مدل‌سازی ایزوترم و سینتیک جذب فسفات از محلولهای آبی با استفاده کلینوپتیلولایت اصلاح شده

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 استاد مرکز تحقیقات بهداشت محیط و گروه مهندسی بهداشت محیط، دانشکده بهداشت، دانشگاه علوم پزشکی کرمان

2 دانشجوی کارشناس ارشد مهندسی بهداشت محیط، دانشکده بهداشت، دانشگاه علوم پزشکی کرمان

3 دانشیار گروه مهندسی بهداشت محیط، دانشکده بهداشت، دانشگاه علوم پزشکی جندی شاپور، اهواز

چکیده

تخلیه فسفر به آبهای سطحی منجر به رشد بیش از حد جلبکها شده و در نتیجه یوتریفیکاسیون رودخانه و دریاچه را به‌‌دنبال دارد. ازاین رو حذف این ماده به‌منظور جلوگیری از مغذی شدن منابع آبهای سطحی موضوعیت یافته است. هدف از این مطالعه احیای کلینوپتیلولایت، بررسی کارایی کلینوپتیلولیت اصلاح شده در جذب فسفات از محلولهای آبی و مدل‌سازی ایزوترم و سینتیک واکنش‌های جذب فسفات بود. به‌منظور مطالعه آماده‌سازی جاذب از سورفاکتانت‌های هگزادسیل‌تری‌متیل‌آمونیوم‌بروماید HDTMA – Br))، هگزادسیل‌تری‌متیل‌آمونیوم‌کلراید (HDTMA – Cl)، سدیم دسیل سولفات (SDS)، ستریماید C استفاده شد. آزمایش‌ها در سیستم ناپیوسته انجام شد و تأثیر پارامترهای pH، دز جاذب، غلظت اولیه فسفات و زمان تماس و اندازه ذرات بر جذب فسفات توسط خاک کلینوپتیلولایت اصلاحی1 مورد بررسی قرار گرفت. نهایتاً از متداول‌ترین ایزوترم‌ها و سینتیک‌های جذب برای بررسی جذب فسفات و دینامیک واکنش استفاده شد. حداکثر جذب فسفات به‌ترتیب در pH و زمان تماس برابر 7 و 90 دقیقه به‌دست آمد. با افزایش غلظت اولیه فسفات، راندمان حذف کاهش یافت. ایزوترم لانگمیر نوع 2 بیشترین تطابق را با داده‌های این مطالعه نشان داد (0/997=R2). با توجه به نتایج حاصله در بهترین حالت بیشترین ظرفیت جذب برابر با 22/73میلی‌گرم بر گرم است که در میزان جاذب برابر 5 گرم در لیتر به‌دست آمد. آنالیز سینتیک نشان داد که جذب فسفات بر خاک کلینوپتیلولایت اصلاحی مطابق سینتیک پخش بین ذره‌ای انجام شده است (999/0 =R2). با توجه به راندمان بالای حذف فسفات توسط خاک کلینوپتیلولایت اصلاحی می‌توان از این‌ روش به‌عنوان جاذبی نسبتاً کارآمد و ارزان قیمت برای جذب فسفات استفاده نمود.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Kinetics Modeling and Isotherms for Adsorption of Phosphate from Aqueous Solution by Modified Clinoptilolit

نویسندگان [English]

  • Mohammad Malakootian 1
  • Nader Yousefi 2
  • NeematAllah Jaafarzadeh Haghighifard 3
1 Prof. of Environmental Health Resarch Center and Environmental Health Eng., Faculty of Public Health, Kerman University of Medical Sciences, Kerman, Iran
2 M.Sc. Student of Environmental Health Eng., Faculty of Public Health, Kerman University of Medical Sciences, Kerman, Iran
3 Assoc. Prof. of Environmental Health Eng., Faculty of Public Health, Jondishapour University of Medical Sciences, Ahwaz, Iran
چکیده [English]

