محیط زیست و مهندسی آب

شماره جاری

بر اساس شماره‌های نشریه

بر اساس نویسندگان

بر اساس موضوعات

نمایه نویسندگان

نمایه کلیدواژه ها

درباره نشریه

اهداف و چشم انداز

اعضای هیات تحریریه

بانک ها و نمایه نامه ها

اطلاعات آماری نشریه

فرایند پذیرش مقالات

پرسش‌های متداول

پیوندهای مفید

اخبار و اعلانات

فرمت مقاله

فرمها و فایلهای لازم

پرداخت هزینه

راهنمای استفاده از سایت مجله

اصول اخلاقی انتشار مقاله

سیاست دسترسی آزاد

اصول بایگانی

بهینه سازی فرآیند جذب جیوه از محیط آبی به وسیله کامپوزیت پلی پیرول بر روی کلینوپتیلولیت با روش تاگوچی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسنده

استادیار، دانشکده فناوری های نوین مهندسی، دانشگاه تخصصی فناوری های نوین آمل، آمل، ایران

چکیده

انتشار فلزات سنگین در محیط‌زیست به­دلیل صنعتی­شدن و گسترش شهرنشینی مشکلات بزرگی در سراسر جهان به­همراه داشته است. هدف از این مطالعه بررسی امکان حذف جیوه (Hg(II)) از محلول آبی در فرآیند جذب ناپیوسته با استفاده از نانوکامپوزیت سنتز شده پلی پیرول/کلینوپتیلولیت (PPy/Clinoptilolite) بود. ریخت‌شناسی و گروه‌های عاملی نانوکامپوزیت با استفاده از اسکن میکروسکوپ الکترونی (SEM)، اسپکتروسکوپ مادون‌قرمز فوریه (FTIR) و BET بررسی شد. از جاذب تهیه‌شده برای حذف جیوه از محلول آبی استفاده شد. آزمون‌ها و نتایج بهینه‌سازی حاصل از آن‌ها بر اساس طراحی آزمایش‌ها در سه سطح از متغیرها با استفاده از روش‌تاگوچی انجام شد. نتایج نشان داد که در آزمون‌های حذف جیوه از محلول آبی، pH محلول بیش‌ترین تأثیر را بر روی راندمان حذف جیوه داشته و در محیط بازی، تأثیر حذف جیوه بیش­تر از شرایط اسیدی و خنثی محلول می‌باشد. بیش­ترین راندمان حذف جیوه (حدود 95%) از محلول آبی با غلظت mg/l 50، در مقادیر سطح سوم متغیرهای عملیاتی pH، زمان تماس و جرم جاذب به­دست آمد که به­ترتیب 10، min30 و g 35/0 بد. غلظت یون‌های جیوه در محلول آبی با استفاده از دستگاه جذب اتمی اندازه‌گیری شد. مطالعه مدل‌های ایزوترم جذب توسط چهار ایزوترم لانگمیر، فرندلیچ، دابینین رادشکویچ و تمکین انجام شد. نتایج نشان داد بیش­ترین ظرفیت جذب جیوه توسط کامپوزیت پلیمری mg/g 37/42 می‌باشد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Optimization of Mercury Adsorption Process from Aqueous Solutions using Polypyrrol/clinoptilolite Composites with Taguchi Method

نویسنده [English]

  • Hossein Esfandian

Assoc. Professor, Department of Chemical Engineering, Faculty of Engineering Technologies, Amol University of Special Modern Technologies, Amol, Iran

چکیده [English]

