حذف رادیونوکلوئیدهای کبالت 60 از محلول آبی با استفاده از نانو ذره های اصلاح شده نوین هماتیت

نوع مقاله : علمی-پژوهشی

نویسندگان

1 گروه مهندسی، شرکت ماشین سازی ویژه، تهران، ایران

2 گروه مهندسی محیط زیست ، دانشکده منابع طبیعی و محیط زیست، واحد علوم و تحقیقات، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران، ایران

3 پژوهشکده مواد وچرخه سوخت هسته‌ای، پژوهشگاه علوم و فنون هسته‌ای، تهران، ایران

چکیده

همواره نوع بشر در طی سالیان دراز به­ دنبال پیشرفت­ های متنوع خود، دورریزهای مخاطره ­آمیز مانند فلزهای سنگین و مواد رادیواکتیو را وارد محیط زیست کرده است، که تأثیر مستقیم بر سلامت انسان و سایر زیست بوم­ های موجود دارند. از این­ رو بررسی راهکارهای لازم برای کنترل و حذف این دورریزها، هدف پژوهش ­های گوناگون قرار گرفته است. در این پژوهش حذف رادیونوکلوئیدهای کبالت 60 به­ واسطه فراوانی آن­ ها در پساب دفعی راکتورهای اتمی برای شکاف هسته­ ای و نیز نیروگاه­ های هسته­ا ی مورد بررسی قرار گرفت؛ به­ گونه ­ای که نانو ذره­ های نوینی از هماتیت در شرایط هیدروترمالC°250 و با استفاده از فریک کلرید شش آبه و سورفاکتانت اولئیک اسید، سنتز و پس از آنالیزهای ساختاری XRD, FT-IR, SEM, TEM  و BET به ­عنوان جاذب در حذف رادیوکاتیون­ های کبالت 60 به ­کار گرفته شد. بر این اساس نانوبلورهای سنتز شده، بیش ­تر (90%<) از نوع نانومیله­ های nm60-30 بودند که  نانو فلس ­های شش وجهی نامنظم با ضخامت nm 40-100در بین آن­ها توزیع یافتند و مساحت سطح ویژه ­ای حدود m2/g 29/31 را پدید آوردند. بررسی اثر نانو ذره­ های نوین هماتیت در حذف رادیونوکلوئیدهای کبالت 60 نشان داد که پارامترهای دما، pH، غلظت رادیوکاتیون­ ها، زمان تماس و جرم نانوجاذب مصرفی، تأثیر به ­سزایی در روند جذب داشتند؛ به­ گونه ­ای که شرایط بهینه حذف کبالت 60 از محلول آبی در دمای °C 1±25، غلظت کاتیون mg/L 1، 5/6=pH، زمان تماس h 2 و حضور mg/L20 نانوجاذب تعیین شد. از سویی مکانیسم جذب حاکم نیز از مدل هم­دمای ردلیچ ـ پترسون پیروی نمود که خود نشان از گرایش سامانه به جذب همگن رادیوکاتیون­ ها با بیش ­ترین ظرفیت جذب mg/g 86/142 در دمای °C 1±25 داشت. این درحالی بود که در بررسی نرخ جذب کبالت 60 بر نانو ذره­ های سنتز شده هماتیت، برازش نتیجه­ های تجربی پژوهش با مدل سینتیکی شبه مرتبه دوم خطی هو، بیش ­ترین سطح هم پوشانی را نشان داد. بنابراین می­توان نتیجه گرفت که نانو ذره ­های هماتیت سنتز شده با سطح اصلاحی نوین، یکی از جاذب­ های کارآمد، امیدبخش و در همان حال سازگار و دوست ­دار محیط زیست می ­باشد که توانایی بالایی در حذف رادیونوکلوئیدهای کبالت 60 از محلول­ های آبی مانند پساب­ ها را دارد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

