دانلود مقاله ترجمه شده از بین بردن یون های فلزات سنگین با کربن های فعال خیزران Ma و Moso – مجله الزویر

فهرست مطالب:

چکیده
۱ مقدمه
۲ مواد و روش ها
۲ ۱ مواد خیزران و تولید کربن فعال شده خیزران
۲ ۲ سطح ویژه و اندازه گیری قطر منافذ خلل و فرج
۲ ۳ظرفیت جذب و کارایی حذف یون های سنگین فلزی
۲ ۴ اندازه گیری های پتانسیل زتا
۳ نتایج و بحث
۳ ۱ عملکرد کربن، سطح ویژه و خواص خلل و فرج
۳ ۲ مقدار اسیدیته کربن فعال شده
۳ ۳ تاثیر دوز فعال کربن بر مقدار اسیدیته محلول فلزی سنگین
۳ ۴ مقدار اسیدیته بهینه کربن فعال برای جذب سطحی یون های فلزات سنگین
۳ ۵ اثر زمان اشباع بر ظرفیت جذب فلزات سنگین
۳ ۶ اثرات دوز کربن فعال خیزران بر ظرفیت جذب و کارایی حذف یون های فلزات سنگین
۳ ۷ اثرات مقادیر اسیدیته اولیه بر روی پتانسیل زتای محلول های کربن فعال Ma و Moso
۴ نتیجه گیری

بخشی از ترجمه:

به منظور درک ظرفیت جذب و کارایی حذف یون های فلزات سنگین توسط کربن های فعال خیزران Ma و Moso؛ عملکرد کربن، مساحت و سطح میکروپور(خلل و فرج های ریز)،سطح ویژه،پتانسیل زتا و اثرات مقدار اسیدیته PH، زمان اشباع و دوز کربن فعال خیزران در این مطالعه مورد بررسی قرار گرفت.در مقایسه با کربن های خیزران یک بار فعال شده، عملکرد یا محصول کربن کم تر،سطح ویژه بزرگ تر و حجم خلل و فرج ریز بیشتر در کربن های دو بار فعال شده مشاهده و ثبت شد. مقادیر بهینه اسیدیتع برای ظرفیت جذب و کارایی حذف یون های فلزات سنگین به ترتیب ۵.۸۱-۷.۸۶ و ۷.۱۰ تا ۹.۸۲ کربن فعال شده Ma و Moso بود. زمان بهینه اشباع برای برابر با ۲ تا ۴ ساعت، برای و برابر با ۴ تا ۸ ساعت و برای برابر با ۴ ساعت توسط کربن های فعال Moso و برای یون های فلزات سنگین تست شده توسط کربن های فعال Mo 1 ساعت بود. ظرفیت جذب سطحی و کارایی جذب یون های فلزات سنگین در کربن های مختلف فعال به ترتیب ذیل کاهش پیدا کرد:کربن های خیزران دو بار فعال شده Ma>کربن های یکبار فعال شده Ma>کربن های خیزران دو بار فعال شده Moso>کربن های یکبار فعال شده Moso. کربن های فعال شده Ma دارای پتانسیل زتای پایین تری بوده و به طور کارامدتری یون های فلزات با بار مثبت را جذب کردند.کارایی جذب یون های فلزات سنگین توسط کربن های فعال به این ترتیب سیر نزولی نشان داد.

۱ مقدمه

اخیرا ترکیبات فلزات سنگین در فاضلاب و پسماند های آبی ناشی از فعالیت های صنعتی بزرگ مقیاس موجب آلودگی زیست محیطی و بروز علائم سمیت جدی شده است.آلودگی فلزات سنگین ناشی از کادمیوم،کروم،مس، سرب، اورانیم،نیکل و آرسنیک برای بدن انسان جدی ترین آسیب محسوب می شوند(سازمان بهداشت جهانی ۲۰۰۴).غلظت های ۰.۰۰۵ میلی گرم بر لیتر ( برای مس و کروم)، ۰و۰۰۱ میلی گرم بر لیتر( برای کادمیوم،نیکل و آرسنیک) و ۰.۱ میلی گرم برای مس موجب بروز بیماری در انسان شده و حتی می توانند مرگ آفرین باشند(کاوارادا و همکاران ۲۰۰۵). حذف یون های فلزات سنگین یک مسئله اصلی در زمینه تصفیه آب محسوب می شود.
کربن فعال یکی از رایج ترین مواد مورد استفاده برای خذف ناخالصی ها از محلول های مایع می باشد. این ماده به طور گسترده ای برای تصفیه آب های صنعتی و خانگی به دلیل خصوصیات جذب سطحی فوق العاده خود مورد استفاده قرار می گیرد(سیریاناتپتیبون واونکاپاراچ ۲۰۰۷). یکی از دلایل جذب فوق العاده در این ماده وجود سطح ویژه بسیار وسیع در آن است(کائو و همکاران ۲۰۰۶).افزایش تنوع و تعداد ناخالصی های خطرناک باالقوه در آب موجب استفاده گسترده از کربن فعال گردیده است. مشکل اصلی در خصوص استفاده از آن به عنوان تخلیص کننده آب، هزینه بالای آن و عدم صرفه اقتصادی آن می باشد. از آن جا که این مشکل موجب محدود شدن استفادع از آن در سطوح صنعتی می شود،به مواد با صرفه اقتصادی تر نیاز است.اگرچه در استفاده از کربن سیاع برای تخلیص آب کارها و مطالعات زیادی انجام شده است،آلودگی فلزرات سنگین هنوز به عنوان یک مسئله جدی مطرح است.

