فصلنامه مدیریت محیط زیست شهری

ارزیابی کارایی هیدروژل‌‌های سدیم آلژینات کراس‌لینک شده با کلرید فریک بر حذف آلاینده نیکل از محلول‌های آبی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 گروه مهندسی پلیمر، دانشکده شیمی و مهندسی شیمی، دانشگاه تحصیلات تکمیلی صنعتی و فناوری پیشرفته، کرمان، ایران

2 گروه محیط زیست، پژوهشگاه علوم و تکنولوژی پیشرفته و علوم محیطی، دانشگاه تحصیلات تکمیلی صنعتی و فناوری پیشرفته، کرمان، ایران

3 گروه پوشش‌های سطح و خوردگی، پژوهشگاه رنگ، تهران، ایران

چکیده
در سال‌های اخیر، تحقیقات در خصوص استفاده گسترده از پلیمر‌های زیست تخریب پذیر، از جمله سدیم آلژینات (SA)، در حذف آلاینده‌های منابع آبی، رشد محسوسی نشان داده است. مطالعه حاضر به منظور ارزیابی کارایی هیدروژل‌های SA کراس لینک شده با کلرید فریک، بر بهینه سازی حذف نیکل از محلول‌های آبی، متاثر از فاکتورهای مختلف (غلظت اولیه نیکل، pH محلول، میزان جاذب و زمان تماس)، با استفاده از روش سطح پاسخ (مدل باکس-بنکن)، انجام گرفت. بر اساس نتایج آنالیز‌های FTIR و SEM، هیدروژل‌های فعال شده SA دارای گروه‌های عامل هیدروکسیل و کربوکسیل بوده و مورفولوژی سطح آن‌ها به صورت غیر مسطح و برجسته بود. با توجه به نتایج به‌دست‌آمده، حداقل و حداکثر حذف نیکل در شرایط مختلف آزمایش به‌ترتیب 39/53 و 43/85 درصد بود، که با افزایش غلظت اولیه نیکل، حذف نیکل روند کاهشی داشت، در حالی که با افزایش مقادیر متغیرهای زمان تماس، pH محلول و میزان سطوح جاذب کاربردی، حذف نیکل روند افزایشی را نشان داد. ارزیابی برازش داده‌های حاصل از حذف نیکل با مدل باکس-بنکن در حضور SA، نشان از پیش‌بینی دقیق این مدل در بهینه‌سازی حذف نیکل از محلول‌های آبی داشت. به طور کلی، نتایج مطالعه حاضر نشان داد، SA توانایی مناسبی از حذف نیکل در محلول‌های آبی را دارا می‌باشد، هرچند که در مطالعات آتی، بررسی، مقایسه و تلفیق سایر روش‌های فعال‌سازی از جمله فعال‌سازی فیزیکی (ترکیب با مواد غیرآلی) و شیمیایی ( پیوندزنی سطحی) بر پلیمر SA، می‌تواند در بهبود کارایی راندمان حذف عناصر سنگین توسط این پلیمر، موثر باشد.

