., Jo, J. H., Park, J. M., 2005. Mechanism of hexavalent chromium removal by dead fungal biomass of Aspergillus niger. Water Resource, Vol. 39, pp. 533-540.