The release of heavy metals into the environment has caused major problems around the world due to industrialization and urbanization. The aim of this study was to examine the possibility of mercury (Hg(II)) removal from aqueous solution in batch process using synthesized functional polypyrrol/ clinoptilolite nanocomposite. The morphology and functional groups of the nanocomposites were characterized using scanning electron microscope (SEM), Fourier-transform infrared spectroscopy (FTIR) and BET. The adsorbent modified was used to remove mercury from aqueous solution. The experiments and optimization were performed based on experimental design with three levels of variables using Taguchi method. Results revealed that in mercury sorption tests in aqueous solution, pH solution has the greatest impact on the removal efficiency of mercury and mercury sorption in the alkaline conditions is more than acidic and neutral solution. The highest removal efficiency of mercury (approximately 95%) from aqueous solution with a concentration of 50 mg/l was obtained in the values ​​of the third level of the operational variables pH, contact time, and adsorbent mass, which were 10, 30 min and 0.35 g, respectively. The concentration of mercury ions in aqueous solution was measured using an atomic absorption spectrometer. The study of adsorption isotherm models was performed by four isotherms of Langmuir, Friendlich, Dabinin Radskovich, and Tamkin. The results showed that the maximum adsorption capacity of mercury by polymer composite was 42.37 mg/g.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Adsorption
  • Polypyrrol Composite
  • Clinoptilolite
  • Experimental Design
  • Taguchi Method
مراجع
 Ahmadpour, A., Tahmasbi M., Bastami, T. R. and Besharati, J. A., (2009). Rapid removal of cobalt ion from aqueous solutions by almond green hull. J. Hazard. Mater., 166(2-3), 925-930.
Awad, F. S., AbouZied, K. M., Abou El-Maaty, W. M., El-Wakil, A. M. and El-Shall, M. S., (2020). Effective removal of mercury (II) from aqueous solutions by chemically modified graphene oxide nanosheets. Arab. J. Chem., 13, 2659-2670.
Barron-Zambrano, J., Laborie, S., Viers, P., Rakib, M. and Durand, G. (2004). Mercury removal and recovery from aqueous solutions by coupled complexation–ultrafiltration and electrolysis. J. Membrane Sci., 229(1-2), 179-186.
Das, A. K., Saha, S., Pal A. and Maji, S. K., (2009). Surfactant-modified alumina: An efficient adsorbent for malachite green removal from water environment. J. Environ. Sci. Health, A., 44(9), 896-905.
Das, R., Giri, S., Muliwa, A. M. and Maity, A., (2017). High-performance Hg(II) removal using thiol-functionalized polypyrrole (ppy/maa) composite and effective catalytic activity of Hg(II)-adsorbed waste material. ACS Sustain. Chem. Eng. Fail. Anal., 5(9), 7524-7536.
Dubinin, M. and Radushkevich, L. (1947). Equation of the characteristic curve of activated charcoal. Chem. Zentr. 1(1), 875.
Edrissi, M. and Norouzbeigi, R. (2008). Taguchi optimization for combustion synthesis of aluminum oxide nano particles. Chin. J. Chem., 26(8), 1401-1406.
Ersoy, B., and Çelik, M.S. (2003). Effect of hydrocarbonchain length on adsorption of cationic surfactants onto clinoptilolite. Clays Clay Miner.,251(2),172-80.
Esfandian, H., (2015). Removal of diazinon from aqueous solutions in batch systems using cu-modified sodalite zeolite: An application of response surface methodology. Int. J. Eng., 28(11), 1552-1563.
Freundlich, H. (1932). Of the adsorption of gases. Section ii. Kinetics and energetics of gas adsorption. Introductory paper to section II. Trans. Faraday Soc., 28, 195-201.
Ghadi, A. and Hosseini, S., (2019). Development of a novel method for nitrate sorption: An application of taguchi method. Desal. Water Treat., 141, 133-139.
Ghodbane, I. and Hamdaoui, O., (2008). Removal of mercury (II) from aqueous media using eucalyptus bark: Kinetic and equilibrium studies. J. Hazard. Material., 160(2), 301-309.
