Removal of Heavy Metals Pb2+ and Cd2+ from Water with Nano-Porous Materials

Document Type : Research Article

Authors

Department of Nano Chemistry, Faculty of Chemistry, Tabriz University, Tabriz, I.R. IRAN

Abstract

In this study, MCM-41, SBA-15, and that modified nanoporous materials were used for absorption of Pb2+ and Cd2+ ions from water. Nano-porous materials properties are characterized by XRD, BET, SEM, and FT-IR, and also, Pb2+ and Cd2+ ions concentration measurements by AAS. According to BET analysis for SBA-15 and NH2- MCM-41 samples, the shape of both sample isotherm is IV type. In this study, the parameters of adsorbent amount, pH changes, and absorption time were investigated. The results show Pb2+ absorption efficiency is more than Cd2+ absorption by synthesized samples. Also, the presence of the amine group in the structure increases the absorption efficiency. Repeatability of absorption by both samples was performed in four steps and the results show that absorption does not change much, which confirms the repeatability of adsorbents. Also, The X-ray diffraction pattern of the SBA-15 sample shows that the structure is retained after the absorption process.

Keywords

Main Subjects


[1] Torresdey J.L.G., Videa J.R.P., Rosa G., Parsons. J.G., Phytoremediation of Heavy Metals and Study of the Metal Coordination by X-Ray Absorption Spectroscopy, Coordination Chemistry Reviews, 249: 1797–1810 (2005).
[2] رونیاسی، نسیم؛ پرویزی مساعد، حسن؛ بررسی میزان فلزات سنگین در قسمت های مختلف برخی از سبزیجات مصرفی شهر کرج، مجله سلامت و محیط زیست، فصلنامه ی علمی پژوهشی انجمن علمی بهداشت محیط ایران، (2)9: 171 تا 184 (1395).
[3] فخری هروی ، محمدرضا؛ محوی، امیرحسین؛ مصداقی نیا، علیرضا، "حذف فلزات سنگین از پساب­های صنعتی توسط باکتری­های احیاء کننده سولفات"، دومین همایش ملی بهداشت محیط، (1378).
[4] جوادنیا، نیوشا؛ فرخ نیا، عبدالهادی؛ عباسی، زهرا؛ بهینه سازی خذف کادمیوم (II) از محلول آبی توسط نانوذرات کبالت اکسید با استفاده از مدل تاگوچی، نشریه شیمی و مهندسی شیمی ایران، (4)۳۷: ۵۵ تا ۶۲ (۱۳۹۷).
[5] پیروتی، شبنم؛ قاسم زاده، محمد؛ اثرات سمی فلز سنگین سرب بر بخش­های مختلف بدن انسان، دو ماهنامه فیض، (7)16: 761 تا 762 (1391).
[6] Sanchooli M.M., Rahdar S., Taghavi M., Cadmium Removal of Aqueous Solution Using Saxaul Tree Ash, Iran. J. Chem. Chem. Eng. (IJCCE), 35(3): 45-52 (2016).
[7] Bielra R., Sopikova., Efficiency of Sorption Materials on the Removals of Lead from Water, Applied Ecology and Environmental Research, 15(3): 1527-1536 (3017).
[8] Klaassen C.D., Watkins J.B., “Casarett and Dulls Essentials of Toxicology”, 3rd ed. McGraw-Hill Education, New York, (2015).
[9] حسینی، مهدی؛ حبیبی، هادی؛ رحمانی، اباسط؛ مقدسی فر، سارا؛ کشاورز، سمیرا؛ محمد نژاد، سعید؛ "طیف سنجی جذب اتمی شعله ای(روش های تجزیه ای)"، انتشارات پادینا، ص. 340، (1394).
[14] Rao K A., Rangamannar B., Substoichiometric radiochemical determination of Cadmium with PAN, Journal of Radioanalytical and Nuclear Chemistry, 94(1): 25-31: (1985).