مراجع

[1] Irannajad M., Haghighi H.K., Removal of Co2+, Ni2+, and Pb2+ by Manganese oxide-coated Zeolit: Equilibrium, Thermodynamics and Kinetics Studies, Journal of Clays and Clay Minerals, 65(1): 52-62 (2017).
[2] Ashtiani M.H., Azimi H., Characterization of Different Types of Bentonites and Their Applications as Adsorbents of Co(II) and Ni(II), Journal of Desalination and Water Treatment, 57(37): 17384-17399 (2016).
[3] Sounthararajah D.P., Loganathan P., Kandasamy J., Vigneswaran S., Adsorptive Removal of Heavy Metals from Water Using Sodium Titanate Nanofibres Loaded onto GAC in Fixed-Bed Columns, Journal of Hazardous Materials, 287: 306-316 (2015).
[4] Zhang L., Wei J., Zhao X., Li F., Jiang F., Zhang M., Cheng X., Competitive Adsorption of Strontium and Cobalt Onto Tin Antimonite, Chemical Engineering Journal, 285: 679-689 (2016).
[5] Yin Y., Hu J., Wang J., Removal of Sr2+, Co2+, and Cs+ from Aqueous Solution by Immobilized Saccharomyces cerevisiae with Magnetic Chitosan Beads, Journal of Environmental Progress & Sustainable Energy, 1-8 (2017).
[6] Popa K., Palamaru M.N., Iordan A.R., Humelnicu D., Drochioiu G., Cecal A., Laboratory Analyses of 60Co2+, 65Zn2+ and 55+59Fe3+ Radiocations Uptake by Lemna Minor, Journal of Isotopes in Environmental and Health Studies, 42(1): 87-95 (2006.
[7] Üzüm Ç., Shahwan T., Eroğlu A.E., Lieberwirth I., Scott T.B., Hallam K.R., Application of Zero-Valent Iron Nanoparticles for the Removal of Aqueous Co2+ Ions under Various Experimental Conditions, Chemical Engineering Journal, 144(2): 213-220 (2008).
[8] Liu M., Chen C., Hu J., Wu X., Wang X., Synthesis Of Magnetite/Graphene Oxide Composite and Application for Cobalt(II) Removal, Journal of Physical Chemistry C, 115 (51): 25234-25240 (2011).
[9] Chen L., Lu, Wu, S., Zhou J., Wang X., Removal of Radiocobalt from Aqueous Solutions Using Titanate/Grapheme Oxide Composites, Journal of Molecular Liquids, 209: 397-403 (2015).
[10] Sasikumar P., Narasimhan S.V., Velmurugan S., Development of a Modified Ion Exchange Resin Column for Removal of Gadolinium From the Moderator System of PHWRs, Journal of Science Technology, 48: 1220-1225 (2013).
[11] Correa F.G., Flores N.A.F., Bulbulian S., Co2+ Ion Adsorption Behavior on Plum Stone Carbon Prepared by a Solid-Combustion Process, Journal of Desalination and Water Treatment, 57(55): 26472-26483 (2016).
[12] Park Y.J., Lee Y.C., Shin W.S., Choi S.J., Removal of Cobalt, Strontium and Cesium from Radioactive Laundry Wastewater by Ammonium Molybdophosphate-Polyacrylonitrile (AMP-PAN), Journal of Chemical Engineering, 162: 685-695 (2010).
[13] Gehan E.S.E, Neama G.I., Refaat R.A., Preparation, characterization and Application of Superparamagnetic Iron Oxide Nanoparticles Modified with Natural Polymers for Removal of 60Co-Radionuclides from Aqueous Solution, Journal of Radiochimica Acta, 105(2): 141-159 (2016).
[14] Nirmala I., Use of Iron Oxide Magnetic Nanosorbents for Cr (VI) Removal from Aqueous Solutions: A Review, Journal of Engineering Research and Applications, 4(10), Part-1, 55-63 (2014).
[15] Wei W., Quanguo H., Changzhong J., Magnetic Iron Oxide Nanoparticles: Synthesis and Surface Functionalization Strategies, Nanoscale Research Letters, 3: 397-415 (2008).
[16] Axel N.C., Torben R.J., Christian R.H.B., Elaine D.M., Nanosize crystals Of Goethite, α-FeOOH: Synthesis and Thermal Transformation, Journal of Solid State Chemistry, 180(4): 1431-1435 (2007).
