١٣٩٢سال ٣شماره آب و فاضالب

) و بررسي کارايي آنFe3O4سنتز نانو ذرات مگنتيت ( در حذف کادميم از محلول آبي

۳حيدرعلي کشکولي ۲سعيد برومندنسب ۱مهدي بهرامي

۵ر باباييعلي اکب ۴احمد فرخيان فيروزي

)٣٠/٢/٩١پذيرش ٢١/٩/٩٠(دريافت

چکيده) و تعيين کارايي آن در حذف کادميم از محيط آبي بود. بـه ايـن منظـور نـانو ذرات Fe3O4هدف از اين پژوهش سنتز نانو ذرات مگنتيت (

بر کارايي حذف کادميم در سيستم ناپيوسـته ، زمان تماس، غلظت کادميم و مقدار نانو ذرات pHمگنتيت سنتز گرديد و تأثير پارامترهاي هاي نانو ذرات مگنتيت توليدي از ميکروسکوپ الکتروني روبشي، دستگاه پراش نگار اشعه و مورد بررسي قرار گرفت. براي تعيين ويژگي

۶۰تـا ۴۰ه قطر اين ذرات طيف سنج مادون قرمز استفاده شد. تصوير برداري از نانو ذرات توليدي با ميکروسکوپ الکتروني نشان داد ک ٦برابر pHکه در طوري يابد به ظرفيت و بازده جذب کادميم افزايش مي ٦تا ٣محلول از pHبا افزايش نانومتر است. نتايج نشان داد که

انتخـاب بهينـه pHعنـوان به ٦برابر pHبازده و ظرفيت جذب کاهش يافت. لذا ٨و ٧هاي pHبه حداکثر مقدار خود رسيد، سپس در هاي کادميم و کاهش مقدار جـاذب، با افزايش غلظت يون دست آمد. گرم به ٤/٠دقيقه و مقدار جاذب بهينه ٣٠گرديد. زمان تعادل برابر

ظرفيت جذب افزايش و بازده جذب کاهش يافت. نتايج اين مطالعه نشان داد که نانو ذرات مگنتيت داراي مزايايي از قبيل کارايي حذف باال عنوان يک روش در حذف کادميم از محلولهاي آبي استفاده شود. تواند به مان واکنش کوتاه است و ميو ز

نانو ذرات مگنتيت، کادميم، محلول آبي، آزمايش ناپيوسته :هاي کليدي واژه

Synthesis of Magnetite Nanoparticles (Fe3O4) and its Efficiency in

Cadmium Removal from Aqueous Solutions

Mehdi Bahrami 1 Saeed Boroomandnasab 2 Heidar Ali Kashkooli 3

Ahmad Farrokhian Firoozi 4 Ali Akbar Babaei 5

(Received Dec. 12, 2011 Accepted May 19, 2012)

Abstract The objectives of this research were to synthesize magnetite nanoparticles (Fe3O4) and determining its efficiency in Cadmium removal from aqueous solutions. Consequently, magnetite nanoparticles were synthesized and the effect of pH, contact time, Cadmium concentration and nanoparticles amount on cadmium removal efficiency were investigated in batch system. Scanning Electron Microscope (SEM), XRD and FTIR were used to characterization of the synthesized magnetite nanoparticles. SEM results showed that the diameter of the particles is 40-60 nm. Results also showed that the optimum pH value for adsorption was 6. The adsorption capacity increased and the adsorption efficiency decreased with increasing concentration of Cadmium ions and reducing the amount of adsorbent. The magnetite nanoparticles have advantages such as high removal efficiency and short reaction time and can be used as a method to remove Cadmium from aqueous solutions. Keywords: Magnetite Nanoparticles, Cadmium, Aqueous Solution, Batch Experiment.

دانشگاه آزاد اسالمي، واحد اهواز، باشگاه پژوهشگران جوان، ،ي آبياري و زهکشيادکتر -١ mehdibahrami121@gmail.com ۰۹۱۷۶۰۹۶۵۶۱ (نويسنده مسئول) اهواز

اهواز ،د چمرانيدانشگاه شه ،علوم آب يدانشکده مهندس ي،و زهکش يارياستاد گروه آب -٢ اهواز ،قات خوزستانيدانشگاه آزاد اسالمي، واحد علوم و تحقي، اريستاد گروه آبا -٣ اهواز ،دانشگاه شهيد چمران ،دانشکده کشاورزي ،استاديار گروه خاکشناسي -٤استاديار گروه مهندسي بهداشت محيط، دانشکده بهداشت و عضو مرکز تحقيقات -٥

اهواز ،جندي شاپور دانشگاه علوم پزشکي زيستي، هاي محيط وريافن

1. Ph.D. of Irrigation and Drainage, Islamic Azad University, Ahwaz Branch, Young Researchers Club, Ahwaz (Corresponding Author) 09176096561 mehdibahrami121@gmail.com

2. Prof. of Irrigation and Drainage, Dept. of Water Sciences Eng., Shahid Chamran University, Ahwaz

3. Prof. of Irrigation, Khuzestan Science and Research Branch, Islamic Azad University, Ahwaz

4. Assist. Prof. of Soil Science, College of Agriculture, Shahid Chamran University, Ahwaz

5. Assist. Prof. of Environmental Health Eng., Faculty of Public Health, and Environmental Technologies Research Center, Jondishapur University of Medical Sciences, Ahwaz

آب و فاضالب ١٣٩٢سال ٣شماره

مقدمه -۱رود. شـمار مـي اساسي بهامروزه آلودگي منابع آب يکي از مشکالت

توان به فلزات سنگين، ترکيبات راديواکتيـوي، ها مي از انواع آاليندهخـاطر غيرقابـل ترکيبات آلي و غيرآلي اشاره نمود. فلزات سنگين به

بـار فيزيولوژيـک بـر جانـداران حتـي در تجزيه بـودن و آثـار زيـان قصد نهايي غلظتهاي کم، اهميتي ويژه در آلودگي زيست بوم دارند. م

ويژه در کشـورهاي رو بـه توسـعه، منـابع آبهـاي قسمت عمده آنها به سطحي و زيرزميني، خاک و نهايتاً انسان است.

کادميم از جمله فلزات سنگيني اسـت کـه از منـابع گونـاگون بـه ها و حيوانـات زيست بوم، پيکره گياه و نهايتاً به زنجيره غذايي انسان

آورد. لذا انجام پژوهشـهايي جدي به بار مييابد و خسارتهايي راه ميدر راسـتاي زدودن آن از منـابع آب و کاســتن آن از زنجيـره غــذايي ضروري اسـت. منـابع عمـده پخـش کـادميم در زيسـت بـوم مراکـز اسـتخراج معــادن فســفات، روي، مــس، سـرب، نفــت خــام و زغــال

يم هاي ذوب فلزات، صنايع فـوالد و اسـتفاده از کـادم سنگ، کارخانهــاتري ــاري، ب ــز ک ــاري، فل ــاري، آب ک ــگ ک ــنايع رن ــازي، در ص س

هــاي فلورســنت، تلويزيــون، ســموم کاغذســازي، پالســتيک، المــپويژه استفاده از کودهاي فسفاته با ناخالصي کـادميم و کش و به حشره

.]۱[هاي فاضالب در کشاورزي است لجن هـاي يـون جداسـازي و روشهاي مختلف و متعددي براي حذف

روشـهايي تـرين مهم وجود دارد. از آبي محلولهاي از سنگين فلزات دهـي رسـوب بـه تـوان مـي شـوند، مـي اسـتفاده منظـور براي اين که

تبخيـر، غشـايي، فرايندهاي اسمز معکوس، يوني، تعويض شيميايي، روشـها داراي ايـن اغلـب کـرد. اشـاره جـذب و حـالل با استخراج

مـواد ساير يا لجن توليد ات،عملي و دستگاهها گراني قبيل از معايبي .]۲[هستند زياد فضاي و انرژي به نياز سمي، زائد

وسيله نانو ذرات فلزي يک تکنولـوژي سـازگار جذب سطحي بهعنوان عامل مؤثري براي از بـين با محيط است که در سالهاي اخير به

هاي فلزات سـنگين از آب و فاضـالب هاي آلي و يون بردن آلودگي. در بـين نـانو ذرات فلـزي، نـانو ]۳[قرار گرفتـه اسـت مورد بررسي و سريع بودن، واکنش سمي غير ارزاني، فراواني، دليل ذرات آهن به

و همچنـين حـذف فلـزات هـا آالينـده جـذب در باال بازده و توانايي .]۴[است بوده توجه مورد آلوده بيشتر آبهاي از سنگين

مل تالطـم، فاکتورهاي اصـلي تأثيرگـذار در جـذب سـطحي شـا هـاي اسيديته، درجـه حـرارت، انـدازه ذرات (سـطح ويـژه)، ويژگـي

ساختاري جاذب، مقدار جاذب، غلظت اوليه يون فلزي، زمان تمـاس .]۷-۵[هاي رقيب است و حضور يون

بـا اسـتفاده از نـانو و سرب يممس، کادمدر فرايند جذب ١يدوي 1 Yadavi

افـزايش ذرات فوق مغناطيسي اکسيد آهن گزارش کرده است که بـا هاي فلزي و زمان تمـاس، درصد جرمي نانو ذرات، غلظت اوليه يون

يابـد، حـال آن کـه بـا هـاي فلـزي افـزايش مـي ميزان جذب کـاتيون . ]۸[يابد ميزان جذب کاهش مي pHافزايش دما و

ـ هايمس و سرب از محلول مطالعه حذف درنتايج مرادي ي بـا آبدهــد کــه هــن نشــان مــياســتفاده از نــانو ذرات مغناطيســي اکســيد آ

دقيقـه ۱۰درجه سلسيوس، زمـان ۲۵باالترين بازده جذب در دماي ــر pHو ــس و ۵براب ــراي م ــر pHب ــل ۵/۶براب ــرب حاص ــراي س ب

. ]۹[شود ميجذب عناصر کـروم و مـس را توسـط نـانو ذرات ٣و دانگ ٢شيه

دهـد كـه انـد. نتـايج نشـان مـي مغناطيسـي مـورد ارزيـابي قـرار داده يابـد و در ، مقدار جذب مـس افـزايش مـي ۵تا ۱از pH با افزايش

pH هـاي هيدروکسـيلي، گيـري مجموعـه دليـل شـکل هاي بـاالتر بـه، مقـدار pHافتد. درحـالي کـه بـا افـزايش گونه جذبي اتفاق نمي هيچ

. ]۱۰[يابد جذب کروم کاهش ميجذب مس با نانو ذرات مگنتيت تثبيـت شـده ٤ازمن و همکاران

را در ٦و گلوتارآلدهيـد ٥پروپيـل تـري اتوکسـي سـيالن آمينو -٣با انـد کـه نـانو انـد و بيـان کـرده محلولهاي آبي مورد بررسي قـرار داده

دليل داشتن سطح ويژه زياد و خاصـيت مغناطيسـي ذرات مگنتيت بهطور قابل توجهي قادر به جـذب فلـزات سـنگين از جملـه مـس در به

.]۱۱[محلولهاي آبي استــ ــن پ ــانو ذرات مگنتيــت (هــدف از اي و )Fe3O4ژوهش ســنتز ن

مقـدار نـانو ذرات و تماس زمان ،فلز کادميم غلظت، pHتعيين اثر ـ کـادميم جـذب بازده و ظرفيـت بر نـانو ذرات مگنتيـت از وسـيله هب

است.بوده آبي محلولهاي مواد و روشها -٢ سنتز نانو ذرات مگنتيت -١-٢

براي سنتز نـانو ٧همکاران در اين مطالعه از روش اصالح شده سي ونـانو ذرات بـا افـزودن ذرات مگنتيت تثبيـت شـده اسـتفاده گرديـد.

سـديم دودسـيل ســولفات درصـد (وزني/حجمـي) ٦٢٥/٠محلـول )NaC12H25SO4) (SDS( ــديم ــيد س ــه ۵/۰و هيدروکس ــوالر ب م

گرم در ليتر آهـن) در دمـاي FeCl2.4H2O) (۵محلول کلريد آهن (سـازي محلولهـا، محلـول کلريـد آهـن آمـاده محيط سنتز شد. پس از

SDSصورت قطـره قطـره و در شـرايط اخـتالط آرام بـه محلـول به 2 Shih 3 Dong 4 Ozmen et al. 5 Amino Propyl Atoksi Triglyceride of Ceylon 6 Glotaralhid 7 Si et al.

١٣٩٢سال ٣شماره آب و فاضالب

دور در ۸۰دقيقـه بـا سـرعت ۳۰مدت افزوده شد. محلول حاصل بهدقيقه هم زده شد، سپس با افـزودن قطـره قطـره هيدروکسـيد سـديم،

pH ت يک مد تنظيم شد. پس از آن محلول به ۱۲تا ۱۱محلول بيندور در دقيقـه هـم زده شـد. مـاده جامـد سـياه ۱۲۰ساعت با سرعت

۱۲مـدت رنگ حاصل شده پس از چند بار شستشو با آب مقطـر بـه درجه سلسيوس خشک شد. ماده خشک شده در ۴۰ساعت در دماي

دقيقـه درون محلـول هيدروکسـيد ۱۵مـدت هاون کوبيـده شـد و بـه ين مرتبـه شستشـو بـا آب موالر قرار گرفت. پس از چند ۱/۰سديم

درجه سلسـيوس خشـک شـد. ۴۰ساعت در دماي ۱۲مدت مقطر بهسپس ماده حاصل شده با آسياب برقي کوبيده شد تا پودر نـانو ذرات

. بــراي تعيــين خصوصــيات نــانو ذرات ]۱۲[مگنتيـت حاصــل گــردد ، دسـتگاه پـراش ١مگنتيت توليدي از ميکروسکوپ الکتروني روبشي

استفاده گرديد. ٣و طيف سنج مادون قرمز ٢نگار اشعه ايكس هاي جذب آزمايش -۲-۲

صورت روزانه سنتز و اسـتفاده در اين پژوهش نانو ذرات مگنتيت بهانجـام گرديـد. ٤هـاي جـذب در سيسـتم ناپيوسـته شد. تمام آزمايش

ــادميم ــتاندارد کـــادميم از نيتـــرات کـ بـــراي ســـاخت محلـــول اسـ)Cd(NO3)2.4H2O( درجه ۲۰±۲ها در دماي يشاستفاده شد. آزما

عنوان ظـرف واکـنش انجـام ليتري به ميلي ۲۵۰سلسيوس و در ارلن ، ۲، زمان تمـاس ۸و ۷، ۶، ۵، ۴، ۳برابر pHشد. تأثير فاکتورهاي

ــانو ذرات ۱۲۰و ۹۰، ۶۰، ۳۰، ۱۵، ۱۰، ۵ ــدار ن ــه، مق ، ۱/۰دقيقو ۷۵، ۵۰، ۲۵، ۱۰گرم و غلظت کـادميم ۵/۰و ۴/۰، ۳/۰، ۲/۰

گرم در ليتر، بر کـارايي حـذف و ظرفيـت جـذب نـانو ذره ميلي ۱۰۰مگنتيت مورد بررسي قرار گرفت. اثـر پارامترهـاي مـذکور بـا ثابـت نگه داشتن تمامي پارامترها و تغيير دادن يکي از آن ها مورد بررسـي قرار گرفت. در طول زمان واکنش، ظرف بر روي دستگاه لرزاننده بـا

دقيقه قرار گرفت و پس از اتمام زمان واکـنش، دور در ۱۲۰سرعت تسال قرار گرفت تا نانو ذرات واکنش کرده با ۶/۱بر روي آهنرباي

نشين شوند. سپس فـاز مـايع رويـي ظـرف برداشـته شـد و کادميم تهغلظت باقيمانده يون فلز کادميم بـا اسـتفاده از دسـتگاه جـذب اتمـي

ن تعيين گرديد.ساخت کشور آلما ٥ ۶اي مدل واريو شعلهو ظرفيـت جـذب تعـادلي آن از ۱بازده جذب مگنتيت از رابطه

آيد دست مي به ۲رابطه

100C

CCE

0

t0a

)١ (

1 Scanning Electron Microscopy (SEM) 2 X-ray Diffraction (XRD) 3 Fourier-Transform Infrared Spectroscopy (FTIR) 4 Batch 5 Vario 6

Vm

CCq t0 )٢ (

كه در اين روابطEa ،بازده جذبq ،مقدار يون جذب شدهC0 غلظت اوليـه يـون فلـز

غلظت ثانويه يـون فلـز در Ctگرم در ليتر و در محلول برحسب ميلي Vجرم جاذب برحسب گـرم و mگرم در ليتر، محلول برحسب ميلي

