حذف آرسنات از محلول‌های آبی با استفاده از بیوچار اصلاح‌شده با آهن

Abstract

سابقه و هدف: آرسنیک یکی از مهم‌ترین چالش‌های ‌زیست‌محیطی در جوامع درحال‌توسعه است. منابع آب آلوده به آرسنیک از مهم‌ترین مسیرهای در معرض قرارگیری انسان و حیوان به آرسنیک معدنی است. روش‌های مختلف فیزیکوشیمیایی و بیولوژیکی برای رفع آلایندگی آرسنیک از محیط‌های آبی وجود دارد. در مقایسه با مزایا و معایب روش‌های حذف آرسنیک روش جذب به علت سهولت کاربرد و هزینه کم بر سایر روش‌ها ارجحیت دارد. ترکیبات آهن‌دار قابلیت بالایی برای جذب آرسنیک از محلول‌های آبی دارند. هدف این تحقیق حذف آرسنات از آب با استفاده از اصلاح بیوچار با نمک آهن است که می‌تواند در احیای منابع آب آلوده به آرسنات برای مصارف آشامیدنی و استفاده دوباره از پساب‌های صنعتی مورد استفاده قرار گیرد.<br /> مواد و روش‌ها: به‌منظور تولید بیوچار اصلاح‌شده نسبت‌های 1/0 (0.1FeBC) و 4/0 (0.4FeBC) وزنی کلرید آهن 6 آبه به پودر زیست‌توده حاصل از بقایای هرس درختان سیب اضافه گردید و به همراه یک نمونه شاهد (BC) به مدت یک ساعت در دمای 300 درجه سانتی‌گراد برای آتشکافت در داخل کوره تحت شرایط محدود اکسیژن قرار داده شد. برای ارزیابی مورفولوژی جاذب‌های موردمطالعه تصاویر SEM تهیه گردید. آزمایش هم‌دمای جذب در غلظت‌های 0، 1، 2، 4، 6، 8 و 10 میلی‌گرم آرسنات در لیتر انجام شد. غلظت آرسنات در نمونه‌ها با استفاده از دستگاه جذب اتمی به روش تولید هیدرید (HG-AAS) اندازه‌گیری شد. داده‌های آزمایشی به چهار مدل جذبی لانگمویر، فروندلیچ، تمکین و دوبینین – رادوشکویچ برازش داده شد و پارامترهایی نظیر انرژی ظاهری جذب (E)، کارایی حذف، انرژی آزاد گیبس ((∆G) و فاکتور جداسازی محاسبه گردید.<br /> یافته‌ها: نمک آهن ویژگی‌های سطح بیوچار را تغییر داده و باعث ایجاد ترکیبات گرانوله‌شکل در سطح جاذب شد. نتایج نشان داد که با افزایش مقدار آهن در جاذب حذف آرسنات از محلول بیشتر می‌شود و بیشترین کارایی حذف (86%) برای جاذب 0.4FeBC در غلظت 1 میلی‌گرم در لیتر آرسنات به دست آمد. توانایی مدل فروندلیچ در شبیه‌سازی فرایند جذب آرسنات توسط جاذب‌های اصلاح‌شده با آهن بیشتر از مدل‌های لانگمویر، دوبینین – رادوشکویچ و تمکین است. افزایش محتوی آهن در جاذب ضرایب مدل‌های فروندلیچ (KF و n)، تمکین (KT و A)، و لانگمویر (KL و qmax) را افزایش، ولی ثابت مدل دوبینین – رادوشکویچ (KDR) و فاکتور جداسازی (RL) را کاهش داد. بیشترین مقدار برای حداکثر ظرفیت جذب (qmax) از جاذب 0.4FeBC به مقدار 66/7 میلی‌گرم آرسنات بر گرم جاذب به دست آمد. مقادیر به‌دست‌آمده برای انرژی ظاهری جذب (E) نشان داد که فرایند جذب برای بیوچار اصلاح‌نشده از نوع فیزیکی (کمتر از 8 کیلوژول بر مول) و برای بیوچارهای اصلاح‌شده از نوع شیمیایی است. بر طبق انرژی آزاد گیبس (∆G) محاسبه‌شده فراینده جذب آرسنات توسط جاذب‌های موردمطالعه خودبه‌خودی است.<br /> نتیجه‌گیری: بر اساس نتایج این تحقیق اصلاح بیوچار با نمک آهن به علت داشتن قابلیت دسترسی منطقه‌ای و کاربرد آسان می‌تواند به‌عنوان یک جاذب ارزان‌قیمت برای رفع آلایندگی آرسنات از آب تلقی شود.