[17] Hidetoshi, K.; Yamato, A.; Masaharu, S.; Shunsuke, U., Adsorption of Cobalt Ions on Hematite Particles. Journal of Nuclear Science and Technology, 23(10): 926-927 (1986).
[18] Todorović, M.; Milonjić, S.K.; Čomor, J.J.; Gal, I.J., Adsorption of Radioactive Ions 137Cs+, 85Sr2+ and 60Co2+ on Natural Magnetite and Hematite, Journal of Separation Science and Technology, 27(5): 671-679 (1992).
[19] Poursani A.S., Nilchi A., Hassani A.H., Sharia M., Nouri J., A Novel Method for Synthesis of Nano-γ-Al2O3: Study of Adsorption Behavior of Chromium, Nickel, Cadmium and Lead Ions, International Journal of Environmental Science and Technology, 12(6): 2003-2014 (2015).
[20] Tsirel'son V.G., Antipin M.Y., Strel'tsov R.P., Ozerov R.P., Struchkov Y.T., Calculation of Electric Field Gradient at Nuclei in Crystals from X-Ray Diffraction Data, Journal of Doklady Akademii Nauk SSSR, 65(5): 1137-1141 (1987).
[21] Sobhanardakani S., Zandipak R., Adsorption of Co(II) Ions from Aqueous Solutions Using NiFe2O4 Nanoparticles, Journal of Advances in Environmental Health Research, 3(3): 179-187 (2015).
[22] Pal B.; Sharon M., Preparation of iron Oxide Thin Film by Metal-Organic Deposition from Fe(III)-Acetylacetonate: A Study of Photocatalytic Properties, Journal of Thin Solid Films, 379(1-2): 83-88 (2000).
[23] Xu X.N., Wolfus Y., Shaulov A., Yeshurun Y., Felner I., Nowik I., Koltypin Y., Gedanken A., Annealing Study of Fe2O3 Nanoparticles: Magnetic Size Effects and Phase Transformations, Journal of Applied Physics, 91(7): 4611-4616 (2002).
[24] Almeida, T.P.; Fay, M.; Zhu, Y.; Brown, P.D., Process map for the hydrothermal synthesis of α-Fe2O3 nanorods, Journal of Physical Chemistry C, 113(43): 18689-18698 (2009).
[25] Pradhan, G.K.; Parida, K.M., Fabrication, Growth Mechanism, and Characterization of α-Fe2O3 Nanorods, Journal of Applied Materials & Interfaces, 3(2): 317-323 (2011).
[26] Adegoke H.I., AmooAdekola F., Fatoki O.S., Ximba B.J., Adsorption of Cr (VI) on Synthetic Hematite (α-Fe2O3) Nanoparticles of Different Morphologies, Korean Journal of Chemical Engineering, 31(1): 142-154 (2014).
[27] Cataldo, S.; Cavallaro, G.; Gianguzza, A.; Lazzara, G.; Pettignano, A., Kinetic and Equilibrium Study for Cadmium and Copper Removal from Aqueous Solutions by Sorption onto Mixed Alginate/Pectin Gel Beads, Journal of Environmental Chemical Engineering, 1(4): 1252-1260 (2013).
[28] Gunnarsson, M., Surface Complexation at the Iron Oxide/Water Interface, Experimental Investigations and Theoretical Developments, Institutionen för kemi Göteborgs universitet Göteborg : Chalmers reproservice , 39-43 (2002).
[29] Freitas J.C., Branco R.M., Lisboa I.G.O., Costa T.P., Campos M.G.N., Júnior M.J., Marques R.F.C., Magnetic Nanoparticles Obtained by Homogeneous Coprecipitation Sonochemically Assisted, Journal of Materials Research, 18(2): 220-224 (2015).
[30] Ceglowski M., Schroeder G., Preparation of Porous Resin with Schiff Base Chelating Groups for Removal of Heavy Metal Ions from Aqueous Solutions, Chemical Engineering Journal, 263: 402-411 (2015).
[31] Fang F., Kong L., Huang J., Wu S., Zhang K., Wang X., Sun B., Jin Z., Wang J., Huang X.J., Liu J., Removal of Cobalt Ions from Aqueous Solution by an Amination Graphene Oxide Nanocomposite, Journal of Hazardous Materials, 270: 1-10 (2014).
[32] Vilvanathan, S.; Shanthakumar, S, Biosorption of Co(II) Ions from Aqueous Solution Using Chrysanthemum Indicum: Kinetics, Equilibrium and Thermodynamics, Journal of Process Safety and Environmental Protection, 96: 98-110 (2015).