بخشی از مقاله انگلیسی:

 In order to understand the adsorption capacity and removal efficiency of heavy metal ions by Moso and Ma bamboo activated carbons, the carbon yield, specific surface area, micropore area, zeta potential, and the effects of pH value, soaking time and dosage of bamboo activated carbon were investigated in this study. In comparison with onceactivated bamboo carbons, lower carbon yields, larger specific surface area and micropore volume were found for the twice-activated bamboo carbons. The optimum pH values for adsorption capacity and removal efficiency of heavy metal ions were 5.81–۷٫۸۶ and 7.10–۹٫۸۲ by Moso and Ma bamboo activated carbons, respectively. The optimum soaking time was 2–۴h for Pb2+, 4–۸h for Cu2+ and Cd2+, and 4h for Cr3+ by Moso bamboo activated carbons, and 1h for the tested heavy metal ions by Ma bamboo activated carbons. The adsorption capacity and removal efficiency of heavy metal ions of the various bamboo activated carbons decreased in the order: twice-activated Ma bamboo carbons > once-activated Ma bamboo carbons > twice-activated Moso bamboo carbons > once-activated Moso bamboo carbons. The Ma bamboo activated carbons had a lower zeta potential and effectively attracted positively charged metal ions. The removal efficiency of heavy metal ions by the various bamboo activated carbons decreased in the order: Pb2+ >Cu2+ >Cr3+ >Cd2+. © ۲۰۱۱ The Institution of Chemical Engineers. Published by Elsevier B.V. All rights reserved. Keywords: Bamboo; Activated carbon; Adsorption capacity; Removal efficiency; Heavy metal ion 1. Introduction Recently, the heavy metal compounds in wastewater from high industry activities have caused environmental pollution and serious symptoms of poisoning. Heavy metal pollution caused by cadmium, chromium, copper, lead, mercury, nickel and arsenic is most serious to the human body (WHO, 2004). Concentrations of 0.005mg/l (for Pb2+ and Cr3+), 0.001mg/l (for Cd2+, Ni2+ and As5+) and 0.1mg/l (for Cu2+), will cause illness in humans and can even be fatal (Kawarada et al., 2005). The removal of heavy metal ions is an important problem in the field of water purification. Activated carbon is one of the materials used to remove impurities from liquid solutions. It has been widely used to treat industrial and household water (Sirianuntapiboon and Ungkaprasatcha, 2007) because of its excellent adsorption properties, characterized by a high specific surface area (Cao et al., 2006). It is also used to remove metal ions from solution (Issabayeva et al., 2006). The increasing variety and amounts of potentially hazardous impurities in water have led to the increased use of activated carbon. The problem associated with its use as a water purifier is largely economic; activated carbon is expensive. As this problem limits its use on a large industrial scale, more economical materials are needed. Although much work has been done on the use of activated carbon for water purification, heavy metal pollution is still a problem. In order to reduce the cost of activated carbon, Pulido et al. (1998) used carbonized sugi wood powder to remove mercury and other metal ions from aqueous solutions of their salts. They indicated that wood powder carbonized at 1000 ◦C achieved the best removal of heavy metal ions among the wood-based materials and was even better than commercial activated carbon in both single and mixed solutions. In our previous study (Wang et al., 2008), a better adsorption effect was found for Pb2+ (100%), Cu2+ (100%) and Cr3+ (88–۹۸%) using carbonized Makinoi bamboo charcoal. However, medium frequencies were observed for the adsorption effect on Cd2+ (40–۸۰%) and Ni2+ (20–۶۰%). For the adsorption of As5+, only some sample groups had any effect and this was very limited. Nomanbhay and Palanisamy (2005) indicated that the metal ion adsorption effect was greatly influenced by the solution pH value, which concerns the solubility of metal ions, ion concentration of adsorbent functional groups, and degree of ionization of the adsorbate in the reaction. The surface charge of the adsorbent could be improved by changing the solution pH value. Rangel-Mendez and Streat (2002) also reported the influence of surface oxidation and solution pH value on the adsorption capacity for heavy metal ions. In order to understand the adsorption capacity and removal efficiency of heavy metal ions by Moso and Ma bamboo activated carbons after different manufacturing processes, the carbon yield, specific surface area, micropore area, zeta potential, and the effects of pH value, soaking time and dosage of bamboo activated carbon were investigated in this study. The results may provide information for estimating the benefits of utilizing bamboo in the manufacture of activated carbon. 