The Phosphorous discharge into the surface water led to excessive growth of algae and eutrophication in lakes and rivers. Therefore the phosphorus removal is important due to negative effect on water resources. The aim of this study was to investigat the modification of clinoptilolite and application of modified clinoptilolite for phosphorous adsorption from aqueous solution and isotherms and kinetics modeling. Hexadecyl Trimethyl Ammonium bromide (HDTMA-Br), Hexadecyl trimethyl Ammonium Chloride (HDTMA-Cl), Sodium Decyl Sulphate (SDS) and Cetrimide-C were used for modification of clinoptilolite. Experiments were conducted using jar apparatus and batch system. The effect of pH, adsorbent doses, contact time, phosphate initial concentration and particle size were studied surveyed on phosphate adsorption by modified clinoptilolite. The most common isotherms and the kinetics adsorption equations were used for determination of adsorption rate and dynamic reaction. The results showed that maximum phosphate adsorption was obtained in the pH of 7 and contact time 90min. Also it was found with the increasing of phosphate initial concentration, phosphate removal efficiency decreased significantly. Langmuir No 2 showed a good correlation compared to other isotherms (R2=0.997). Maximum adsorption capacity was obtained in 20g/L adsorbent dose (22.73mg/g). Also Interaparticle diffusion kinetics well fits with experimental data (R2=0.999) with constant rate of 3.84mg/g min0.5. The result showed that modified clinoptilolite can be used successfully as low cost and effective absorbent for phosphate removal.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Phosphate removal
  • Clinoptilolite Soil
  • cationic surfactant
  • Adsorption Kinetic
  • Adsorption Isotherm
Kainejad, M., and Ebrahimi, S. (2004) Environmental engineering 2nd Ed., Sahand University Pub., Tabriz
Drizo, A., Frost, C. A., Grace, J., and Smith, K. A. (1999) Physico-chemical screening of phosphate-removing substrates for use in constructed wetland systems Water Research 33, 3595-3602
Nowack, B., and Stone, A. (2006) Competitive adsorption of phosphate and phosphonates onto goethite Water Research 40, 2201-2209
Ozacar, M. (2003) Equilibrium kinetic modeling of adsorption of phosphorous on calcined alunite Adsorption 9, 125-132
Drizo, A., Forget, C., Chapuis, R. P., and Comeau, Y. (2006) Phosphorus removal by electric arc furnace steel slag and serpentinite Water Research 40, 1547-1554
Bellier, N., Chazarenc, F., and Comeau, Y. (2006) Phosphorus removal from wastewater by mineral apatite Water Research 40, 2965-2971
Ozacarand, M. (2003) Equilibrium kinetic modeling of adsorption of phosphorous on calcined alunite Adsorption 9, 125-132
Kermani, M., Bina, B., Movahedian, H., Amin, M. M., and Nikaeen, M. (2010) Performance and modeling of moving bed biofilm process for nutrient removal from wastewater J. of Water and Wastewater 3, 9-19
Tchobanoglous, G., Burton, F., and Stensel, D. (2003) Wastewater engineering, treatment and reuse 4th Ed., McGraw-Hill, New York
Lu, G., Qiang., B., and Dan, S. (2008) Mechanisms of phosphate removal from aqueous solution by blast furnace slag and steel furnace slag J. Zhejiang Univ. Sci A 9, 125-132
Johansson, L., and Gustafsson, J. (2000) Phosphate removal using blast furnace slags and opoka-Mechanisms Water Research 34, 259-265
Sheng, G., Shi, Q., and Hong, D. (2008) Mechanisms of phosphate removal from aqueous solution by blast furnace slag and steel furnace slag J. Zhejiang Univ. Sci. A 9 (1), 125-132
Xu, K., Deng, T., Liu, J., and Peng, W. (2010) Study on the phosphate removal from aqueous solution using modified fly ash Fuel 89 (12), 3668-3674
Jiang, Z., Han, J., and Liu, X. (2011) Behavior of phosphorus adsorption from aqueous solutions on modified activated alumina Advanced Materials Research 152 (153), 945-949
APHA, AWWA, and WEF. (1998) Standard method for examination of water and wastewater 20th Ed., American Public Health Association Publication, Washington DC.
Cucarella, V., Renman, G., and Qual., J.E. (2009) Cucarella, V., Renman, G., and Qual., J.E. J. Environ. Qual. 38, 381-392
Bowman, R., Sullivan., E., and Li, Z. (2006) Uptake of cations, anions and nonpolar organic molecules by surfactant-modified clinoptilolite-rich tuff Colella, C., and Mumpton F.A. (Eds), Natural zeolites for the third millennium
Liu, C., Li, Y. -Z., Luan, Z. -K., Chen, Z. -Y., Zhang, Z. -G., and Jia, Z. -P. (2007) Adsorption removal of phosphate from aqueous solution by active red mud J. of Environmental Sciences 19, 1166-1170
Chi, N., Dong, B., and Liao, Y. (2010) Advanced phosphate removal by adsorption onto activated alum porcelain in simulation water Coll. of Environ. Sci. and Eng. 18, 1-4
Zhang, G. and Xu, J. (2011) Competitive adsorption of fluoride and phosphate on mgal-co3 layered double layer Advanced Materials Research 160 (162), 182-188
Krishnan, K., and Haridas, A. (2008) Removal of phosphate from aqueous solutions and sewage using natural and surface modified coir pith J. of Hazardous Materials 152, 527-535
Prochaska, C., and Zouboulis, A. (2006) Removal of phosphates by pilot vertical-flow constructed wetlands using a mixture of sand and dolomite as substrate Ecological Engineering 26, 293-303
Hameed, B.H. (2009) Evaluation of papaya seeds as a novel non-conventional low-cost adsorbent for removal of methylene blue J. Hazard. Mater. 162, 939-944
Altin, O., HO, O., and Dogu, T. (1998) Use of general purpose adsorption isotherms for heavy metal clay mineral interactions J. of Colloid and Interface Science 198, 130-140
Freundlich, H.M.F. (1906) Uber die adsorption in losungen J. Phys. Chem 57 (A), 385-470
Langmuir, I. (1916) The constitution and fundamental properties of solids and liquids J. An. Chem. Soc. 38, 2221-2295
Nemr, A.E. (2009) Potential of pomegranate husk carbon for Cr(VI) removal from wastewater: Kinetic and isotherm studies J. of Hazardous Materials 161, 132-141
Temkin, M., and Pyzhev, J.A.V. (1940) Kinetics of ammonia synthesis on promoted Iron catalysts Acta Physiochem 12, 217-229
Brunauer, S., Emmet, P.H., and Teller, E. (1938) Adsorption of gases in multimolecular layers J. Am. Chem. Soc. 60, 309-319
Fan, X., Parker., D.J. and Smith, M.D. (2003) Adsorption kinetics of fluoride on low cost materials Water Research 37, 4929-4937
Shams Khorramabadi, Gh., Darvishi Cheshmeh Soltani, R., and Jorfi, S. (2010) Cd(II) adsorption using waste sludge from a municiap wastewater treatment system J. of Water and Wastewater 1, 57-62
Azizian, S. (2004) Kinetic models of sorption: A theoritical analysis Colloid and Interface Sci 726, 47-52