جذب زیستی اورانیم به وسیله‌ی مخمر نان در حضور سرب و کادمیم و مدل‌سازی داده‌های تعادلی

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 پژوهشکده چرخه سوخت هسته‌ای، پژوهشگاه علوم و فنون هسته‌ای، سازمان انرژی اتمی ایران، صندوق پستی: 1339-14155، تهران ـ ایران

2 دانشکده مهندسی شیمی، پردیس دانشکده‌های فنی، دانشگاه تهران، صندوق پستی: 4563-11365، تهران ـ ایران

3 پژوهشگاه علوم و فنون هسته‌ای، سازمان انرژی اتمی ایران، صندوق پستی: 1339-14155، تهران ـ ایران

چکیده

فن­آوری جذب زیستی یکی از فن­آوری‌های جدید برای حذف و بازیابی فلزات پرتوزا از محیط‌های آبی می‌باشد. کاربردی کردن این فن­آوری، مستلزم انجام پژوهش‌های زنجیره‌ای و هدف‌دار در این زمینه است. در این پژوهش، به بررسی پارامترهای تعادلی جذب زیستی یون‌های اورانیم،‌ سرب و کادمیم در محلول‌های آبی،توسط جاذب زیستی مخمر نان تثبیت شده بر روی کلسیم آلژینات، در سیستم‌های تک جزیی و دو جزیی اورانیم- سرب و اورانیم- کادمیم پرداخته شده است. نتایج تجربی جذب زیستی این فلزات در سیستم‌های تک جزیی، نشان داد که بیشینه­ی ظرفیت جذب جاذب برای اورانیم بیش‌تر از سرب و برای سرب بیش‌تر از کادمیم است. نتایج به دست آمده در سیستم‌های دو جزیی فلزات، نشان‌دهنده‌ی کاهش ظرفیت جذب یون‌های اورانیم در حضور یون‌های سرب و کادمیم می‌باشد. اثر کاهندگی یون‌های سرب بیش‌تر از یون‌های کادمیم است. با این وجود، هم‌چنان ظرفیت جذب این جاذب نسبت به یون‌های اورانیم بالا می‌باشد (بیش از 1-mg g 130 در حضور یون‌های سرب و 1-mg g 200 در حضور یون‌های کادمیم). نتایج به دست آمده از مدل‌سازی ایزوترم‌های تعادلی، نشان‌دهنده‌ی قابلیت خوب مدل فرندلیچ در پیش‌بینی نتایج در سیستم‌های تک جزیی نسبت به مدل لانگمویر و مدل ترکیبی لانگمویر- فرندلیچ می‌باشد. در سیستم‌های دو جزیی نیز، مدل فرندلیچ توسعه یافته نسبت به مدل لانگمویر تعمیم یافته، مدل لانگمویر اصلاح شده و مدل ترکیبی لانگمویر- فرندلیچ در پیش‌بینی داده‌های تجربی قابلیت بهتری را دارد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Biosorption of Uranium by Baker’s Yeast in the Presence of Lead and Cadmium and Modeling of Equilibrium Data

نویسندگان [English]

  • A.R Keshtkar 1
  • A Yaghoubi 2
  • M Ghasemi Torkabad 3
  • M.M Montazer Rahmati 2
چکیده [English]

Biosorption technology is one of the novel technologies used for removal and recovery of radioactive metals from aqueous solutions. Scheduled researches are required for this technique. In this research, biosorption of uranium, lead and cadmium by immobilized baker’s yeast on calcium alginate was investigated. Equilibrium parameters in single systems and binary systems (uranium-lead and uranium-cadmium) were studied. The obtained results in single systems showed that the uranium uptake capacity is higher than that of lead and cadmium. Also, according to the observations in binary systems, the uranium uptake capacity was decreased by interferences of lead or cadmium ions. Nevertheless, uranium uptake capacity in these binary systems is high (more than 130 mg g-1 in uranium-lead and 200 mg g-1 in uranium-cadmium binary systems). The equilibrium isotherms were modeled by Langmuir, Freundlich and combination Langmuir-Freundlich models in single systems and the competitive Langmuir, modified extended Langmuir, extended Freundlich and combination Langmuir-Freundlich models in binary systems. According to the results, the Freundlich model in single systems and the extended Freundlich model in binary systems were found to be better than the others.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Biosorption
  • Baker’s Yeast
  • Calcium Alginate
  • Uranium
  • Lead
  • Cadmium
  • Dicomponent Equilibrium Models1
K. Chandra Sekhar, C.T. Kamala, N.S. Chary, Y. Anjaneyulu, “Removal of heavy metals using a plant biomass with reference to environmental control,” Int J Miner Process, 68, 37-45 (2003).

 

  • S.S. Ahluwalia and D. Goyal, “Microbial and plant derived biomass for removal of heavy metals from wastewater,” Bioresource Technol, 98, 2243-2257 (2007).

     

    B. Volesky, “Sorption and Biosorption,” BV Sorbex, Inc., Montreal (2003).

     

    J. Wang and C. Chen, “Biosorbents for heavy metals removal and their future,” Biotechnol Adv, 27, 195-226 (2009).

     

    I.M.P.L.V.O. Ferreira, O. Pinho, E. Vieira, J.G. Tavarela, “Brewer's Saccharomyces yeast biomass: characteristics and potential applications,” Trends Food Sci Tech, 21, 77-84 (2010).

     

    Y. Zhang, W. Liu, M. Xu, F. Zheng, M. Zhao, “Study of the mechanisms of Cu2+ biosorption by ethanol/caustic-pretreated baker's yeast biomass,” J Hazard Mater, 178, 1085-1093 (2010).

     

    ع. کشتکار، ن. خداپناه، م.م. منتظر رحمتی، ”کاربرد ایزوترم جذب دو و سه پارامتری در جذب زیستی اورانیم توسط مخمر نان،“ مجله علوم و فنون هسته­ای، 50، 8-1 (1388).                                       

     

    ک. ندافی، ر. سعیدی، م. محبی، ”جذب زیستی و زدایش فلزات سنگین از آب و فاضلاب، آب و محیط زیست،“ 63، 39-33 (1384).                                                                                      

     

    C. Gok and S. Aytas, “Biosorption of uranium(VI) from aqueous solution using calcium alginate beads,” J Hazard Mater, 168, 369-375 (2009).

  • Y.N. Mata, M.L. Blázquez, A. Ballester, F. González, J.A. Muñoz, “Biosorption of cadmium, lead and copper with calcium alginate xerogels and immobilized Fucus vesiculosus,” J Hazard Mater, 163, 555-562 (2009).

     

    H.N. Chang, G.H. Seong, I.K. Yoo, J.K. Park, J.H. Seo, “Method for immobilization of whole microbial cells in calcium alginate capsule,” US Patent, 57, 66907 (1998).

     

    Y. Lu and E. Wilkins, “Heavy metal removal by caustic-treated yeast immobilized in alginate,” Journal of Hazardous Materials, 49, 165-179 (1996).

     

    K. Meena and T.K. Raja, “Immobilization of Saccharomyces cerevisiae cells by gel entrapment using various metal alginates,” World Journal of Microbiology & Biotechnology, 22, 651-652 (2006).

     

    M.H. Khani, A.R. Keshtkar, M. Ghannadi, H. Pahlavanzadeh, “Equilibrium, kinetic and thermodynamic study of the biosorption of uranium onto Cystoseria indica algae,” J Hazard Mater, 150, 612-618 (2008).

     

    M.M. Montazer-Rahmati, P. Rabbani, A. Abdolali, A.R. Keshtkar, “Kinetics and equilibrium studies on biosorption of cadmium, lead, and nickel ions from aqueous solutions by intact and chemically modified brown algae,” J Hazard Mater, 185, 401-407 (2011).

     

    J. Febrianto, A.N. Kosasih, J. Sunarso, Y.H. Ju, N. Indraswati, S. Ismadji, “Equilibrium and kinetic studies in adsorption of heavy metals using biosorbent: A summary of recent studies,” J Hazard Mater, 162, 616-645 (2009).

     

     

    پ. ربانی، ع. عبدالعلی، م.م. منتظر رحمتی، ع. کشتکار، ر. دباغ، ”جذب زیستی فلزهای کادمیم و نیکل توسط جلبک . . . به صورت خام وفرآوری شده،“ نشریه تخصصی مهندسی شیمی، 43، 45-37 (1388).                                                                          

     

    B. Volesky, “Biosorption process simulation tools,” Hydrometallurgy, 71, 179-190 (2003).

     

    P. Kotrba, M. Mackova, T. Macek, “Microbial biosorption of metals,” Springer, Dordrecht, Heidelberg, London, New York (2011).

     

    R. Han, W. Zou, Y. Wang, L. Zhu, “Removal of uranium(VI) from aqueous solutions by manganese oxide coated zeolite: discussion of adsorption isotherms and pH effect,” J Environ Radioactiv, 93, 127-143 (2007).

     

    A. Mellah, S. Chegrouche, M. Barkat, “The removal of uranium(VI) from aqueous solutions onto activated carbon: Kinetic and thermodynamic investigations,” J Colloid Interf Sci, 296, 434-441 (2006).

     

    M.K. Sureshkumar, D. Das, M.B. Mallia, P.C. Gupta, “Adsorption of uranium from aqueous solution using chitosan-tripolyphosphate (CTPP) beads,” J Hazard Mater, 184, 65-72 (2010).