[15] Naylor M L., Dague R R., Simulation of Lead Removal by Chemical Treatment, Journal American Water Works Association, 67(10): 560-565: (1975).
[16] Nilsson R., Removal of Metals by Chemical Treatment of Municipal Waste Water, Water Research, 5(2): 51-60: (1971).
[17] EPA/600/14-79/020, “Method for Chemical Analysis of Water and Waste”, Environmental Protection Agency, 552: (1983).
[18] صداقت، سجاد؛ حذف یون سرب از آب با استفاده از نانوکامپوزیت نانورس/ کیتوسان/نانولوله کربنی چند دیواره، نشریه پژوهش های کاربردی در شیمی، (4)8 : 57 تا 61: (1393).
[19] علیزاده، رضا؛ عابدینی، سوده؛ نبی بیدهندی، غلام رضا؛ عموعابدینی، قاسم؛ حذف فلز سرب از پساب صنایع باتری‌سازی با استفاده از نانوذرات مغناطیسی آهن، نشریه شیمی و مهندسی شیمی ایران، (1)30: 71 تا 77: (1390).
[20] Pirouzmand M., Asadi M., Mohammadi A., The Remarkable Activity of Template-Containing Mg/MCM-41 and Ni/MCM-41 in CO2 Sequestration, Greenhouse Gases Science and Technology, 8(3): 462-468: (2018).
[21] Ghorbani F., Younesi H., Mehraban Z., Celik M.S., Aqueous Cadmium Ions Removal by Adsorption on APTMS Grafted Mesoporous Silica MCM-41 in Batch and Fixed Bed Column Processes, IJE Transactions B: Applications, 26 (5): 473-488: (2013).
[22] Santos S., Nogueira K., Gama M., Lima J., Júnior I., Azevedo D., Synthesis and Characterization of Ordered Mesoporous Silica (SBA-15 and SBA-16) for Adsorption of Biomolecules, Microporous and Mesoporous Materials, 180: 284-292: (2013).
[23] Yang G., Deng Y., Ding H., Lin Z., Shao Y., Wang Y., A Facile Approach to Synthesize MCM-41 Mesoporous Materials from Iron ore Tailing: Influence of the Synthesis Conditions on the Structural Properties, Applied Clay Science, 111: 61-66 (2015).
[25] میر احسنی، ارغوان؛ بدیعی، علیرضا؛ شهبازی، افسانه؛ هاشمی نژاد، هستی؛ سرتاج، مجید؛ بهینه سازی جذب مالاشیت گرین بر روی نانو جاذب NH2-SBA-15 با نرم افزار Qualitek-4 به روش طرح آزمایش تاگوچی: مطالعه ایزوترم، سینتیک و ترمودینامیک، نشریه آب و فاضلاب، 6 : 10 تا 16 (1393).
[26] Dan Zh., Hua L I J., Ordered SBA-15 Mesoporous Silica with High Amino-Functionalization for Adsorption of Heavy Metal Ions, Chinese Science Bulletin, 58 (8): 879-883: (2013).
[27] Azimov F., Markova I., Stefanova V., Sharipov Kh., Synthesis and Characterization of SBA-15 and Ti-SBA-15 Nanoporous Materials for DME Catalysts, Journal of the University of Chemical Technology and Metallurgy, 47 (3): 333-340: (2012).
[28] Mirji S A., Halligudi S B., Mathew N., Jacob N E, Adsorption of Methanol on Mesoporous SBA-15, Materials Letters, 61: 88-92 (2007).
[29] Tadjarodi A., Jalalat V., Dorabei R Z., Synthesis and Characterization of Functionalized SBA-15 Mesoporous Silica by N,N`-Bis(salicylidene)ethylenediamine Schiff-Base, Journal of Nanostructures, 3: 477-482: (2013).
[30] Dönmez G., Aksu Z., Removal of Chromium (VI) from Saline Wastewaters by Dunaliella Species, Process Biochemistry, 38 (5): 751-762: (2002).