کلیدواژه‌ها


1.    Gautam, P. K., Gautam, R. K., Banerjee, S., Chattopadhyaya, M. C., and Pandey, J. D., Heavy metals in the environment: fate, transport, toxicity and remediation technologies. Nova Sci Publishers, 2016. 60: p. 101-130.
2.    Mishra, S., Bharagava, R. N., More, N., Yadav, A., Zainith, S., Mani, S., and Chowdhary, P., Heavy metal contamination: an alarming threat to environment and human health. Environmental biotechnology: For sustainable future, 2019. P. 103-125.
3.    Das, K. K., Reddy, R. C., Bagoji, I. B., Das, S., Bagali, S., Mullur, L., and Biradar, M. S., Primary concept of nickel toxicity–an overview. Journal of basic and clinical physiology and pharmacology, 2018. ۳۰(2): p. 141-152.
4.    Genchi, G., Carocci, A., Lauria, G., Sinicropi, M. S., and Catalano, A., Nickel: Human health and environmental toxicology. International journal of environmental research and public health, 2020. 17(3): p. 679.
5.    Saleh, T. A., Mustaqeem, M., & Khaled, M., Water treatment technologies in removing heavy metal ions from wastewater: A review. Environmental Nanotechnology, Monitoring & Management, 2022. 17: p. 100617.
6.    De Gisi, S., Lofrano, G., Grassi, M., and Notarnicola, M., Characteristics and adsorption capacities of low-cost sorbents for wastewater treatment: A review. Sustainable Materials and Technologies, 2016. 9: p. 10-40.
7.    Ahmad, M., Ahmed, S., Swami, B. L., and Ikram, S., Adsorption of heavy metal ions: role of chitosan and cellulose for water treatment. Langmuir, 2015. 79: p. 109-155.
8.    Ahmad, A., Mubarak, N. M., Jannat, F. T., Ashfaq, T., Santulli, C., Rizwan, M., and Ali, S., A critical review on the synthesis of natural sodium alginate based composite materials: An innovative biological polymer for biomedical delivery applications. Processes, 2021. 9(1): p. 137.
9.    Roquero, D. M., Othman, A., Melman, A., and Katz, E., Iron (III)-cross-linked alginate hydrogels: A critical review. Materials Advances, 2022. 3(4): p. 1849-1873.
10.   Gao, X., Guo, C., Hao, J., Zhao, Z., Long, H., and Li, M., Adsorption of heavy metal ions by sodium alginate based adsorbent-a review and new perspectives. International journal of biological macromolecules, 2020. 164: p. 4423-4434.
11.   Lakouraj, M. M., Mojerlou, F., and Zare, E. N., Nanogel and superparamagnetic nanocomposite based on sodium alginate for sorption of heavy metal ions. Carbohydrate Polymers, 2014. 106: p. 34-41.
12.    Thakur, S., Sharma, B., Verma, A., Chaudhary, J., Tamulevicius, S., and Thakur, V. K., Recent progress in sodium alginate based sustainable hydrogels for environmental applications. Journal of cleaner production, 2018. 198: p. 143-159.
13. Khuri, A. I., and Mukhopadhyay, S., Response surface methodology. Wiley Interdisciplinary Reviews: Computational Statistics, 2010. 2(2): p. 128-149.
14.  Daemi, H., and Barikani, M., Synthesis and characterization of calcium alginate nanoparticles, sodium homopolymannuronate salt and its calcium nanoparticles. Scientia Iranica, 2012. 19(6): p. 2023-2028.
15.  Lagoa, R., and Rodrigues, J. R., Kinetic analysis of metal uptake by dry and gel alginate particles. Biochemical engineering journal, 2009. 46(3): p. 320-326.
16. Papageorgiou, S. K., Katsaros, F. K., Favvas, E. P., Romanos, G. E., Athanasekou, C. P., Beltsios, K. G. and Falaras, P., Alginate fibers as photocatalyst immobilizing agents applied in hybrid photocatalytic/ultrafiltration water treatment processes. Water research, 2012. 46(6): p. 1858-1872.
17. Esmat, M., Farghali, A. A., Khedr, M. H., and El-Sherbiny, I. M., Alginate-based nanocomposites for efficient removal of heavy metal ions. International journal of biological macromolecules, 2017. 102: p. 272-283.
18. Esmaeili, A., and Khoshnevisan, N., Optimization of process parameters for removal of heavy metals by biomass of Cu and Co-doped alginate-coated chitosan nanoparticles. Bioresource Technology, 2016. 218: p. 650-658.
19.Zhu, H., Fu, Y., Jiang, R., Yao, J., Xiao, L., & Zeng, G., Optimization of copper (II) adsorption onto novel magnetic calcium alginate/maghemite hydrogel beads using response surface methodology. Industrial & Engineering Chemistry Research, 2014. 53(10): p. 4059-4066.
20. Wang, M., Wang, Z., Zhou, X., & Li, S., Efficient removal of heavy metal ions in wastewater by using a novel alginate-EDTA hybrid aerogel. Applied Sciences, 2019. 9(3): p. 547.
21.   Abd-Elhamid, A. I., Elgoud, E. A., & Aly, H. F., Alginate modified graphene oxide for rapid and effective sorption of some heavy metal ions from an aqueous solution. Cellulose, 2022. 29(11): p. 6231-6245.
22.  Wang, J., & Chen, C., Chitosan-based biosorbents: modification and application for biosorption of heavy metals and radionuclides. Bioresource Technology, 2014. 160: p. 129-141.
23. Gao, X., Guo, C., Hao, J., Zhao, Z., Long, H., & Li, M., Adsorption of heavy metal ions by sodium alginate based adsorbent-a review and new perspectives. International Journal of Biological Macromolecules, 2020. 164: p. 4423-4434.
24.  Guibal, E., Interactions of metal ions with chitosan-based sorbents: a review. Separation and Purification Technology, 2004. 38(1): p. 43-74.
25.   Fomina, M., & Gadd, G. M., Biosorption: current perspectives on concept, definition and application. Bioresource Technology, 2014. 160: p. 3-14.
26.   Volesky, B., Removal and recovery of heavy metals. Biosorption of Heavy Metals, 1990. 7-43.
27.   Tran, H. N., Nguyen, D. T., Le, G. T., Tomul, F., Lima, E. C., Woo, S. H., ... & Chao, H. P., Adsorption mechanism of hexavalent chromium onto layered double hydroxides-based adsorbents: A systematic in-depth review. Journal of Hazardous Materials, 2019. 373: p. 258-270.
28.Dambies, L., Guimon, C., Yiacoumi, S., & Guibal, E., Characterization of metal ion interactions with chitosan by X-ray photoelectron spectroscopy. Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects, 2001. 177(2-3): p. 203-214.
29.  Shuibo, I. E., Yi, D. U. A. N., & Yingjiu, L. I. U., Characteristics and mechanism of uranium () adsorption on glutaraldehyde crosslinked humic acid-immobilized sodium alginate porous membrane. CIESC Journal, 2013. 64(7): p. 2488-2496.
30.  Baoe, W., Weichang, X., Shuibo, X., & Yangbin, G., Study on biosorption of uranium by alginate immobilized saccharomyces cerevisiae. Uranium Mining and Metallurgy, 2005. 24.
31.     Yu, J., Wang, J., & Jiang, Y., Removal of uranium from aqueous solution by alginate beads. Nuclear Engineering and Technology, 2017. 49(3): p. 534-540.
32.    Thakur, A. K., & Kumar, M., Efficacy of green alginate beads for multi-metal removal from aqueous solution. Case Studies in Chemical and Environmental Engineering, 2021. 3: p. 100100.
33.   Yilmaz, T., Maldonado, L., Turasan, H., and Kokini, J., Thermodynamic mechanism of particulation of sodium alginate and chitosan polyelectrolyte complexes as a function of charge ratio and order of addition. Journal of Food Engineering, 2019. 254: p. 42-50.
34.    Yu, J., Wang, J., & Jiang, Y., Removal of uranium from aqueous solution by alginate beads. Nuclear Engineering and Technology, 2017. 49(3): p. 534-540.

  • تاریخ دریافت 27 آبان 1402
  • تاریخ بازنگری 03 آذر 1402
  • تاریخ پذیرش 20 آذر 1402
  • تاریخ اولین انتشار 20 آذر 1402
  • تاریخ انتشار 01 مهر 1402