[33] Taman, R.; Ossman, M.E.; Mansour, M.S.; Farag H.A., Metal Oxide Nano-particles as an Adsorbent for Removal of Heavy Metals, Journal of Advanced Chemical Engineering, 5(3): (2015).
       DOI: 10.4172/2090-4568.1000125.
[34] Gimbert F., Morincrini N., Renault F., Badot P.M., Crini G., Adsorption Isotherm Models for Dye Removal by Cationized Starch-Based Material in a Single Component System: Error Analysis, Journal of Hazardous Materials, 157: 34-46 (2008).
[35] Nastaj J., Przewlocka A., Rajkowska-Mysliwiec M., Biosorption of Ni(II), Pb(II) and Zn(II) on Calcium Beads: Equilibrium, Kinetic and Mechanism Studies, Polish Journal of Chemical [36] Technology, 18(3): 81-87 (2016).
[36] Belhachemi M., Addoun F., Comparative Adsorption Isotherms and Modeling of Methylene Blue onto Activated Carbons, Applied Water Science, 1 (3-4): 111–117 (2011).
[37] Sampranpiboon P., Charnkeitkong P., Feng X., Equilibrium Isotherm Models for Adsorption of Zinc (II) ion from Aqueous Solution on Pulp Waste, Journal of WSEAS Transactions on Environment and Development, 10: 35-47 (2014).
[38] Xing M., Wang J., Nanoscaled Zero Valent Iron/Graphene Composite as an Efficient Adsorbent for Co(II) Removal from Aqueous Solution, Journal of Colloid and Interface Science, 474: 119-128 (2016).
[39] Deravanesiyan M., Beheshti M., Malekpour A., Alumina Nanoparticles Immobilization onto The Nax Zeolite and the Removal of Cr (III) and Co (II) Ions from Aqueous Solutions, Journal of Industrial and Engineering Chemistry, 21: 580-586 (2015).
[40] Hooshyar Z., Rezanejade Bardajee G., Ghayeb Y., Sonication Enhanced Removal of Nickel and Cobalt Ions from Polluted Water Using an Iron-Based Sorbent, Journal of Chemistry, ID: 786954, 1-5 (2013).
[41] Uheida A., Salazar-Alvarez G., Bjorkman E., Yu Z., Muhammed M., Fe3O4 and γ-Fe2O3 Nanoparticles for the Adsorption of Co2+ from Aqueous Solution, Journal of Colloid and Interface Science, 298:501-507 (2006).
[42] Hashemian S., Saffari H., Ragabion S., Adsorption of Cobalt(II) from Aqueous Solutions by Fe3O4/Bentonite Nanocomposite, Journal of Water Air Soil Pollutant, 226 (2212): 1-10 (2015).
[43] Roy A., Bhattacharya J., A Binary and Ternary Adsorption Study of Wastewater Cd(II), Ni(II) and Co(II) by γ-Fe2O3 Nanotubes, Journal of Separation and Purification Technology,115: 172-179 (2013).
[44] Srivastava V., Sharma Y.C., Sillanpää M., Application of Nano-Magnesso Ferrite (n-MgFe2O4) for the Removal of Co2+ Ions from Synthetic Wastewater: Kinetic, Equilibrium and Thermodynamic Studies, Journal of Applied Surface Science, 338: 42-54 (2015).
[45] Tayyebi A., Outokesh M., Moradi S., Doram A., Synthesis and Characterization of Ultrasound-Assisted ‘‘Graphene Oxide-Magnetite” Hybrid, and Investigation of its Adsorption Properties for Sr(II) and Co(II) Ions, Journal of Applied Surface Science, 353: 350-362 (2015).
[46] Zhao G.X., Li J.X., Ren X.M., Chen C.L., Wang X.K., Few-Layered Graphene Oxide Nanosheets as Superior Sorbents for Heavy Metal Ion Pollution Management, Journal of Environmental Science & Technology, 45: 10454-10462 (2011).
[47] Rajeshkannan R., Rajasimman M., Rajamohan N., Decolourisation of Malachite Green Using Tamarind Seed: Optimisation, Isotherm and Kinetic Studies, Journal of Chemical Industry and Chemical Engineering Quarterly, 17(1): 67-79 (2011).

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار