بررسی اثر نانو ذرات آهن بر کارایی زئولیت در حذف نیترات پساب

مقدمه: نانوذرات آهن به علت داشتن سطح بالای جذب دارای قابلیت زیادی در افزایش کارایی جاذب‌هایی مانند زئولیت در حذف آلاینده‌ها است. هدف از این پژوهش در قالب یک طرح آزمایشگاهی، بررسی عملکرد زئولیت و مقایسه آن با زئولیت اصلاح شده توسط نانو ذرات آهن می‌باشد.مواد و روش‌ها: در ابتدا زئولیت a با استفاده از پیش ماده سدیم کلینوپتیلولیت، سدیم کلرید، سدیم هیدرواکسید و سدیم آلومینات تهیه شد. سپس کامپوزیت زئولیت اصلاح شده و نانو ذرات آهن (fe3o4/a zeolite) با نسبت‌های متفاوت از زئولیت و نانو fe3o4 تهیه گردید. ابتدا بهترین ph با جذب ماکزیممم به دست آمد. سپس اثر زمان تماس، میزان جاذب، دما و غلظت اولیه‌ نیترات بررسی شد. در گام بعدی، جهت ارزیابی سرعت فرایند جذب از مدل سینتیکی شبه‌جزیره اول و مدل سینتیکی شبه‌جزیره دوم استفاده گردید. از آنالیز پراش اشعه‌ی ایکس جهت بررسی ویژگی‌های نمونه از قبیل هندسه‌ شبکه و تعیین اندازه کریستال‌ها استفاده گردید. نتایج: نتایج حاصل از آنالیز xrd حضور اکسید آهن بر روی زئولیت را تایید نمود و حاکی از آن بود که کامپوزیت مورد نظر تولید شده است. نتایج آزمایش‌های این تحقیق نشان داد که کامپوزیت شامل 30 درصد نانو fe3o4 بالاترین راندمان (70 %) را در بین کامپوزیت‌های مورد بررسی برای جذب نیترات دارد. ﺑﺮرﺳﯽ اﺛﺮ ﭘﺎراﻣﺘﺮﻫﺎی موثر ﺑﺮ ﻓﺮاﯾﻨﺪ ﺟﺬب نشان داد اﺛﺮ دﻣﺎ بر میزان جذب قابل صرف‌نظرکردن است. ﺑﺮرﺳﯽ تاثیر ph ﺑﺮ روی ﺣﺬف ﻧﯿﺘﺮات نشان می‌دهد که بیش ترین درﺻﺪ ﺣﺬف ﻧﯿﺘﺮات به میزان 81 % در 5=ph اﺗﻔﺎق اﻓﺘﺎده است. بیش ترین میزان حذف نیترات توسط زئولیت در زمان تماس 120 دقیقه (60%) و توسط کامپوزیت در زمان تماس 60 دقیقه (60%) بوده است. نتایج آزمایش تعیین غلظت بهینه جاذب نشان داد که ﺑﺎ 5 ﺑﺮاﺑﺮ ﮐﺮدن ﻣﻘﺪار ﺟﺎذب، درﺻﺪ ﺣﺬف نیترات ﺗﻨﻬﺎ ﺣﺪود 5% اﻓﺰاﯾﺶ ﯾﺎﻓﺘﻪ اﺳﺖ. هم چنین اﻓﺰاﯾﺶ ﻏﻠﻈﺖ نیترات تاثیر ﭼﻨﺪاﻧﯽ ﺑﺮ درﺻﺪ ﺣﺬف نیترات ﻧﺪاشته است. بررسی مدل‌های جذب نشان داد که مدل فرندلیچ برازش بهتری از خود نشان داده و می‌تواند رفتار جذب یون نیترات را به‌خوبی توصیف کند که این بیانگر ناهمگن بودن سطح جاذب است. براساس نتایج این تحقیق، ﺳﯿﻨﺘﯿﮏ ﺷﺒﻪ درﺟﻪ 2 ﺗﻄﺎﺑﻖ بیش تری ﺑﺎ داده‌ﻫﺎی آزﻣﺎﯾﺸﮕﺎﻫﯽ داﺷﺘﻪ و ﺿﺮﯾﺐ ﻫﻤﺒﺴﺘﮕﯽ بالا و میانگین خطا (mae) کم تری دارد.بحث و نتیجه گیری: کامپوزیت تهیه شده توانایی بالایی در جذب و تصفیه نیترات از محلول‌های پساب شهری دارد. آزمایش‌های انجام ﺷﺪه بیانگر آن است که اﯾﻦ ﮐﺎﻣﭙﻮزﯾﺖ از ﻗﺎﺑﻠﯿﺖ ﺑﺎﻻﯾﯽ ﺑﺮای ﺣﺬف ﻧﯿﺘﺮات (ﺑﯿﺶ از 80%) در غلظت‌های ﺣﺪود 5 ﺗﺎ 400 میلی‌گرم ﺑﺮ ﻟﯿﺘﺮ ﻧﯿﺘﺮات برخوردار است.

study of the effect of iron nanoparticles on the efficiency of zeolite in theremoval of effluent nitrate

introduction: iron nanoparticles, due to their high absorption level, have a great ability toincrease the efficiency of adsorbents such as zeolite in removing pollutants. the purpose ofthis research in the form of a laboratory design is to investigate the performance of zeoliteand compare it with zeolite modified by iron nanoparticles.materials & methods: at first, zeolite a was prepared using sodium clinoptilolite, sodiumchloride, and sodium hydroxide and sodium aluminate. then composite of revised zeoliteand iron nanoparticles) fe3o4/a zeolite (was prepared with different ratios of zeolite andnano fe3o4. first, the best ph with maximum absorption was obtained. then the effect ofcontact time, amount of adsorbent, temperature and initial concentration of nitrate wasinvestigated. in the next step, pseudo-first-order kinetic model and pseudo-second-orderkinetic model were used to evaluate the absorption process speed. x-ray diffraction analysiswas used to check the characteristics of the sample such as lattice geometry and determinethe size of the crystals.results: the results of xrd analysis confirmed the presence of iron oxide on zeolite andindicated that the desired composite has been produced. the experiments of this studyshowed that the composite with 30% nano fe3o4 has the highest efficiency (70%) fornitrate absorption. the results of investigating the effect of effective parameters on theabsorption process showed that the effect of temperature on the amount of absorption can beignored. examining the effect of ph on nitrate removal shows that the highest percentage ofnitrate removal is 81% at ph=5. investigating the effect of contact time showed that themaximum amount of nitrate removal by zeolite was equal to 60% in contact time of 120minutes and by composite was equal to 82% in contact time of 60 minutes. the results ofdetermining the optimum adsorbent concentration stated that by increasing the amount ofadsorbent five times, the removal percentage has only increased by 5%. also, increasingnitrate concentration did not have much effect on removal percentage. examining theabsorption models showed that the freundlich model showed a better fit and can describethe nitrate ion absorption behavior well, which indicates the inhomogeneity of the absorbentsurface. based on the results of this study the 2nd-order quasi-kinetic has a better match withthe experimental data and has a high correlation coefficient and a lower mean error (mae).conclusion: the prepared composite has a high ability to absorb nitrates from urbanwastewater. it has been shown with the conducted studies that this composite has a highability to remove nitrate (more than 80%) in concentrations of 5 to 400 mg/liter of nitrate.