نشریه آبیاری و زهکشی ایران

نشریه آبیاری و زهکشی ایران

بررسی جاذب بیوچار جهت حذف یون کادمیوم از محلول آبی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
1 دانشجوی کارشناسی ارشد مهندسی شیمی، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه اردکان، ایران
2 دانشیار گروه مهندسی شیمی، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه اردکان، ایران
چکیده
آلودگی منابع آبی به فلزات سنگین، به‌ویژه کادمیوم به دلیل سمیت بالا و پایداری زیستی، یکی از بحران‌های جدی محیط‌زیستی محسوب می‌شود. هدف از این پژوهش، ارزیابی عملکرد جاذب سازگار با محیط‌زیست بیوچار، جهت حذف بهینه یون‌های کادمیوم از محلول‌های آبی است. در این راستا، ویژگی‌های ساختاری و مورفولوژیکی سطح جاذب بیوچار با بهره‌گیری از آنالیزهای سطح‌سنجی (BET)، میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM)، طیف‌سنجی پراش انرژی پرتو ایکس (EDS)، طیف‌سنجی مادون‌قرمز تبدیل فوریه (FT-IR) و پراش پرتو ایکس (XRD) مورد بررسی قرار گرفت. آزمایش‌های جذب ناپیوسته در طیف غلظتی ۵۰ تا ۲۰۰ میلی‌گرم بر لیتر و با دوزهای متغیر جاذب (۰۱/۰ و ۵/۰ گرم) انجام گردید و غلظت کادمیوم باقیمانده با استفاده از آنالیز جذب اتمی تعیین شد. یافته‌های تجربی نشان داد که جاذب بیوچار در هر دو دوز مورد بررسی، عملکردی بسیار مطلوب داشته و توانست بازده حذف بیش از ۹۸ درصد را ثبت نماید. بررسی‌های ایزوترم و سینتیک جذب مشخص کرد که داده‌های تجربی بیشترین همخوانی را با مدل ایزوترم لانگمویر و مدل سینتیکی شبه‌مرتبه دوم دارند. این نتایج تأیید می‌کند که فرایند جذب کادمیوم روی بیوچار به‌صورت تک‌لایه بر روی سطحی همگن رخ‌داده و سازوکار غالب، شیمی جذب از طریق تعامل کادمیوم با گروه‌های عاملی سطحی است. بررسی ترمودینامیکی در دمای K298 با مقادیر منفی انرژی آزاد گیبس ΔG^∘ بین ۴۶/۳۰- تا Kj/mol 30-، نشان‌دهنده ماهیت کاملاً خودبه‌خودی و امکان‌پذیری بالای فرایند جذب کادمیوم توسط بیوچار بود. باتوجه‌به کارایی مطلوب و توجیه اقتصادی، بیوچار به‌عنوان گزینه‌ای کارآمد برای تصفیه پساب‌های آلوده به فلزات سنگین پیشنهاد می‌شود.
کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله English

Investigation of Biochar as an Adsorbent for Cadmium Removal from Aqueous Solution

نویسندگان English

Zeynab izad 1
Fatemeh Abyar Firouzabadi 2
, Somayeh Soltani-Gerdefaramarzi 2
1 - Student of Chemical Engineering, Chemical Engineering Department, Ardakan University, Ardakan, Iran
2 Chemical Engineering, Chemical Engineering Department, Ardakan University, Ardakan, Iran
چکیده English

The contamination of water resources by heavy metals, particularly cadmium, represents a severe environmental crisis due to its high toxicity and biopersistence. This research evaluates the performance of an eco-friendly biochar adsorbent for optimal cadmium ion removal from aqueous solutions. The structural and morphological characteristics of the biochar surface were investigated using Brunauer-Emmett-Teller (BET) analysis, Scanning Electron Microscopy (SEM), Energy Dispersive X-ray Spectroscopy (EDS), Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FT-IR), and X-ray Diffraction (XRD). Batch adsorption experiments were conducted at cadmium concentrations ranging from 50 to 200 mg/L with varying adsorbent doses (0.01 to 0.5 g). Residual cadmium concentrations were determined using Atomic Absorption Spectroscopy (AAS). The biochar adsorbent demonstrated excellent performance at both investigated doses, achieving removal efficiencies exceeding 98%. Adsorption isotherm and kinetic studies revealed that the experimental data best fit the Langmuir isotherm and pseudo-second-order kinetic models, indicating that cadmium adsorption occurs as a monolayer on a homogeneous surface through chemisorption via interaction with surface functional groups. Thermodynamic analysis at 298 K yielded negative standard Gibbs free energy values (ΔG° = −30 to −30.46 kJ/mol), demonstrating the spontaneous nature and high feasibility of the cadmium adsorption process. Given its superior efficiency and economic viability, biochar is proposed as an effective option for treating heavy metal-contaminated wastewater.

کلیدواژه‌ها English

Cadmium
Biochar
Wastewater treatment
Adsorption isotherm
Kinetics

مقالات آماده انتشار، پذیرفته شده
انتشار آنلاین از 30 اردیبهشت 1405