حذف سرب از محلولهاي آبي با استفاده از ژل نانو فيبر سلولز باكتريايي

Removal of Lead Ions from Aqueous Solutions Using Bacterial Cellulose Nano Fibers Gel

سابقه و هدف: فلزات سنگين از جمله سرب به علت سميت، پايداري و عدم قابليت تجزيه بيولوژيكي اثرات سوء فراواني بر موجودات زنده و محيط‌زيست مي‌گذارندحضور فلزات سنگين در آب‌هاي سطحي و آب‌هاي زير‌زميني تبديل به يك مشكل عمده آلودگي معدني شده است تخليه و تصفيه فاضلاب صنعتي حاوي فلزات سنگين مسائل مهم در حفاظت از محيط‌زيست مي‌باشد. روش‌هاي مختلفي جهت حذف فلزات سنگين وجود دارد كه يكي از بهترين روش‌ها جذب سطحي است. هدف از اين پژوهش استفاده از ژل نانو فيبرهاي سلولزي باكتريايي جهت حذف يون‌هاي فلز سنگين سرب از محلول‌هاي آبي بود. مواد و روش‌ها: ابتدا ژل نانو فيبرهاي سلولزي باكتريايي به عنوان نانوبيو مواد طبيعي كه داراي قطر در محدوده نانومتري و طول تا چند ميكرون است، خريداري شد. سپس محلول استوك از نمك نيترات سرب در آب مقطر ديونيزه تهيه شد. محلول‌هاي آزمايش در غلظت‌هاي متفاوت از رقيق كردن محلول استوك اوليه با آب مقطر ديونيزه تهيه شدند.pH محلول با استفاده از محلول‌هاي 0/1 مولار نيتريك اسيد و سديم هيدروكسيد در ابتداي آزمايش تنظيم شدند و بعد از شروع آزمايش كنترل نشدند. در اين مطالعه پارامترهايي از جمله تأثير pH، دما، زمان تماس، مقدار جاذب و غلظت در سيستم ناپيوسته و با سه بار تكرار بررسي گرديد. محلول‌هاي حاوي جاذب در ارلن ماير 250 ميلي ليتري قرارداده شده و در شيكر با دور rpm120 در زمان‌هاي مشخص قرار گرفتند و پس از آن نمونه‌ها در سانتريفيوژ با rpm 4000 به مدت 5 دقيقه قرار گرفتند. ميزان غلظت يون‌هاي سرب در محلول با استفاده دستگاه اسپكتروفتومتر جذب اتمي تعيين شدند. جهت بررسي مكانيسم جذب سطحي از مدل‌هاي ايزوترمي فروندليچ و لانگموير و پارامترهاي سينتيكي استفاده شد. نرم‌افزار Excel براي تجزيه و تحليل داده‌ها استفاده شد. يافته‌ها: نتايج نشان داد كه حداكثر راندمان جذب سرب در ژل نانو فيبرهاي سلولزي باكتريايي در شرايط 5=pH ، زمان 50 دقيقه و دماي 25 درجه سانتي‌گرادو جرم جاذب 0/35 گرم، برابر 93/2± بوده است.. كه بيانگر اين است جذب در شرايط مناسب انجام شده است. مطالعات سيستم ناپيوسته ايزوترم نشان داد كه جذب از مدل فروندليچ پيروي مي‌كند و سينتيك جذب از معادله شبه مرتبه دوم تبعيت داشت. نتيجه‌گيري: بنابراين بر اساس يافته‌هاي اين مطالعه چنين مي‌توان گفت كه ژل نانو فيبرهاي سلولزي باكتريايي مي‌تواند به عنوان يك جاذب مناسب و دوستدار محيط زيست با سطح ويژه بالا جهت حذف فلزات سنگين از محلول‌هاي آبي به ويژه از فاضلاب صنايع استفاده شود. در مقايسه با ساير تحقيق‌هاي مشابه در زمينه جذب سطحي مشخص شد كه اين نانوجاذب از بهترين جاذب‌ها مي‌باشد و مي‌تواند به شكل موفقيت‌آميزي براي حذف فلزات سنگين در صنايع مختلف استفاده شود.

Background and Objectives: Heavy metals such as Lead are toxic, stable and non-biological and causing numerous harmful effects on the environment and animals. Due to their mobility in natural water ecosystems and toxicity, the presence of heavy metals in surface water and ground water has become a major inorganic contamination problem. Discharge and treatment of industrial wastewater containing heavy metals are important issues in environmental protection. There are several methods to remove the heavy metals from aqueous solutions that adsorption is one of the best one. The aim of this study was to evaluate the efficiency of Bacterial Cellulose Nano Fibers Gel as adsorbent for the removal of Pb2 + ions from aqueous solutions. Material and Methods: Firstly, Bacterial Cellulose Nano Fibers Gel as a natural bionanomaterial was purchased with the diameter in nanometer scale and length of a few microns. Secondly, the stock solution of Pb was prepared by dissolving Pb(NO3)2.6H2O in deionized water. The test solutions of various concentrations were prepared from the stock solution. The solution pH was adjusted using 0.1 M HNO3 and 0.1 M NaOH at the beginning of the experiment and not controlled afterwards. Batch experiments were conducted to study the effect of solution pH, temperature, contact time, absorbent amount and initial metal concentration and repeated on several occasions. Solution containing adsorbate and adsorbent was taken in 250 mL capacity conical flask and agitated at 120 rpm in a shaker at predetermined time intervals. Samples putted on the centrifuge with 4000 rpm for 5 minutes. Lead ions were determined spectrophotometrically by atomic absorption spectrophotometer. Finally, adsorption isotherm models and kinetic models were studied. Excel software was used for the analysis of data. Results: The results of this study showed that the highest uptake was observed in condition of pH=5, contact time 50 minutes and temperature 25℃. Metal uptake capacity of adsorbent was very high so adsorption was done on favorable conditions. The batch isotherm studies showed that the adsorption data could be described by Freundlich model and kinetic model of the sorption were pseudo second order equation. Conclusion: Based on the results, it can be concluded that, Bacterial Cellulose Nano Fibers Gel could be successfully used as an adsorbent for the removal of heavy metals from aqueous solutions, especially for the industrial wastewaters. This bio-nanopolymer has high specific surface area and also is easy to use, renewable, and environmental friendly material. Comparing with other similar studies, this material was found to be an excellent adsorbent and can be successfully used by industries for removal of Lead.