حجم محلول برحسب ليتر است. نتايج و بحث -۳ نانو ذرات توليدي خصوصيات -۳-۱

اسـت. شـده داده نشـان شـده سـنتز نـانو ذرات تصـوير ۱ در شـکل ــي ــن تصــوير نشــان م ــده اي ــانو ذرات مگنتيــت ســنتز ش ــه ن ــد ک ده

تـا ۴۰ محـدوده در توليـدي ذرات انـدازه داراي شکل کروي بـوده و هـاي توليـدي نيـز در بر روي نمونـه XRDاست. آناليز نانومتر ۶۰

ICDD ٨٨ -٠٨٦٦که طبق اسـتاندارد شده است نشان داده ۲شکل Card ٣٠٠/٤٣، ١٦٠/٣٧، ٦٧٥/٣٥، ٣٠٠/٣٠هـــاي زاويـــه ،که باالترين ٣٨٠/٧٤برابر 2θو ٢٩٠/٧١، ٩٠٠/٦٢، ١٧٥/٥٧ هاي منحني هستند، مربوط به مگنتيت است. پيک

از نانو ذرات مگنتيت سنتز شده SEMتصاوير -١شکل

آب و فاضالب ١٣٩٢سال ٣شماره

از نانو ذرات سنتز شده X-rayير تصو -٢شکل

طيف مادون قرمز نانو ذرات مگنتيت خالص و مگنتيت با سـطح نشان داده شده است. ٣اصالح شده در شکل

) ≥cm-1٧٠٠ طيــف مــادون قرمــز در طــول موجهــاي پــايين (دهد. حضور مگنتيت با سه طيف جـذبي را نشان مي Fe-Oپيوندهاي

نشان داده شـده cm-1 ۰۷۵/۷۲۶و ۹۸۹/۶۹۰ ، ۳۷۱/۵۷۸حدود ــک ــت. پي ــدود اس ــاي ح ، ۳۵/۳۴۴۳، ۱۵/۳۸۵۳، ۰۳/۳۴۰۲ه

هستند. ديگـر O-Hمربوط به پيوند cm-1 ۸۹/۲۹۱۷و ۱۱/۲۳۴۱ــک ــدود پيـ ــاي حـ cm-1 ۴۲/۱۰۲۰و ۶۳/۱۴۸۰، ۷۳/۱۶۲۷هـ

هستند. در نتيجه ترکيـب C-Oو C=O ،(CH2)nترتيب مربوط به به هر دو نمونه مگنتيت است.

نشـان ۱صه مشخصات نانو ذرات مورد اسـتفاده در جـدول خال داده شده است.

-طيف مادون قرمز نانو ذرات مگنتيت خالص و ب -الف -٣شکل مگنتيت با سطح اصالح شده

مشخصات نانو ذرات مورد استفاده - ١جدول

مگنتيت جنس ذرات نانومتر ٤٠-٦٠ اندازه ذرات کروي شکل ذرات

Fe-O, O-H, C=O, (CH2)n , C-O يگروههاي عامل

نتايج حذف کادميم -۳-۲بـازده و ظرفيـت بـر مختلـف پارامترهاي تغيير تأثير از حاصل نتايج ۷ تـا ۴ شكلهاي در توليدي مگنتيت ذرات نانو کادميم توسط جذب با ها آزمايش از مرحله هر در شد بيان كه طور همان .است شده آورده پـارامتر، اثـر تغييـر يـک بـا و رامترهـا پا تمـام داشـتن نگـه ثابـت

اول مرحلـه شـد. در حـذف بررسـي کـارايي مختلـف بـر فاكتورهاي فاكتورهـاي عنـوان تماس به زمان و نانو ذرات غلظت کادميم، مقدار

.گرفت قرار بررسي مورد pH تأثير شد و گرفته نظر در ثابت

محلول بر بازده و ظرفيت جذب pHتأثير تغييرات -٤شکل گرم در ليتر و زمان ميلي ١٠گرم، غلظت کادميم ١/٠(مقدار جاذب

ساعت) ١٢تماس

تأثير تغييرات زمان تماس بر بازده جذب -٥شکل pHگرم در ليتر و ميلي ١٠گرم، غلظت کادميم ١/٠(مقدار جاذب

)٦برابر

نشـان ٤بر جذب يون کادميم در شکل pHنتايج حاصل از تأثير ترتيـب برابـر بـا ت. حـداقل ظرفيـت و بـازده جـذب بـه داده شده اس

اتفـاق افتـاده ٣برابـر pHدرصـد و در ٤٧گرم بر گرم و ميلي ٣٥/٢ظرفيت و بـازده جـذب کـادميم افـزايش يافـت pHاست. با افزايش

٨٩ترتيـب بـه بازده و ظرفيـت جـذب بـه ٦برابر pHکه در طوري بهاكثر مقدار رسيد. سـپس گرم بر گرم يعني به حد ميلي ٤٥/٤درصد و

2 θ

١٣٩٢سال ٣شماره آب و فاضالب

برابـر pHبازده و ظرفيت جذب کاهش يافت، لـذا ٨و ٧هاي pHدرهاي کـادميم بهينه انتخاب گرديد. در آب ديونيزه گونه pHعنوان به ٦

Cd2+ ،Cd(OH)+ ،Cd(OH)2هـاي به فرمموجـود Cd(OH)2(s)و 0

.]١٣[هستند

تأثير تغيير ميزان جاذب بر بازده جذب -٦شکل )٦برابر pHدقيقه و ٣٠گرم در ليتر، زمان تماس ميلي ٥٠(غلظت کادميم

تأثير تغيير غلظت کادميم بر بازده جذب -٧شکل )٦برابر pHدقيقه و ٩٠گرم، زمان تماس ٢٥/٠(مقدار جاذب

محلــول pHغلظـت گونــه هيـدروليز شــده بـه غلظــت کـادميم و

pHني حاضر در محلول در تنها گونه يو +Cd2هاي بستگي دارد. يونــر از ــاالتر از pH. در ]۱۴[هســتند ۶كمت ــادميم ۸ب ــب ک ــه غال ، گون

Cd(OH)2 و درpH گونـه غالـب ۸تـر از پايين ،Cd(OH)+ و Cd2+ ، گروههــاي کربونيــل موجــود در ۴و ۳هــاي اســيدي pHاسـت. در

هـاي سطح ذرات جاذب باعث ايجاد بار مثبت شده و سبب دفع يـون Cd2+ هاي شود. همچنين رقابتي بين يون ميH+ موجـود در محـيط و

براي جذب شدن بر روي جاذب وجود دارد و باعـث +Cd2هاي يونعلـت افـزايش بـه ۶و ۵هـاي pHگردد. در کاهش مقادير جذب مي

+Cd2هــاي بــازده و ظرفيــت جــذب کــاتيون ،در محــيط -OHمقــدار ــي ــزايش مـ ــد. افـ ــاالتر از pHدر يابـ ــاي بـ ــه، مجم ۶هـ ــاي وعـ هـ

تشــکيل شــده و باعــث کــاهش +Cd(OH)هيدروکســيلي قابــل حــل . ]۱۷-۱۵، ۱۳[گردد جذب کادميم توسط جاذب مي

در بـازه +Cd2هـاي دهـي نقـش بسـزايي در حـذف يـون رسوبدهـــي کنـــد. از ســوي ديگـــر احتمــال رســـوب قليــايي ايفـــا مــي

ها و فضاهاي اطراف ذرات بسيار کم هيدروکسيدهاي فلزي در حفرهتــر از فراينــد ، زيــرا فراينــد جــذب از لحــاظ ســينتيکي ســريع اســت

در +Cd2تـوان گفـت کـه حـذف . بنابراين مي]۱۳[دهي است رسوبطور غالب توسط فراينـد جـذب کنتـرل به ۸تر از كوچك pHمقادير

۸تر از بزرگ pHتوان انتظار داشت که اين مقدار در شود. اما مي مي .]۱۸[ روکسيد کادميم افزايش يابـد طور قابل توجهي با رسوب هيد به

دست آمده در اين قسمت از پـژوهش بـا مطالعـات گوپتـا و نتايج به، شـيه و ٤، ماتياالگان و همکـاران ٣و انيرودهان ٢، کريشنان١همکاران

دانگ، رحماني و همکاران، شامحمدي حيـدري و همکـاران و نـوري .]۲۱ -۱۹و ۱۵، ۱۰، ۶، ۵[مطابقت دارد

شـود کـه در بررسي نتايج ساير پژوهشها مشاهده مـي همچنين با ۷تـا ۴حـدود pHاکثر مـوارد، حـداکثر حـذف کـادميم در محـدوده

(اسيدي ضعيف و خنثي) روي داده است کـه بـا نتيجـه ايـن تحقيـق اوغلـو هاي کـاتيرچي همخواني دارد. حداکثر حذف کادميم در بررسي

برابـر pHاران در ، زوارموسـوي و همکـ ۶برابر pHدر ٥و همکارانــاران در ۰۵/۴ ــايي و همک ــاجي آقاباب ــر pH، ح ــگ و ۵/۴براب ، دان

، ۵برابـر pH، حيـدري و همکـاران در ۶تـا ۵بـين pHهمکاران در ــاران ــائولينو و همک ــين pHدر ٦پ ــا ۵/۴ب ــوالدي۵/۵ت ــرد و ، ف ف

، ۷تـا ۶/۵بـين pH، سعيدي و همکاران در ۴برابر pHهمکاران در ــام و ه ــارانراتهين ــر pHدر ٧مک ــل ۶±۳/۰براب ــوراس و -و رانج پ

]۳۰ -۲۲و ۱۷ [صورت گرفته است ۷تا ۵بين pHدر ٨همکارانعنـوان بـه pHدر مرحله دوم، غلظت کادميم، مقدار نـانو ذرات و

بررسي تماس مورد زمان شد و تأثير گرفته نظر در ثابت فاكتورهايرا بـا زمـان نشـان تغيير بازده و ظرفيت جـذب ٥شکل .گرفت قرارهـاي اوليـه، شود در زمـان گونه که در شکل مشاهده مي دهد. همان مي

دقيقـه اول بـيش از ٢کـه در طوري سرعت جذب بسيار باال است، بهگرديـد. درصد کادميم از محلـول جـدا ٦٤دقيقه ١٥درصد و در ٣٠

يج نشان داد که با گذشت زمان، بـازده و ظرفيـت جـذب افـزايش انتدقيقـه زمـان ٣٠ا شدت جذب کاهش يافت تا اين که بعد از يافت ام

١٣/٣درصــد و ٧٥ترتيــب بــه تمــاس، بــازده و ظرفيــت جــذب بــهگرم بر گرم رسيد و پس از آن مقدار جـذب تقريبـاً ثابـت مانـد. ميلي

دقيقه يک تعادل بين فاز جامـد و محلـول ٣٠عبارت ديگر پس از بهدقيقـه ٣٠ين زمان تعـادل جـذب آيد. بنابرا وجود مي مورد مطالعه به

1 Gupta et al. 2 Krishnan 3 Anirudhan 4 Mathialagan et al. 5 Katırcıoglu et al. 6 Paulino et al. 7 Rathinam et al. 8 Rangel-Porras et al.

