پديد آورندگان :
فتاحي كياسري، ابراهيم دانشگاه فردوسي مشهد - گروه علوم خاك، مشهد , فتوت، امير دانشگاه فردوسي مشهد - گروه علوم خاك، مشهد , حق نيا، غلامحسين دانشگاه فردوسي مشهد - گروه علوم خاك، مشهد , حلاج نيا، اكرم دانشگاه فردوسي مشهد - گروه علوم خاك، مشهد , مرداني، حميدرضا دانشگاه پيام نور - گروه شيمي، تهران
كليدواژه :
بُر , هيدروكسيدهاي لايه اي دوگانه , جذب , واجذب , ايزوترم
چكيده فارسي :
سابقه و هدف: بُر، يكي از عناصر كم‌‌مصرف مورد نياز گياهان است. غلظت زياد اين عنصر در آب‌‌هاي كشاورزي، خصوصاً در مناطق خشك و نيمه‌‌خشك، سبب بروز سميت در گياهان كشت‌‌شده در اين مناطق مي‌‌گردد. روشهاي مختلفي براي كاهش غلظت بُر در آب و خاك پيشنهاد شده است كه روش جذب سطحي از مهمترين آنها به حساب مي‌‌آيد. در طي سال‌‌هاي اخير، استفاده از انواع هيدروكسيدهاي لايهاي دوگانه (LDHs) يا تركيبات شبههيدروتالسيت ، به عنوان جذب‌‌كننده‌‌هاي آنيوني از محلول‌‌هاي آبي، مورد توجه خاص قرار گرفته است. از مهمترين دلايل موثر در استفاده از جاذب‌‌ها، مقرون به صرفه‌‌بودن است. حال اگر علاوه بر راندمان بالاي جذب، قابليت استفاده مجدد نيز وجود داشته باشند، به صورت كاربردي و در سطوح وسيع قابل استفاده خواهد بود. لذا با توجه به اين نكات، علاوه بر سنجش قابليت جذب بُر توسط انواع LDH، كيفيت واجذب بُر نيز مورد ارزيابي قرار گرفت؛ چرا كه در قابليت استفاده مجدد از آن نقشي بسزا دارد.
مواد و روش‌ها: در اين تحقيق دو نوع هيدروكسيد لايهاي دوگانه، با انواع مختلف فلزات (منيزيم- آلومنيوم و روي- آلومنيوم) در ابعاد نانومتر و با استفاده از روش هم‌رسوبي تهيه شد و در شرايط آزمايشگاهي، خصوصيات جذب سطحي هر كدام به منظور خروج عنصر بُر از آب مورد ارزيابي قرار گرفت. مشخصات شبه‌هيدروتالسيت‌ها توسط روشهاي آناليز شيميايي پراش اشعه ي X (XRD)، تبديل فوريه ي مادون قرمز FTIR، طيف سنجي پراش انرژي پرتو ايكس EDS تعيين شد. تمايل اين مواد براي جذب گونه هاي مختلف بُر در محلول، تحت اثر pH ، زمان تماس ، مقدار ماده ي جذبكننده و غلظت بُر محلول (هم دماهاي جذب سطحي لانگ موير و فروندليچ) بررسي شد.
يافته ها: با توجه به خصوصيات بافري LDHها، خروج بُر از محلول تحت تاثير pH اوليه و نهايي محلول نبود. بيشترين مقدار بُر جذب شده توسط Mg-Al-LDH و Zn-Al-LDH، به ترتيب در 10 و 20 دقيقه اول اتفاق افتاد. زمان تعادل لازم براي جذب بُر از محلول آبي در مورد هر دو نوع LDH، 80 دقيقه تشخيص داده شد. ظرفيت جذب بُر در محدودهي مقادير آزمايشي (5-0/5گرم در ليتر) روند افزايشي داشت و با استفاده از مقدار 5 گرم در ليتر Mg-Al-LDH و Zn-Al-LDH به ترتيب، 52 و 60 درصد از بُر اوليه ي محلول خارج شد. داده ها با هم دماهاي جذب سطحي مدل لانگمير كه از انواع هم دماهاي L-Type هستند، تطابق داشت كه نشان مي دهد، -B(OH)4 به صورت ترجيحي روي مواد شبه هيدروتالسيت جذب شده است. Zn-Al-LDH با بيشترين مقدار جذب 3 ميلي گرم در گرم داراي توانايي بيشتري براي جذب بُر نسبت به Mg-Al-LDH (با بيشترين مقدار جذب 2/48 ميليگرم در گرم) بود. از طرفي واجذب بُر از Zn-Al-LDH توسط محلول 200 ميلي گرم در ليتر نيترات سديم بيشتر از Mg-Al-LDH بود.