2. Materials and methods 2.1. Bamboo materials and manufacture of bamboo activated carbons Moso (Phyllostachys pubescens; oven dry density 0.77 g/cm3) and Ma (Dendrocalamus latiflorus; oven dry density 0.75 g/cm3) bamboos greater than 3 years old were selected for this study. These were sliced into strips 120mm (length) × ۲۰mm (width) × ۵–۱۰mm (thickness). Separate samples of the test bamboo were carbonized in a nitrogen atmosphere at varying furnace temperatures. Nitrogen gas was passed through the materials at a rate of 500ml/min and heated at 10 ◦C/min to 800 ◦C. The sample groups were then activated by deionized water at a rate of 400ml/h. The temperature was kept at 800 ◦C for 1h, after which the heater was turned off. The activated materials, S1C1 (once-activated Moso bamboo) and S1M1 (once-activated Ma bamboo), were allowed to cool naturally inside the furnace to room temperature before they were removed for analysis. Additional sample groups, carbonized (600 ◦C) Moso and Ma bamboos, were used for recarbonization in a nitrogen atmosphere at varying furnace temperatures. Similarly, nitrogen gas was passed through the materials at a rate of 500ml/min and heated at 10 ◦C/min to 800 ◦C. The sample groups were then activated by deionized water at a rate of 400ml/h. The temperature was kept at 800 ◦C for 1h, after which the heater was turned off. The activated materials, S2C1 (twice-activated Moso bamboo) and S2M1 (twice-activated Ma bamboo), were allowed to cool naturally inside the furnace to room temperature before they were removed for analysis. All of the bamboo activated carbons were pulverized to a geometric mean particle size of 180–۱۵۰m (80–۱۰۰ mesh) and stored at room temperature. 2.2. Specific surface area and pore diameter measurement The specific surface area of the bamboo activated carbon powder was measured using Micrometritics ASAP2010. The BET (Brunaeur–Emmet–Teller) multipoint method (Jankowska et al., 1991) and Langmuir method (Gregg and Sing, 1982) were used to determine the surface area. Nitrogen (N2) gas was used to determine the adsorption isotherms (Lowell and Shields, 1991). The micropore volume and micropore area of bamboo activated carbons were measured using the t-plot method (De Boer et al., 1966; Sing et al., 1985). For distribution measurement of meso- and macropore of bamboo activated carbons, the gas adsorption of pore diameter between 17 A˚ and 300 A˚ was investigated by the Barrett–Joyner–Halenda method (BJH method) (Barrett et al., 1951). 2.3. Adsorption capacity and removal efficiency of heavy metal ions Standard solutions of lead nitrate [Pb(NO3)2], copper nitrate [Cu(NO3)2], chromium nitrate [Cr(NO3)3], and cadmium nitrate [Cd(NO3)2] in distilled water were prepared at 10 ppm concentrations on the basis of weight by weight (w/w) of each metal molecule. The pH values of lead nitrate, copper nitrate, chromium nitrate, and cadmium nitrate solutions were 2.10, 2.08, 2.09, and 2.13, respectively. The bamboo activated carbons from various manufacturing conditions were first placed in a 250-ml Erlenmeyer flask. 20ml of a standard heavy metal solution at a concentration of 10 ppm was added to the flask. The mixtures were stirred continuously in a constant temperature-controlled bath at 25 ◦C and left to settle before samples were taken after 2, 4, 8, 12, and 24h (soaking time), respectively. The concentrations of heavy metal ions in the samples were measured using ICP-AES (Inductively Coupled Plasma-Atomic Emission Spectroscopy; SPECTRO GENESIS, Germany).

دانلود رایگان مقاله انگلیسی

خرید ترجمه فارسی مقاله با فرمت ورد

خرید نسخه پاورپوینت این مقاله جهت ارائه