فصلنامه مدیریت محیط زیست شهری

مدلسازی و تعیین شرایط بهینه حذف نیکل از محلول‌های آبی با بیوچار اصلاح شده با عصاره پوست گردو

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانش آموخته کارشناسی ارشد بخش علوم و مهندسی خاک، دانشکده کشاورزی، دانشگاه شیراز

2 گروه محیط زیست،‌ دانشگاه تحصیلات تکمیلی صنعتی و فناوری پیشرفته، کرمان،‌ ایران

چکیده
در مطالعه حاضر، بیوچار خام میوه سرو تحت فرایند اصلاح شیمیایی، با استفاده از عصاره پوست گردو اصلاح گردید و بهینه سازی عملکرد آن بر حذف نیکل در محلول‌های آبی، متاثر از فاکتورهای مختلف (غلظت اولیه نیکل، pH محلول، میزان جاذب و زمان تماس) با استفاده از روش سطح پاسخ، مورد ارزیابی قرار گرفت. برخلاف انتظار، اصلاح شیمیایی سبب کاهش سطح ویژه و کاهش گروه‌های عامل موثر در حذف نیکل (گروه‌های عامل حاوی اکسیژن دار و C-C) در مقایسه با نمونه بیوچار غیر اصلاحی شد. بررسی‌های انجام شده از حذف نیکل توسط بیوچار اصلاح شده نیز نشان از کاهش معنی دار حذف نیکل توسط این جاذب در شرایط یکسان در مقایسه با نمونه غیر اصلاحی داشت، به نحوی که میزان متوسط حذف نیکل در شرایط مشابه در جاذب غیر اصلاحی، 1/8 برابر بیشتر از جاذب اصلاح شده بود. بررسی فاکتورهای موثر بر حذف نیکل در دو جاذب اصلاح شده و غیر اصلاح شده نشان داد که با افزایش غلظت اولیه نیکل، حذف نیکل روند کاهشی داشت؛ در حالی که با افزایش مقادیر سایر فاکتورها، حذف نیکل روند نسبتا افزایشی را نشان داد. نتایج مطالعه حاضر نشان می‌دهد، اصلاح و مهندسی بیوچارها به روش شیمیایی ذکر شده، با تاثیر بر کاهش جذب فیزیکی (کاهش سطح ویژه) و شیمیایی (کاهش شدت گرو‌ه‌های عامل موثر بر جذب)، سبب کاهش راندمان حذف نیکل در مقایسه با نمونه خام بیوچار شده است، که فرضیه افزایش همیشگی کارایی حذف فلزات سنگین با اصلاح شیمیایی بیوچار را به چالش می‌کشد.

کلیدواژه‌ها


1.Kumar, S., Prasad, S., Yadav, K. K., Shrivastava, M., Gupta, N., Nagar, S., and Malav, L. C., Hazardous heavy metals contamination of vegetables and food chain: Role of sustainable remediation approaches-A review. Environmental research, 2019. 179: p. 108792.
2.El-Naggar, A., Ahmed, N., Mosa, A., Niazi, N. K., Yousaf, B., Sharma, A., ... and Chang, S. X., Nickel in soil and water: Sources, biogeochemistry, and remediation using biochar. Journal of hazardous materials, 2021. 419: p. 126421.
3.Yadav, M., Singh, G., and Jadeja, R. N., Physical and chemical methods for heavy metal removal. Pollutants and Water Management: Resources, Strategies and Scarcity, 2021. p. 377-397.
4. Zaimee, M. Z. A., Sarjadi, M. S., and Rahman, M. L., Heavy metals removal from water by efficient adsorbents. Water, 2021. 13(19): p. 2659.
5. Liu, Z., Xu, Z., Xu, L., Buyong, F., Chay, T. C., Li, Z., ... and Wang, X., Modified biochar: synthesis and mechanism for removal of environmental heavy metals. Carbon Research, 2022. 1(1): p. 8.
6. Qiu, B., Tao, X., Wang, H., Li, W., Ding, X., and Chu, H., Biochar as a low-cost adsorbent for aqueous heavy metal removal: A review. Journal of Analytical and Applied Pyrolysis, 2021. 155: p. 105081.
7. Herrera, K., Morales, L. F., Tarazona, N. A., Aguado, R., and Saldarriaga, J. F., Use of biochar from rice husk pyrolysis: Part A: Recovery as an adsorbent in the removal of emerging compounds. ACS omega, 2022. 7(9): p. 7625-7637.
8.Xie, Y., Wang, L., Li, H., Westholm, L. J., Carvalho, L., Thorin, E., and Skreiberg, Ø., A critical review on production, modification and utilization of biochar. Journal of Analytical and Applied Pyrolysis, 2022. 161: p. 105405.
9.Sharma, R. K., Singh, T. P., Mandal, S., Azad, D., and Kumar, S., Chemical treatments for biochar modification: opportunities, limitations and advantages. In Engineered Biochar: Fundamentals, Preparation, Characterization and Applications (pp. 65-84). 2022. Singapore: Springer Nature Singapore.
10.Vithanage, M., Rajapaksha, A. U., Zhang, M., Thiele-Bruhn, S., Lee, S. S., and Ok, Y. S., Acid-activated biochar increased sulfamethazine retention in soils. Environmental Science and Pollution Research, 2015. 22: p. 2175-2186.
11. Saffari, M., Optimization of nickel removal from aqueous solutions by physical-modified biochar. Iranian Journal of Health and Environment, 2023. 16(3) : p. 445-458.
12. Lizotte, D. J., Greiner, R., and Schuurmans, D., An experimental methodology for response surface optimization methods. Journal of Global Optimization, 2012. 53: p. 699-736.
13.Mahdi, Z., El Hanandeh, A., and Yu, Q. J., Preparation, characterization and application of surface modified biochar from date seed for improved lead, copper, and nickel removal from aqueous solutions. Journal of Environmental Chemical Engineering, 2019. 7(5) : p. 103379.
14.Georgieva, V. G., Gonsalvesh, L., and Tavlieva, M. P., Thermodynamics and kinetics of the removal of nickel (II) ions from aqueous solutions by biochar adsorbent made from agro-waste walnut shells. Journal of Molecular Liquids, 2020. 312: p. 112788.
15.Saffari, M., and Moazallahi, M. Assessing the efficiency of chemically modified biochars in removing nickel from aqueous solutions. Journal of Advances in Environmental Health Research.2024. Accepted.
16.Zama, E. F., Reid, B. J., Arp, H. P. H., Sun, G. X., Yuan, H. Y., and Zhu, Y. G., Advances in research on the use of biochar in soil for remediation: a review. Journal of Soils and Sediments, 2018. 18: p. 2433-2450.
17.Shen, Z., Zhang, Y., McMillan, O., Jin, F., and Al-Tabbaa, A., Characteristics and mechanisms of nickel adsorption on biochars produced from wheat straw pellets and rice husk. Environmental Science and Pollution Research, 2017. 24: p. 2809-12819.

  • تاریخ دریافت 11 خرداد 1403
  • تاریخ بازنگری 25 خرداد 1403
  • تاریخ پذیرش 27 خرداد 1403
  • تاریخ اولین انتشار 01 تیر 1403
  • تاریخ انتشار 01 تیر 1403