آب و فاضالب ١٣٩٢سال ٣شماره

هـاي کوتـاه نيـز دهد کـه در زمـان است. همچنين اين شکل نشان ميمقادير بااليي از فلز توسط جاذب، جذب شده است. افـزايش زمـان

دليل امکان تماس بيشتر يون بـا گروههـاي تماس جاذب با محلول بههاي جذب)، مقـدار جـذب را عاملي موجود در ساختار جاذب (مکان

افزايش داده است.مطالعات مشابهي توسط پژوهشگران براي بررسـي تـأثير زمـان

ذف کادميم صورت گرفتـه و نتـايج حاصـل از آنهـا حتماس بر ميزان ــه عنــوان مثــال زمــان تمــاس بهينــه در مطالعــه نيــز متنــوع اســت. ب

١٥دقيقه، حاجي آقابابايي و همکاران ١٨٠زوارموسوي و همکاران ــه، آزوآوو و دقيقــه، شــامحمدي حيــدري و ١٢٠ ١همکــاراندقيق

-دقيقـه، آلـوارز ٦٠ ٢دقيقه، سرينيواسا رائو و همکاران ٩٠همکاران سـاعت ٥ ٤دقيقه و اسريواسـتاوا و همکـاران ٣٠ ٣آيوسو و همکاران

.]۳۳-۳۱، ۲۳، ۱۷، ۱۴، ٥ [دست آمده است بهو ازمن و همکاران نيـز در حـذف مـس و ديگـر ٦و چن ٥هوانگ

اي فلزي از محلولهاي آبي توسط نانو ذرات مگنتيت به اين ه کاتيوناند که سرعت جذب بسيار سريع و جذب تعـادلي بـراي نتيجه رسيده

. آنهـا ]۳۴و ۱۱[گيـرد همه فلزات در عرض چند دقيقه صـورت مـي دليل به تعادل رسيدن در يک زمان کوتاه را عـدم مقاومـت در برابـر

اند. انتشار داخلي دانسته عنـوان تمـاس بـه زمـان و pHله سـوم، غلظـت کـادميم، در مرح مـورد نـانو ذرات شد و تـأثير مقـدار گرفته نظر در ثابت فاكتورهاي

را با تغييـر بازده و ظرفيت جذب کادميم ٦گرفت. شکل قرار بررسيتـا ١/٠دهد. با افـزايش ميـزان جـاذب از در ميزان جاذب نشان مي

صد افزايش و ظرفيت جـذب در ٨٦تا ٢٨گرم، بازده جذب از ٤/٠گـرم، ٥/٠تا ٤/٠گرم بر گرم کاهش يافت و از ميلي ٣٨/٥تا ٧از

درصــد افــزايش و ظرفيــت جــذب از ٨/٩١تــا ٨٦بــازده جــذب از گرم بر گرم کـاهش يافـت. بـا افـزايش ميـزان ميلي ٥٤/٤تا ٣٨/٥

گرم تغيير چنداني در بازده و ظرفيـت جـذب ٥/٠تا ٤/٠جاذب از عنوان جـرم بهينـه گرم به ٤/٠هده نگرديد. بنابراين جرم کادميم مشا

جاذب براي جذب کادميم انتخاب گرديد. با افـزايش مقـدار جـاذب، جايگاههاي جذب قابل دسترس بـراي فلـز کـادميم افـزايش يافتـه و

گيرد. بنابراين با توجه به ثابـت بـودن غلظـت جذب بهتر صورت ميت، امـا ظرفيـت جـذب يعنـي اوليه کادميم بازده جـذب افـزايش يافـ

ازاي واحـد جـرم جـاذب کـاهش يافـت. مقدار کادميم جذب شده بـه ــا در ــدن جايگاهه ــباع نش ــر اش ــز در اث ــذب ني ــت ج ــاهش ظرفي ک

هاي جذبي است. واکنش 1 Azouaou et al. 2 Srinivasa Rao et al. 3 Alvarez-Ayuso et al. 4 Srivastava et al. 5 Huang 6 Chen

مقايسه ايـن نتيجـه بـا سـاير پژوهشـهاي صـورت گرفتـه نشـان دهد که نانو ذرات مگنتيت از توانـايي نسـبتاً خـوبي بـراي حـذف ميدميم برخورداراند. مقدار جاذب بهينـه در پـژوهش زوارموسـوي و کا

گـرم، سـعيدي و ميلـي ١٠٠گرم، پائولينو و همکاران ٤/٠همکاران گرم در ليتـر (بـراي ٥گرم در ليتر (براي جاذب گردو) و ٢همکاران

گرم در ليتـر، حـاجي آقابابـايي و ١جاذب بادام)، قرباني و همکاران گـرم در ليتـر و ١٠ ٧، سـمرجيان و همکـاران گـرم ميلي ٢٥همکاران

گـرم در ليتـر گـزارش شـده اسـت ميلـي ١٠اسريواستاوا و همکاران .]٣٦و ٣٥، ٢٨، ٢٦، ٢٣، ١٧، ١٤[

عنـوان تماس به زمان و نانو ذرات مقدار، pHدر مرحله چهارم، مـورد غلظـت کـادميم شـد و تـأثير گرفتـه نظر در ثابت فاكتورهاي

اثر غلظت اوليه کادميم بر بازده جذب و ظرفيـت .فتگر قرار بررسينشـان داده شـده اسـت. بـا ٧جذب کادميم توسط مگنتيت در شـکل

، بـازده گـرم در ليتـر ميلي ١٠٠تا ١٠افزايش غلظت اوليه کادميم از ٢درصد کاهش و ظرفيـت جـذب از ٤/٣١درصد به ١٠٠جذب از

در غلظـت پـايين گرم بـر گـرم افـزايش يافتـه اسـت. ميلي ٢٧/٦به هـاي هاي جذب جاذب بيشتر بـوده و يـون کادميم سطح ويژه و مکان

کادميم قادراند با موقعيتهاي جـذب موجـود بـر سـطح جـاذب بـرهم کنش داشته باشند و لذا بازده جذب بيشتر است. بـا افـزايش غلظـت اوليه، هر چند مقدار وزني جذب باال رفته، اما چون نسبت جاذب بـه

هاي جـذبي توسـط مـاده دليل اشباع بودن مکان است بهمحلول ثابت جذب شونده، در غلظتهاي باال، راندمان جذب کاهش يافته است.

