بررسی عملکرد غشای نانوکامپوزیتی تیتانیوم دی اکسید در حذف سرب از محلول‌های آبی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکترا، گروه محیط زیست، دانشکده علوم پایه، واحد همدان، دانشگاه آزاد اسلامی، همدان، ایران

2 استادیار، گروه محیط زیست، دانشکده علوم پایه، واحد همدان، دانشگاه آزاد اسلامی، همدان، ایران

3 دانشیار، گروه محیط زیست، دانشکده علوم پایه، واحد همدان، دانشگاه آزاد اسلامی، همدان، ایران

4 دانشیار، گروه محیط زیست، دانشکده علوم پایه، واحد همدان، دانشگاه آزاد اسلامی، همدان، ایران دانشگاه آزاد همدان

5 استادیار، گروه مهندسی شیمی، واحد گچساران، دانشگاه آزاد اسلامی، گچساران، ایران

چکیده

ازجمله روش­های مورد استفاده برای حذف فلزات سنگین، فرآیندهای غشایی است که با استفاده کم­تر از مواد شیمیایی، قادر به تولید سریع نفوذ با کیفیت بالا هستند. در این پژوهش از غشای نانوکامپوزیتی با قابلیت جداسازی فلز سرب استفاده شد. نانوذرات تیانیوم دی­اکسید سیاه با روش پیرولیز سنتز شد. آزمایش­های جذب با استفاده از واحد نانوفیلتراسیون انجام شد. نتایج بررسی ایزوترم­های جذب فلز سرب بیانگر آن بود که فرآیند جذب سرب با استفاده از غشا از مدل لانگمویر با ضریب همبستگی برابر با 995/0 پیروی می­کند. نتایج بررسی سینتیک جذب سرب بیانگر آن بود که فرآیند جذب سرب توسط جاذب از سینتیک شبه مرتبه دوم پیروی می­کند، به­طوری­که ضریب همبستگی مدل شبه مرتبه دوم برابر با 999/0 بوده که در مقایسه با ضریب همبستگی شبه مرتبه اول از میزان همبستگی بیش­تری برخوردار است. بیش­ترین و کم­ترین شار عبوری در بین غشاهای مختلف مربوط به mg/l  1/0 نانوذرات تیتانیوم دی­اکسید برحسب زمان و فشار در مدت‌زمان 50 و min 600 و فشارهای 45 و bar 145 بود. با افزایش غلظت اولیه آلاینده، درصد جذب کاهش یافت. افزایش غلظت نانوذرات تیتانیوم دی­اکسید سیاه آهنگ رسوب­گذاری بر سطح غشاء را افزایش داد، به‌طوری‌که در غشاء با غلظت  mg/l 1/0 حداکثر رسوب (57) و در غشای خالص کم­ترین میزان رسوب (17) مشاهده شد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Performance Evaluation of Titanium Dioxide Nanocomposite Membrane in Removal of Lead from Aqueous Solutions

نویسندگان [English]

  • Mohammad hosseini Mohammad Gheimasi 1
  • Maryam Kiani Sadr 2
  • Bahareh Lorestani 3
  • Mehrdad Cheraghi 4
  • Darush Emadzadeh 5
1 Ph.D Student, Department of Environment, College of Basic Sciences, Hamedan Branch, Islamic Azad University, Hamedan, Iran
2 Assist. Professor, Islamic Azad University, College of Basic Science, Department of Environment, Hamedan, Iran
3 Associate Professor, Department of Environment, College of Basic Sciences, Hamedan Branch, Islamic Azad University, Hamedan, Iran
4 Assoc. Professor, Department of Environment, College of Basic Sciences, Hamedan Branch, Islamic Azad University, Hamedan, Iran
5 Assist. Professor, Department of Chemical Engineering, Gachsaran Branch, Islamic Azad University, Gachsaran, Iran
چکیده [English]