نتيجه گيري: استفاده 0/5 گرم از هر يك از شبه هيدروتالسيت ها در يك ليتر آب آلوده به بُر با غلظت 2 ميلي گرم در ليتر، غلظت بُر را به كمتر از 0/5 ميلي گرم در ليتر يعني حد توصيه شده ي سازمان بهداشت جهاني (WHO) براي آب هاي شرب، كاهش داد. . هر دو نوع LDH براي خروج عنصر بُر از محلول هاي آلوده قابليت بالايي دارند؛ ولي با هدف استفاده مجدد از جاذب و بالتبع «مقرون به صرفه بودن آن»، نانوجاذب Zn-Al-LDH به دليل جذب و واجذب بالاتر از نانوجاذب Mg-Al-LDH، قابليت كاربردي بهتري مي تواند داشته باشد.
چكيده لاتين :
Background and objectives: Boron is one of the micronutrient elements needed by plants. High concentrations of this element in agricultural waters, especially in arid and semi-arid regions, cause toxicity in plants grown in these areas. various methods have been proposed to reduce the concentration of boron in water and soil that surface adsorption is one of the most important. in recent years, the use of layered double hydroxides (LDHs) or hydrotalcite (HT)-like, compounds as anionic adsorbents from aqueous solutions has been taken into special consideration. One of the most important reasons for the use of attractions is affordability. Now, if, in addition to high adsorption efficiency, they can be reused, can be used on a large scale. Therefore, in view of these points, in addition to measuring the adsorption capacity of LDH types, the desorption quality was also evaluated, because it plays a significant role in its reusability.
Materials and methods: in this research, two types of layered double hydroxides (LDHs) with different kinds of metal ions (Mg-Al and Mg-Fe) were prepared by co-precipitation method in nanometer dimensions, and their adsorption features were evaluated in vitro to remove boron from aqueous solution. The Hydrotalcite-like features were determined by chemical analysis, X-ray diffraction (XRD), Fourier Transform infrared spectroscopy (FTIR) and Energy-dispersive X-ray spectroscopy (EDS). The affinity of these materials for adsorption of different species of boron in solution was studied as a function of pH, contact time, LDHs quantity and B concentration (Langmuir and Freundlich adsorption isotherms).
Results: Boron removal was independent of the solutions' initial and final pH because of the high buffering capacity of the LDHs. the highest amount of boron was adsorbed on Mg-Al-LDH and Zn-Al-LDH, at the first 10 and 20 minutes, respectively. It was found that 80 min is enough time for the equilibrium state to be reached in boron adsorption for two types of LDHs. Boron adsorption capacity increasing the adsorbent quantity (0.5-5 gr/lit) and application of 5 gr/lit of Mg-Al-LDH and Zn-Al-LDH absorbed 52% and 60% of the initial boron amount, respectively. The adsorption isotherms, described by the Langmuir model, are of L-Type isotherm, suggesting that B(OH)4- is adsorbed preferentially on HT-like materials. Zn-Al-LDH with the maximum adsorption capacity of 3 mg/gr had a higher adsorption capacity for boron than Mg-Al-LDH (with the highest adsorption of 2.48 mg/gr). On the other hand, the desorption of boron from Zn-Al-LDH by 200 mg sodium nitrate solution per lit, was higher than that of Mg-Al-LDH.
Conclusion: After the treatment of a solution containing 2 mg of boron per liter using 0.5 gr of both adsorbents, the final boron concentration reduces to below the recommended limit by WHO for drinking water (0.5 mgL-1). Both types of LDH are highly capable of removing the boron element from contaminated solutions; but with the aim of reusing the adsorbent and, consequently, its "cost-effectiveness", Zn-Al-LDH nano-adsorbent could be more proper to use than Mg-Al-LDH nano-adsorbent, due to higher adsorption and desorption.