گيري نتيجه -۴

دست آمده از اين پژوهش حاکي از آن اسـت کـه نـانو ذرات نتايج بهطـور و در مدت زمان کوتاهي، کـادميم را بـه ۶برابر pHمگنتيت در

با افزايش غلظت کـادميم در نمايد. همچنين مؤثري از آب حذف مي يابـد. محلول و کاهش ميزان جاذب، درصد حذف کادميم کاهش مـي

نتيجه کلي اين پژوهش بيانگر آن است که نانو ذرات مگنتيـت بـراي حذف فلـزات سـنگين از محلولهـاي آبـي، بسـيار مناسـب و کارآمـد

هستند. قدرداني -۵

هـاي آبيـاري و ي مـديريت شـبكه قطب علمنويسندگان اين مقاله از زهكشي دانشگاه شهيد چمران، ستاد ويژه توسعه فنـاوري نـانو دفتـر

هــاي محـيط زيســتي رياسـت جمهــوري و مرکـز تحقيقــات فنـاوري ايـن از مـالي حمايـت خـاطر بـه پزشکي جندي شـاپور دانشگاه علوم

.نمايند مي قدرداني و تشکر پژوهش 7 Semerjian et al.

١٣٩٢سال ٣شماره آب و فاضالب

مراجع -٦1- Malakooti, M.J., Torabi, M., and Tabatabaei, S.J. (2000). Cadmium effects and the methods to reduce its

concentration in agricultural products, Publication of Agricultural Education, Research Institute of Water

and Soil, Technical Publication, Tehran. (In Persian)

2- Shafaei, A., Ashtiani, F.Z., and Kaghazchi, T. (2007). “Equilibrium studies of the sorption of Hg (II) ions onto

chitosan.” J. of Chemical Engineering, 133(1-3), 311-316. (In Persian)

3- Chen, J.H., Wang, Y.J., Cui, Y.X., Wang, S.Q., and Chen, Y.C. (2010). “Adsorption and desorption of

Cu (II), Zn (II), Pb (II), and Cd (II) on the soils amended with nanoscale hydroxyapatite.” J. of

Environmental Progress and Sustainable Energy, 29(2), 233-241.

4- Kanel, S.R., Manning, B., Charlet, L., and Choi, H. (2005). “Removal of arsenic (III) from groundwater by

nanoscale zero – valent iron.” J. of Environ. Sci. Technol., 39, 1291-1298.

5- Shamohammadi Heidari, Z., Moazed, H., Jaafarzade, N., and Haghighatjou, P. (2008). “Removal of low

concentrations of cadmium from water using improved rice husk.” J. of Water and Wastewater, 67, 27-33.

(In Persian)

6- Rahmani, A., Zavvar Mousavi, H., and Fazli, M. (2010). “Effect of nanostructure alumina on adsorption of

heavy metals.” J. of Desalination, 253(1-3), 94-100. (In Persian)

7- Mohammad, M., Maitra, S., Ahmad, N., Bustam, A., Sen, T., and Dutta, B. (2010). “Metal ion removal from

aqueous solution using physic seed hull.” J. of Hazardous Materials, 179, 363-372.

8- Yadavi, R. (2007). “Investigation of methods of heavy metals removal from sewages using nanotechnology.”

M.Sc. Thesis, Isfahan University of Technology, Iran. (In Persian)

9- Moradi, M. (2009). “Experimental study of the removal of heavy metals from aqueous solutions by iron oxide

magnetic nanoparticles coated with polyvinyl alcohol.” M.Sc. Thesis, Isfahan University of Technology,

Iran. (In Persian)

10- Shih, H., and Dong, H. (2009). “Rapid removal of heavy metal cations and anions from aqueous solutions by

anamino-functionalized magnetic nano-adsorbent.” J. of Hazardous Materials, 163, 174-179.

11- Ozmen, M., Can, K., Arslan, G., Tor, A., Cengeloglu, Y., and Ersoz, M. (2010). “Adsorption of Cu(II) from

aqueous solution by using modified Fe3O4 magnetic nanoparticles.” J. of Desalination, 254, 162-169.

12- Si, S., Kotal, A., and Mandal, T.K. (2004). “Size-controlled synthesis ofmagnetite nanoparticles in the

presence of polyelectrolytes.” J. of Chem. Mater., 16, 3489-3496.

13- Mobasherpour, I., Salahi, E., and Pazouki, M. (2011). “Removal of divalent cadmium cations by means of

synthetic nano crystallite hydroxyapatite.” J. of Desalination, 266(1-3), 142-148.

14- Srivastava, V.C., Mall, I.D., and Mishra, I.M. (2006). “Equilibrium modeling of single and binary adsorption

of cadmium and nickel onto bagasse fly ash.” J. of Chem. Eng., 117(1), 79-91.

15- Krishnan, A.A., and Anirudhan, T.S. (2003). “Removal of cadmium (II) from aqueous solutions by steam

activated suphurised carbon prepared from sugar-cane bagasse pith: Kinetics and equilibrium studies.” J. of

Water Research, 29(2), 147-156.