Ghorbani, M., Esfandian, H., Taghipour, N. and Katal, R. (2010). Application of polyaniline and polypyrrole composites for paper mill wastewater treatment. Desal., 263(1-3), 279-284.
Gupta, V. (2009). Application of low-cost adsorbents for dye removal–a review. J. Environ. Manag., 90(8), 2313-2342.
He, Z., Siripornadulsil, S., Sayre, R. T., Traina, S. J. and Weavers, L. K. (2011). Removal of mercury from sediment by ultrasound combined with biomass (transgenic chlamydomonas reinhardtii). Chemosphere. 83(9), 1249-1254.
Hinkelmann, K. and Kempthorne, O. (2012). Design and analysis of experiments, special designs and applications. John Wiley & Sons.
Khan, H., Malook, K. and Shah, M. (2020). Synthesis, characterization, and electrical properties of polypyrrole–bimetallic oxide composites. J. Appl.Poly. Sci., 137,47680-47689.
Langmuir, I., (1918). The adsorption of gases on plane surfaces of glass, mica and platinum. J. Am. Chem. Soc., 40(9), 1361-1403.
Le, T-H., Kim, Y. and Yoon, H. (2017). Electrical and electrochemical properties of conducting polymers. Polym., 9 (150), 1-32.
Leppert, D. (1990). Heavy metal adsorption with clinoptilolite zeolite: Alternatives for treating contaminated soil and water.
Li, Z., Sun, X., Luo, J., Hwang, J. and Crittenden, J. (2002). Unburned carbon from fly ash for mercury adsorption: II. Adsorption isotherms and mechanisms. J. Mineral. Mater. Charact. Eng., 1(2), 79-96.
Lin, Z., Pan, Z., Zhao, Y., Qian, L., Shen, J., Xia, K., Guo, Y. and Qu, Z. (2020). Removal of hg2+ with polypyrrole-functionalized fe3o4/kaolin: Synthesis, performance and optimization with response surface methodology. Nanomater., 10(7), 1370.
Machida S., Miyata S. and Techagumpuch A., (1989). Chemical synthesis of highly electrically conductive polypyrrole. Synthet. Metal., 31(3), 311-318.
Omraei, M., Esfandian, H., Katal, R. and Ghorbani, M. (2011). Study of the removal of zn (ii) from aqueous solution using polypyrrole nanocomposite. Desal., 271(1-3), 248-256.
Ouznadji Z.B., Sahmoune M.N. and Mezenner N.Y., (2016). Adsorptive removal of diazinon: Kinetic and equilibrium study. Desalination and Water Treatment. 57(4), 1880-1889.
Perić, J., Trgo, M., Vukojević Medvidović, N.(2004). Removal of zinc, copper and lead by natural zeolite-a comparison of adsorption isotherms. Water Res., 38(7),1893-1899.
Rapi, S., Bocchi, V. and Gardini, G. P. (1988). Conducting polypyrrole by chemical synthesis in water. Synthet. Metal., 24(3), 217-221.
Reynolds, T. D. (1977). Unit operations and processes in environmental engineering. Brooks.
Roy, R. K. (2001). Design of experiments using the taguchi approach: 16 steps to product and process improvement. John Wiley & Sons.
Street, A. A. (2011). Removal of zinc from aqueous phase by charcoal ash. World Appl. Sci. J., 13(2), 331-340.
Verma, V., Tewari, S. and Rai, J., (2008). Ion exchange during heavy metal bio-sorption from aqueous solution by dried biomass of macrophytes. Bioresour. Technol., 99(6), 1932-1938.
Wang, C., Wu, H. and Chung, S.-L. (2006). Optimization of experimental conditions based on taguchi robust design for the preparation of nano-sized TiO2 particles by solution combustion method. J. Porous Mater., 13(3-4), 307-314.
Xiao, X-f., Yang, N., Wang, Z-l. and Huang, Y-q. (2016). Determination of trace mercury (II) in wastewater using on-line flow injection spectrophotometry coupled with supported liquid membrane enrichment.Anal. Methods.,  8, 582-586.
Yin, Y., Allen, H. E., Huang, C., Sparks, D. L. and Sanders, P. F. (1997).  Kinetics of mercury (II) adsorption and desorption on soil. Environ. Sci. Technol., 31(2), 496-503.
محیط زیست و مهندسی آب
دوره 7، شماره 2
تیر 1400
صفحه 192-206
فایل ها
سابقه مقاله
  • تاریخ دریافت: 16 آذر 1399
  • تاریخ بازنگری: 25 آذر 1399
  • تاریخ پذیرش: 27 آذر 1399
هم رسانی
ارجاع به این مقاله
آمار