کاربرد کامپوزیت های آهن، آلومینیوم و مس برای حذف غلظت بالای کروم در آب

مقدمه: افزایش صنایع مختلف و رشد روزافزون جمعیت کره زمین سبب ایجاد انواع آلودگی در محیط زیست شده است. یکی از مهم ترین آلاینده های موجود در آب که دارای خطرات متعددی بر سلامت انسان و موجودات زنده و خطرات مهم محیط زیستی است، ترکیبات آنیونی در غلظت بالا می باشد. فلزسنگین کروم یکی از این آلاینده هاست که موجب ایجاد آلودگی در محیط زیست شده و خطرات متعددی برای سلامت انسان و سایر موجودات زنده به همراه دارد. روش های مختلفی برای حذف فلزات سنگین از آب مورد ارزیابی قرار گرفته‌اند که اغلب شامل فرآیندهای شیمیایی یا انرژی بر است. لذا اصلاح این منابع با کمک جاذب های مقرون به صرفه و با صرف انرژی کم حائز اهمیت است. مطالعات گذشته نشان می دهند که بایوچار، بایوچارهای دارای پوشش فلز و کامپوزیت های کربن- فلز کارایی بالایی در حذف آلاینده کروم با غلظت 20 میلی گرم در لیتر از آب دارند  ولی تاکنون تاثیر این جاذب ها بر حذف این آلاینده ی آنیونی در غلظت های بالا مورد بررسی قرار نگرفته است.مواد و روش ها: در این پژوهش کارایی جاذب های مختلف (بایوچار، بایوچار دارای پوشش مس، بایوچار دارای پوشش آلومینیوم، بایوچار دارای پوشش آهن، کامپوزیت بایوچار- مس، کامپوزیت بایوچار- آلومینیوم و کامپوزیت بایوچار- آهن) بر حذف کروم با غلظت 300 میلی گرم در لیتر از آب مورد بررسی قرار گرفت. بایوچارهای دارای پوشش فلز از ترکیب فلزات (مس، آهن و آلومینیوم) با غلظت 10000 میلی گرم بر کیلوگرم با بایوچار تولید شده در دمای 600 درجه ی سانتی گراد و کامپوزیت های بایوچار- فلز مختلف از ترکیب این فلزات با کاه برنج و سپس حرارت دهی نمونه ها در دمای 600 درجه ی سانتی گراد تهیه شدند. به منظور تعیین کارایی جاذب ها، 0.5 گرم از هر جاذب با 40 میلی لیتر محلول کروم با غلظت 300 میلی گرم بر لیتر و 6= ph ترکیب شده و به مدت سه ساعت تکان داده شدند تا به تعادل رسیدند. سپس نمونه ها برای مدت 5 دقیقه با دور rpm 6000 سانتریفیوژ شده و فیلتراسیون، غلظت نهایی آلاینده قرائت شد و درصد حذف کروم محاسبه گردید.نتایج: نتایج پژوهش حاضر نشان می دهد که تمامی جاذب های مورد استفاده، در حذف غلظت بالای کروم از آب موثر بودند. کمترین میزان حذف این آلاینده مربوط به نمونه بایوچار بود که تنها توانست 15.28 درصد از این آلاینده را از آب حذف نماید و بیشترین میزان حذف با استفاده از کامپوزیت بایوچار- آهن حاصل شد، که این جاذب 44.45 درصد از آلاینده را از محلول آبی حذف کرد. با توجه به نتایج حاصل از این پژوهش مشاهده می شود که بایوچارهای دارای پوشش فلز و کامپوزیت های بایوچار- فلز نسبت به جاذب بایوچار دارای کارایی بهتری در حذف کروم از آب می باشند. به طور مثال، کامپوزیت بایوچار- آهن و بایوچار دارای پوشش آهن توانستند به ترتیب 44.45 و 30.867 درصد از آلاینده ی کروم را از محلول آبی حذف کنند در حالی که بایوچار کاه برنج تنها قادر به حذف 15.28 درصد از این آلاینده از آب بود.بحث: نتایج پژوهش حاضر نشان می دهد که بایوچار پوشش دار شده با آهن و کامپوزیت بایوچار- آهن، نسبت به سایر نمونه های دارای پوشش سطحی و کامپوزیت های بایوچار-فلز دارای توانایی بیشتری در حذف آلاینده کروم از محلول آبی بوده است و توانسته است موفق تر عمل کند. بنابراین کاربرد این جاذب ها می تواند در اصلاح آب آلوده به این آلاینده موثر باشد.

application of iron, aluminum and copper composites to remove high concentration of chromium in water

introduction: the increase of various industries and the ever-increasing growth of the population of the planet have caused all kinds of contamination in the environment. one of the most important contaminants in water, which has many risks for human health and living organisms and important environmental risks, is anionic compounds in high concentration. chromium is one of these contaminants that causes contamination in the environment and brings many risks to human health and other living organisms. various methods have been evaluated to remove heavy metals from water, which often include chemical or energy-intensive processes. therefore, it is important to modify these sources with the help of affordable adsorbents and with low energy consumption. previous studies showed that biochar, metal-coated biochars and carbon-metal composites are highly effective in removing chromium contaminants with a concentration of 20 mg/liter from water, but so far the effect of these adsorbents on removing this anionic contaminant in high concentrations has not been investigated.materials and methods: in this research, the efficiency of different adsorbents (biochar, copper-coated biochar, aluminum-coated biochar, iron-coated biochar, biochar-copper composite, biochar-aluminum composite and biochar-iron composite) on the removal of chromium, with a concentration of 300 mg per liter, from water was investigated. metal-coated biochars were prepared from the combination of metals (copper, iron and aluminum) with a concentration of 10000 mg/kg with biochar produced at 600 degrees celsius and various biochar-metal composites were prepared from the combination of these metals with rice straw and then the samples were pyrolyzed at 600 degrees celsius. in order to determine the efficiency of the adsorbents, 0.5 grams of each adsorbent was mixed with 40 ml of chromium solution with a concentration of 300 mg/l and ph= 6 and shaken for three hours until they reached equilibrium. then the samples were centrifuged for 5 minutes at 6000 rpm and after the filtration, the final concentration of the contaminant was obtained and the percentage of chromium removal was calculated.results: the results of the present study showed that all of the applied adsorbents were effective in removing high concentrations of chromium from water. the lowest removal rate of this contaminant was related to the biochar sample, which only removed 15.28% of this contaminant from water; and the highest amount of removal was achieved using iron composite, which removed 44.45% of the contaminant from the aqueous solution. according to the results of this research, it can be observed that coating biochar and rice straw with metals has been able to increase the efficiency of this adsorbent in removing chromium from water. for example, iron composite and iron-coated biochar were able to remove 44.45 and 30.86% of chromium contaminant from the aqueous solution, respectively, while rice straw biochar was only able to remove 15.28% of this contaminant from water.discussion: the results of present study showed that iron coated biochar and biochar-iron composite had more ability to remove chromium contaminant from aqueous solution than other metal coated biochars and biochar-metal composites and were able to perform more successfully. therefore, the use of these adsorbents can be effective in the treatment of chromium-contaminated water.