تصفیه درجای آلاینده سرب توسط نانوذرات آهن با روکش نیکل

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانش‌آموخته دکترا، دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه صنعتی شریف، تهران، ایران

2 استاد، دانشکده مهندسی شیمی و نفت، دانشگاه صنعتی شریف، تهران، ایران

3 استاد، دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه صنعتی شریف، تهران، ایران

4 کارشناس ارشد مهندسی عمران، پژوهشکده بین‌المللی زلزله شناسی و مهندسی زلزله، تهران، ایران

چکیده

در این پژوهش توانایی نانوذرات دو فلزی آهن با روکش نیکل در تصفیه درجای آب آلوده به سرب دو ظرفیتی مطالعه شد. ابتدا نانوذرات سنتز شد و سوسپانسیون آن به‌کمک بیوپلیمر نشاسته پایدار شد و سپس آزمایش‌های ارزیابی توانایی آن برای حذف آلاینده سرب در دو گروه جریان منقطع و جریان پیوسته انجام گرفت. بر اساس نتایج آزمایش‌های منقطع، واکنش حذف سرب دو ظرفیتی بر مدل شبه‌ مرتبه ‌اول انطباق داشته و ثابت سرعت واکنش آن به‌صورت تابعی از pH محلول و نسبت استکیومتری بین آهن و سرب، در محدوده 01/0 تا 035/0 گرم/میلی‌گرم/دقیقه تغییرات داشت. بر مبنای آزمایش‌های جریان پیوسته سرعت تراوش، مقدار و تازگی نانوذرات آهن و نوع دانه‌های محیط متخلخل متغیرهای اصلی تأثیرگذار در حذف درجای سرب دو ظرفیتیمحسوب می‌شوند. حداکثر راندمان حذف سرب دو ظرفیتی در آزمایش‌های منقطع و جریان پیوسته در مدل آزمایشگاهی به‌ترتیب 95 و 80 درصد به‌دست آمد. بر اساس یافته‌های این پژوهش، نانوذرات آهن با روکش نیکل، برای تصفیه درجای آب زیرزمینی آلوده به سرب دو ظرفیتی،کارایی بالایی ندارند.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

In-situ Lead Removal by Iron Nano Particles Coated with Nickel

نویسندگان [English]

  • Mohammadreza Fadaei-tehrani 1
  • Manoochehr Vossoughi 2
  • Abolfazl shamsai 3
  • Neda MahinKhaki 4
1 PhD, Department of Civil Engineering, Sharif University of Technology, Tehran, Iran
2 Prof., Department of Chemical and Petroleum Engineering, Sharif University of Technology, Tehran, Iran
3 Prof., Department of Civil Engineering, Sharif University of Technology, Tehran, Iran
4 MSc Graduate of Civil Engineering, International Institute of Erthquake Engineering and Seismology, Tehran, Iran
چکیده [English]

This study investigates the potential of nano-zero-valent iron particles coated with nickel in the removal of lead (Pb2+) from porous media. For this purpose, the nano-particles were initially synthesized and later stablilized using the strach biopolymer prior to conducting batch and continuous experiments. The results of the batch experiments revealed that the reaction kinetics fitted well with the pseudo-first-order adsorption model and that the reaction rate ranged from 0.001 to 0.035 g/mg/min depending on solution pH and the molar ratio of Fe/Pb. Continuous experiments showed that lead remediation was mostly influenced not only by seepage velocity but also by the quantity and freshness of nZVI as well as the grain type of the porous media. Maximum Pb2+ removal rates obtained in the batch and lab models were 95% and 80%, respectively. Based on the present study, S-nZVI may be suggested as an efficient agent for in-situ remediation of groundwater contaminated with lead.

کلیدواژه‌ها [English]

  • nZVI/Ni
  • Lead Pb2+
  • In-situ remediation
  • Groundwater

1. Ponder, S.M., Darab, J.G., and Mallouk, T.E. (2000). “Remediation of Cr(VI) and Pb(II) aqueous solutions using nanoscale zero-valent iron.” Environ. Sci. Technol., 34, 2564-2569.

2. Berlin, M., and Reiner, D. (1985). Handbook of the toxicology of metals, V012, 2nd Ed., Elsevier Science Publishers B.V., London, 376-405.