     

    Y.P. Ting, F. Lawson, I.G. Prince, Uptake of cadmium and zinc by the alga Chlorella vulgaris: II. Multi-ion situation,” Biotechnol Bioeng, 37, 445-455 (1991).

     

    M. Chanda and G.L. Rempel, “Uranium sorption behavior of a macroporous, quaternized poly(4-vinylpyridine) resin in sulfuric acid medium,” React Polym, 18, 141-154 (1992).

     

    C.J. Williams, D. Aderhold, R.G.J. Edyvean, “Comparison between biosorbents for the removal of metal ions from aqueous solutions,” Water Res, 32, 216-224 (1998).

     

    J. Yang and B. Volesky, “Biosorption of uranium on Sargassum biomass,” Water Res, 33, 3357-3363 (1999).

     

    S.V. Bhat, J.S. Melo, B.B. Chaugule, S.F. D'Souza, “Biosorption characteristics of uranium(VI) from aqueous medium onto Catenella repens, a red alga,” J Hazard Mater, 158, 628-635 (2008).

  • N. Friis and P. Myers-Keith, “Biosorption of uranium and lead by Streptomyces longwoodensis,” Biotechnol Bioeng, 28, 21-28 (1986).

     

    J. Bai, H. Yao, F. Fan, M. Lin, L. Zhang, H. Ding, F. Lei, X. Wu, X. Li, J. Guo, Z. Qin, “Biosorption of uranium by chemically modified Rhodotorula glutinis,” J Environ Radioactiv, 101, 969-973 (2010).

     

    C. Pang, Y.H. Liu, X.H. Cao, M. Li, G.L. Huang, R. Hua, C.X. Wang, Y.T. Liu, X.F. An, “Biosorption of uranium(VI) from aqueous solution by dead fungal biomass of Penicillium citrinum,” Chem Eng, J, 170, 1-6 (2011).

     

    A.Y. Dursun, “A comparative study on determination of the equilibrium, kinetic and thermodynamic parameters of biosorption of copper(II) and lead(II) ions onto pretreated Aspergillus niger,” Biochem Eng J, 28, 187-195 (2006).

     

    X. Wang, S. Xia, L. Chen, J. Zhao, J. Chovelon, J. Nicole, “Biosorption of cadmium(II) and lead(II) ions from aqueous solutions onto dried activated sludge,” J Environ Sci, 18, 840-844 (2006).

     

    B.M.W.P.K. Amarasinghe and R.A. Williams, “Tea waste as a low cost adsorbent for the removal of Cu and Pb from wastewater,” Chem Eng J, 132, 299-309 (2007).

     

    K. Parvathi, R. Nagendran, R. Nareshkumar, “Lead biosorption onto waste beer yeast by-product, a means to decontaminate effluent generated from battery manufacturing industry,” Electron J Biotechn, 10, 1-14 (2007).

     

    P. Pavasant, R. Apiratikul, V. Sungkhum, P. Suthiparinyanont, S. Wattanachira, T.F. Marhaba, “Biosorption of Cu2+, Cd2+, Pb2+, and Zn2+ using dried marine green macroalga Caulerpa lentillifera,” Bioresource Technol, 97, 2321-2329 (2006).

     

    L. Deng, Y. Su, H. Su, X. Wang, X. Zhu, “Biosorption of copper(II) and lead(II) from aqueous solutions by nonliving green algae Cladophora fascicularis: Equilibrium, kinetics and environmental effects,” Adsorption, 12, 267-277 (2006).

     

     

    R. Nadeem, M.A. Hanif, F. Shaheen, S. Perveen, M.N. Zafar, T. Iqbal, “Physical and chemical modification of distillery sludge for Pb(II) biosorption,” J Hazard Mater, 150, 335-342 (2008).

     

    Y. Ho and A.E. Ofomaja, “Biosorption thermodynamics of cadmium on coconut copra meal as biosorbent,” Biochem Eng J, 30, 117-123 (2006).

     

    G.H. Pino, L.M.S. Mesquita, M.L. Torem, G.A.S. Pinto, “Biosorption of cadmium by green coconut shell powder,” Miner Eng, 19, 380-387 (2006).

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

    S. Schiewer and S.B. Patil, “Pectin-rich fruit wastes as biosorbents for heavy metal removal: Equilibrium and kinetics,” Bioresource Technol, 99, 1896-1903 (2008).

     

    K. Dev, R. Pathak, G.N. Rao, “Sorption behaviour of lanthanum(III), neodymium(III), terbium(III), thorium(IV) and uranium(VI) on Amberlite XAD-4 resin functionalized with bicine ligands,” Talanta, 48, 579-584 (1999).

     

    A. Kilislioglu and B. Bilgin, Thermodynamic and kinetic investigations of uranium adsorption on amberlite IR-118H resin,” Appl Radiat Isotopes, 58, 155–160 (2003).