آب و فاضالب ١٣٩٢سال ٣شماره

16- Raji, C., and Anirudhan, T.S. (1997). “Chromium (VI) adsorption by sawdust carbon: Kinetics and

equilibrium.” Indian J. of Chemical Technology, 4, 228-236.

17- Zavvar Mousavi, S.H., Fazli, M., and Rahmani, A. (2011). “Removal of cadmium from aqueous solution by

nano structured ɣ-Alumina.” J. of Water and Wastewater, 80, 9-20. (In Persian)

18- Zavvar Mousavi, S.H., and Arjmandi, A. (2009). “Removal of heavy metals from industrial wastewater by

sheep gut waste.” J. of Water and Wastewater, 73, 63-68. (In Persian)

19- Gupta,V.K., Jain, C.K., Ali, I., Shahram, M., and Saini, V.K. (2003). “Removal of cadmium and nickel from

wastewater using bagasse fly ash-a sugar industry waste.” J. of Water Research, 37(16), 4038-4044.

20- Mathialagan, T., Viraraghavan, T., and Cullimore, D.R. (2003). “Adsorption of cadmium from aqueous

solutions by edible mushrooms.” J. of Water Qual. Res. Canada, 38(3), 499-514.

21- Nouri, A. (2008). “Adsorption of heavy metals using mineral wastes.” M.Sc. Thesis, Isfahan University of

Technology, Iran. (In Persian)

22- Katırcıoglu, H., Aslım, B., Rehber Türker, A., Atıcı, T., and Beyatlı, Y. (2008). “Removal of Cadmium(II)

ion from aqueous system by dry biomass, immobilized live and heat-inactivated Oscillatoria sp. H1 isolated

from freshwater (Mogan Lake).” J. of Bioresource Technol., 99 (10), 4185-4191.

23- Hajiaghababaei, L., Badiei, A., Ganjali, M.R., Heydari, S., Khaniani, Y., and Mohammadi Ziarani, G.

(2011). “Highly efficient removal and preconcentration of lead and cadmium cations from water and

wastewater samples using ethylenediamine functionalized SBA-15.” J. of Desalination, 266, 182-187.

24- Dong, L., Zhu, Z., Ma, H., Qiu, Y., and Zhao, J. (2010). “Simultaneous adsorption of lead and cadmium on

MnO2-loaded resin.” J. of Environ. Sci., 22(2), 225-229.

25- Heidari, A., Younesi, H., and Mehraban, Z. (2009). “Removal of Ni(II), Cd(II), and Pb(II) from a ternary

aqueous solution by aminofunctionalized mesoporous and nano mesoporous silica.” J. of Chem. Eng., 153(1-

3), 70-79.

26- Paulino, A.T., Belfiore, L.A., Kubota, L.T., Muniz, E.C., and Tambourgi, E.B. (2011). “Efficiency of

hydrogels based on natural polysaccharides in the removal of Cd2+ ions from aqueous solutions.” J. of Chem.

Eng., 168(1), 68-76.

27- Fouladi Fard, R., Azimi, A., and Nabi Bidhendi, Gh. (2008). “Cadmium biosorption in a batch reactor using

excess municipal sludge powder.” J. of Water and Wastewater, 67, 2-8. (In Persian)

28- Saeedi, M., Jamshidi, A., Abessi, Abssi, O., and Bayat, J. (2009). “Removal of dissolved cadmium by

adsorption onto walnut and almond shell charcoal: Comparison with granular activated carbon (GAC).” J. of

Water and Wastewater, 70, 16-22. (In Persian)

29- Rathinam, A., Maharshi, B., Janardhanan, S.K., Jonnalagadda, R.R., and Nair, B.U. (2010). “Biosorption of

cadmium metal ion from simulated wastewaters using Hypnea valentiae biomass: A kinetic and

thermodynamic study.” J. of Bioresource Technol., 101(5), 1466-1470.

30- Rangel-Porras, G., García-Magno, J.B., and González-Muñoz, M.P. (2010). “Lead and cadmium

immobilization on calcitic limestone materials.” J. of Desalination, 262(1-3), 1-10.

١٣٩٢سال ٣شماره آب و فاضالب

31- Azouaou, N., Sadaoui, Z., Djaafri, A., and Mokaddem, H. (2010). “Adsorption of cadmium from aqueous

solution onto untreated coffee grounds: Equilibrium, kinetics and thermodynamics.” J. of Hazard. Mater.,

184 (1-3), 126-134.

32- Srinivasa Rao, K., Roy Chaudhury, G., and Mishra, B.K. (2010). “Kinetics and equilibrium studies for the

removal of cadmium ions from aqueous solutions using Duolite ES 467 resin.” J. of Miner. Process, 97, 68-

73.

33- Alvarez-Ayuso, E., and Garcia-Sànchez, A. (2007). “Removal of cadmium from aqueous solutions by

playgorskite.” J. of Hazard. Mater., 147(1-2), 594-600.

34- Huang, S.H., and Chen, D.H. (2009). “Rapid removal of heavy metal cations and anions from aqueous

solutions by an amino-functionalized magnetic nano-adsorbent.” J. of Hazardous Materials, 163(1), 174-179.

35- Ghorbani, F., and Younesi, H. (2009). “Biosorption of cadmium (II) ions by saccharomyces cerevisiae

biomass from aqueous solutions.” J. of Water and Wastewater, 68, 33-39. (In Persian)

36- Semerjian, L. (2010). “Equilibrium and kinetics of cadmium adsorption from aqueous solutions using

untreated Pinus halepensis sawdust.” J. of Hazard. Mater., 173(1-3), 236-242.