3. Iranian Institute of Standard and Industrial Researches. (1997). Standard Number 1053: Specificaton for Physical and chemical requirment drinking water, 5th  Ed., Tehran. (In Persian)

4. Bailey, S.E., Olin, T.J., Bricka, R.M., and Adrian, D.D. (1999). Areview of potentially low-cost sorbents for heavey metals.” Water Res., 33, 2469-2479.

5. Cundy, A.B., Hopkinson, L., and Whitby, R.L.D. (2008). “Use of iron-based technologies in contaminated land and groundwater remediation: A review.” Science of the Total Environment, 400, 42-51.

6. Rangsivek, R., and Jekel, M.R. (2005). “Removal of dissolved metals by zero-valent iron (ZVI): Kinetics, equilibria, processes and implications for stormwater runoff treatment.” Water Research, 39, 4153-4163.

7. Yang, G.C.C., and and Lee, H.L. (2005). “Chemical reduction of nitrate by nanosized iron: Kinetics and pathways.” Water Research, 39, 884-894.

8. Xi, Y., Mallavarapu, M., and Naidu, R. (2010). “Reduction and adsorption of Pb2+ in aqueous solution by nano-zero-valent iron; A SEM, TEM and XPS study.” Materials Research Bulletin, 45, 1361-1367.

9. Zhang, X., Deng, B., Guo, J., Wang, Y., and Lan, Y. (2011). “Ligand-assisted degradation of carbon tetrachloride by microscale zero-valent iron.” Journal of Environmental Management, 92 ,1328-1333.

10. Kim, K.R., Lee, B.T., and Kim, K.W. (2012). “Arsenic stabilization in mine tailings using nano-sized magnetite and zero valent iron with the enhancement of mobility by surface coating.” Journal of Geochemical Exploration, 113, 124-129.

11. Fagerlund, F., Illangasekare, T.H., Phenrat, T., Kim, H.J., and Lowry, G.V. (2012). “PCE dissolution and simultaneous dechlorination by nanoscale zero-valent iron particles in a DNAPL source zone.” Journal of Contaminant Hydrology, 131, 9-28.

12. Zhang, X., Lin, S., Lu, X.Q., and Chen, Z.L. (2010). “Removal of Pb(II) from water using synthesized kaolin supported nanoscale zero-valent iron.” Chemical Engineering Journal, 163, 243-248.

13. Jabeen, H., Kemp, C., and Chandra, V. (2013). “Synthesis of nano zero valent iron nano particles - Graphene composite for the treatment of lead contaminated water.” Journal of Environmental Management, 130, 429-435.

14. He, F., and Zhao, D. (2005). “Preparation and characterization of a new class of starch-stabilized bimetallic nanoparticles for degradation of chlorinated hydrocarbons in water.” Environ. Sci. Technol., 39, 3314-3320.

15. Lee, C., Jee, Y.K., Won, I.L., Nelson, K.L., Yoon, J., and Sedlak, D.L. (2008). “Bactericidal effect of zero-valent iron nanoparticles on Escherichia coli.” Environmental Science and Technology, 42, 4927-4933.

16. Lien, H.L., and Zhang, W.X. (2007). “Nanoscale Pd/Fe bimetallic particles: Catalytic effects of palladium on hydrodechlorination.” Applied Catalysis B: Environmental, 77, 110-116.

17. Kanel, S.R., Neppolian, B., Choi, H., and Yang, J.W. (2003). “Heterogeneous catalytic oxidation of phenanthrene by hydrogen peroxide in soil slurry: Kinetics, mechanism, and implication.” Soil and Sediment Contamination, 12, 101-117.

18. Carroll, D., Sleep, B., Krol, M., Boparai, H., and Kocur, C. (2013). “Nanoscale zero valent iron and bimetallic particles for contaminated site remediation.” Advances in Water Resources, 51, 104-122.

19. Lv, X., Xu, J., Jiang, G., Tang, J., and Xu, X. (2012). “Highly active nanoscale zero-valent iron (nZVI)-Fe3O4 nanocomposites for the removal of chromium(VI) from aqueous solutions.” Journal of Colloid and Interface Science, 369, 460-469.