Among the methods used to remove heavy metals are membrane processes that, with less use of chemicals, are able to quickly produce high-quality penetration. In this study, a nanocomposite membrane with the ability to separate lead was used. The black titanium dioxide nanoparticle was synthesized using the pyrolysis method. Adsorption experiments were performed using a nanofiltration unit. The results of lead adsorption isotherms showed that the lead adsorption process using the membrane follows the Langmuir model with a correlation coefficient of 0.995. The results of the study of lead metal adsorption kinetics showed that the process of adsorption of lead by the adsorbent follows the quasi-second order kinetics so that the correlation coefficient of the second-order quasi-model is equal to 0.999 which is compared with the quasi-correlation coefficient. The maximum and minimum fluxes between different membranes were related to 0.1 mg/l of titanium dioxide nanoparticles in terms of time and pressure for 50 and 600 minutes and pressures of 45 and 145 bar, with increasing the initial concentration of pollutants, the percentage of adsorption decreases. This can be due to the delay in balancing the adsorbent and the contaminant.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Lead
  • Nanocomposite Membrane
  • Removal
  • Titanium dioxide
Ahmadi, M., Delavar, M. A., Golchin, A. and Hasani, A. (2020). Removal of lead from aqueous solutions using biochar and olive kernel biomass with adsorption system: isothermal and kinetic studies. J. Water Soil Conserv., 27(1), 109-126 [In Persian].
Alammar, A., Park, S. H., Williams, C. J., Derby, B. and Szekely, G. (2020). Oil-in-water separation with graphene-based nanocomposite membranes for produced water treatment. J. Membr. Sci., 603(118007). doi.org/10.1016/j.memsci.2020.118007.
Azizian, S. (2004) Kinetic models of sorption: a theoretical analysis. J. Colloid Interface Sci., 276(1), 47-52.
Bakhtiari, S., Sotoodehnia, F. and Shahrashoob, M. (2020). Removal of nickel and cadmium using diatomite, silt, sunflower stem and cement (green concrete components). Amirkabir J. Civil Eng., 52(8), 1-3 [In Persian].
Bhagyaraj, S. and Krupa, I. (2020). Alginate–halloysite nanocomposite aerogel: preparation, structure, and oil/water separation applications. Biomol., 10(12). 16p. doi.org/10.3390/biom10121632.
Daei Niaki, S. M., Takdastan, M., Zazouli, M. A. and Mortazavi, M. S. (2013). Application of nanofiltration technology in heavy metals (Ni, Cu and Zn) removal from wastewater. J. Water Wastewater, 24(1), 125-131 [In Persian].
Divya, K., Rana, D., and Alwarappan, S. (2019). Investigating the usefulness of chitosan based proton exchange membranes tailored with exfoliated molybdenum disulfide nanosheets for clean energy applications, Carbohydr. Polym., 504–512. doi.org/10.1016/j.carbpol.2018.12.092.
Emadzadeh, D., Lau, W. J., and Matsuura, T., (2014). The potential of thin film nanocomposite membrane in reducing organic fouling in forward osmosis process. Desal.., 348, 82–88. doi.org/10.1016/j.desal.2014.06.008.
Freundlich, H. and W. Heller, (1939) The adsorption of cis- and trans-azobenzene. J. Am. Chem. Soc., 61(8): 2228-2230. Available from https://doi.org/10.1021/ja01877a071. DOI 10.1021/ja01877a071.
Fujiwaraa, K., Deligiannakis, Y., Skoutelis, C. G. and Pratsinisa, S. E. (2014). Visible-light active black TiO2-Ag/TiOx particles. Appl. Catal. B. Environ., 154(155), 9–15. doi.org/10.1016/j.apcatb.2014.01.060.
Hossein Shahi Bandari, M (2012). Nanotechnology applications in surface water, ground water and wastewater treatment. Human Environ. 10(22), 24-32. [In Persian].
Langmuir, I. (1918) The adsorption of gases on plane surfaces of glass, mica and platinum. J. Am. Chem. Soc., 40(9), 1361-1403. Available from https://doi.org/10.1021/ja02242a004. DOI 10.1021/ja02242a004.
Lee, W., Goh, P. and Lau, W. (2019). Antifouling zwitterion embedded forward osmosis thin film composite membrane for highly concentrated oily wastewater treatment. Separat. Purif. Technol., 214, 40–50. doi.org/10.1016/j.seppur.2018.07.009.
Marioryad, H., Ghaedi, A. M. and Emadzadeh, D. (2020). A thin film nanocomposite reverse osmosis membrane incorporated with s-beta zeolite nanoparticles for water desalination. Chemistry Select 5., 1972 –1975. doi.org/10.1002/slct.201904084.
Moeinzadeh, R., Ghadami Jadval Ghadam, A., Jye Lau, W. and Emadzadeh, D. (2019). Synthesis of nanocomposite membrane incorporated with aminofunctionalized nanocrystalline cellulose for refinery wastewater treatment. Carbohyd. Polym., 225(115212). doi.org/10.1016/j.carbpol.2019.115212.
Saber-Samandari, S., Nezafati, N. and Yahya, K. (2014). Efficient removal of lead (II) ions and methylene blue from aqueous solution using chitosan/Fe-hydroxyapatite nanocomposite beads. J. Environ. Manage.,146, 481-490 [In persian].
Safavi, S. M. A., Tavakolmoghadam, M. and Rekabdar, F. (2017). TiO2/PVDF membrane preparation via colloidal precipitation method. J. Petrol. Res., 27(3), 86-99. doi.org/ 10.22078/pr.2017.795
 
Saha, S. and Sarkar P. (2012). Arsenic remediation from drinking water by synthesized nano-alumina dispersed in chitosan-grafted polyacrylamide. J. Hazard. Mate., 227, 68-78. doi.org/10.1016/j.jhazmat.2012.05.001.
Shirvani, H., Ghanjidost, H., Hemmati, M. and Zarasvand Asadi, R. (2012). Investigation of oil refinery wastewater treatment using a submerged membrane bioreactor. J. Petrol. Res., 70(22), 43-55. [In persian].
Shokouhi Rad, A. (2020). The synthesis of polyaniline/Fe3O4 to removal of lead ions from water and wastewater samples. J. Water Wastewater, 31(5), 169-183 [In Persian].
Sobhanardakani, S., Ahmadi, M. and Zandipak, R. (2016). Efficient removal of Cu(II) and Pb(II) heavy metal ions from water samples using 2, 4-dinitrophenylhydrazine loaded sodium dodecyl sulfate-coated magnetite nanoparticles. J. Water Suppl. Res. Technol.—AQUA, 65(4). 361-372.
Talebzadeh, F., Zandipak, R. and Sobhanardakani, S. (2016) CeO2 nanoparticles supported on CuFe2O4 nanofibers as novel adsorbent for removal of Pb(II), Ni(II), and V(V) ions from petrochemical wastewater. Desal. Water Treat., 57(58), 28363-28377.
Temkin, M. and Pyzhev, V. (1940) Recent modifications to Langmuir isotherms.
Zhou, Y. T., Nie, H. L. and Branford-White, C. (2009). Removal of Cu2+ from aqueous solution by chitosan-coated magnetic nanoparticles modified with α-ketoglutaric acid. J. Colloid Interface Sci., 330(1), 29-37. doi.org/10.1016/j.jcis.2008.10.026.