حذف فلزات سنگین از پسماندهای سنتزی توسط بنتونیت طبیعی و بنتونیت فعال شده با اسید

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 آزمایشگاه تحقیقاتی صنایع شیمیایی معدنی، دانشکده مهندسی شیمی، دانشگاه علم و صنعت ایران، صندوق پستی: 13114-16846، تهران ـ ایران

2 پژوهشکده چرخه سوخت هسته‌ای، پژوهشگاه علوم و فنون هسته‌ای، سازمان انرژی اتمی ایران، صندوق پستی: 8486-11365، تهران ـ ایران

چکیده

در این پژوهش به بررسی امکان استفاده از بنتونیت (مونتموریلونیت) طبیعی و فعال شده با اسید به عنوان جاذبی ارزان و در دسترس برای حذف فلزات سنگین از پسماندهای مایع سنتزی پرداخته شده است. بنتونیت یکی از کانی‌های رسی آلومینوسیلیکاتی لایه‌ای است که مهم‌ترین فاز سازنده‌ی آن مونتموریلونیت می‌باشد که دارای حفرات و ساختاری در ابعاد نانو است (نانو ساختار و حفره‌ای مونتموریلونیت). مونتموریلونیت کلیه‌ی خواص بنتونیت را تحت تأثیر قرار می‌دهد. در مرحله‌ی بعدی اثر فعال‌سازی اسیدی در جذب دو فلز سرب (Pb) و تالیم (Tl) مورد بررسی قرار گرفت. در این تحقیق، پس از کانی‌شناسی، تجزیه‌ی عنصری و دانه‌بندی، جذب فلزات سنگین چون Cr، Co، Cu، Fe، Pb، Tl، Ni و Zn بر روی پنج نمونه -RAW2S، -RAW3S، -RAW3ES، -RAW1G، -RAW1GH بررسی شد. سپس در فرایند فعال‌سازی اسیدی، از سولفوریک اسید برای تقویت قابلیت جذب بنتونیت استفاده شد و اثر غلظت، نسبت مایع به جامد، زمان و دمای فعال‌سازی بر میزان جذب دو فلز سنگین سرب و تالیم بر روی دو نمونه‌ی طبیعی و فعال شده‌ی –RAW3ES و -RAW1GH مورد بررسی قرار گرفت. در تمامی موارد فاز غالب نانومونتموریلونیت موجود در بنتونیت‌ها به علت ساختار ویژه‌ی نانومونتموریلونیتی، از قابلیت جذب بیش‌تری نسبت به سایر رس‌‌ها برخوردار بوده است.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Heavy Metal Removal from Synthetics Wastes by Natural and Acid-Activated Bentonites

نویسندگان [English]

  • S.H Jazayeri 1
  • M Hayati Ashtiani 1
  • S.N Ashrafizadeh 1
  • M Ghannadi Maragheh 2
  • A Nozad Golikand 2
چکیده [English]

This paper examines heavy metals removal from synthetics wastes by the use of natural and sulfuric acid-activated bentonite so that a cheap adsorbent can be attained for removing these metals from the wastes. Bentonite is a 2:1 layer aluminnisilicate whose dominant mineral is montmorillonite which is a nano-structure and nanoporous material. Montmorillonite affects all the properties of bentonite. In the next step, the effect of acid activation on the adsorption of both of lead (Pb) and thallium (Tl) is studied. In this research, after the mineralogical and chemical composition analyses by X-ray diffraction and fluorescence (XRD and XRF) methods, granulometric analysis is carried out on five samples namely, S2-RAW, S3-RAW, ES3-RAW, G1-RAW and GH1-RAW to remove the heavy metals such as Cr, Co, Cu, Fe, Pb, Tl, Ni, and Zn accompanying atomic absorption spectroscopy (AAS). Then, the effect of four factors including concentration, liquid to solid ratio (L/S), time, and activation temperature in acid activation process were studied. This process is done by a mineral acid, sulfuric acid, to promote the adsorbability of lead and thallium in both natural and activated types of ES3-RAW and GH1-RAW. In all case, due to the presence of dominant mineral of nano-montmorillonite and its unique structure, montmorillonite has a higher adsorbability in comparison with that of the other clay minerals.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Bentonite
  • Adsorption
  • Acid-Activation
  • Heavy Metals
  • Nanostructured and Nanoporous Montmorillonite

 

 

  1. 1.    K.A. Carrado, “Introduction: clay structure, surface acidity and catalysis,” in: “Handbook of layered materials” (S.M. Auerbach, K.A. Carrado, P.K. Dutta, Eds), Marcel Dekker, New York, 1 ( 2004).
 

  1. 2.    T.J. Pinnavaia, Intercalated Clay Catalysts, Science, 220, 365-371 (1983).
 

  1. 3.    R. Virta, USGS minerals information, US Geological Survey, Mineral Commodity Summary, (January 2002). (ftp:// minerals. usgs. gov/ minerals/ pubs/ commodity/ clays/ 190496. pdf).
 

  1. 4.    S. Babel and T.A. Kurniawan, “Low cost adsorbents for heavy metals uptake from contaminated water: a review,” Journal of Hazardous Materials, 97, 219-243 (2003).
 

  1. 5.    R. Virta, USGS minerals information, US Geological Survey, Mineral Commodity Summary, (January 2001). (ftp:// minerals. usgs. gov/ minerals/ pubs/ commodity/ zeolites/ zeomyb00. pdf).
 

  1. 6.    S.K. Ouki, M. Kavanagh, “Performance of natural zeolites for the treatment of mixed metal-contaminated effluents,” Waste Manage. Res, 15, 383-394 (1997).
 

  1. 7.    S.M. Jasinski, SGS Minerals Information, US Geological Survey Mineral Commodity Summary 2001, (January 2002). (ftp:// minerals. usgs. gov/ minerals/ pubs/ commodity/ peat/ 510302. pdf).
 

  1. 8.    S. Babel and T.A. Kurniawan, “Cr (VI) removal from synthetic wastewater using coconut shell charcoal and commercial activated carbon modified with oxidizing agent and/or chitosan,” 54, 951-967 (2004).
 

  1. 9.    D.C. Sharma, C.F. Forster, “Removal of hexavelent chromium using sphagnum moss peat,” Water Res, 27, 1201-1208 (1993).
 

  1. 10.              T. Mathialagan, T. Viraraghavan, “Adsorption of cadmium from aqueous solutions by perlite,” J. Hazard. Mater, 94, 291-303 (2002).
 

  1. 11.              G.L. Rorrer, J.D. Way, “Chitosan beads to remove heavy metal from wastewater,” Dalwoo-ChitoSan (May 2002). (ftp:// dalwoo. com/ chitosan/ rorrer. html).
 

  1. 12.              C.E. Marshall, “Layer lattices and base-exchange,” Z. Krist, 91, 433-449 (1935).
 

  1. 13.              K.G. Bhattacharyya, S. Sen Gupta, “Influence of acid activation on adsorption of Ni(II) and Cu(II) on kaolinite and montmorillonite: kinetic and thermodynamic study,” Chemical Engineering Journal, 136, 1-13 (2008).
 

  1. 14.              K.G. Bhattacharyya, S.S. Gupta, “Adsorption of a few heavy metals on natural and modified kaolinite and montmorillonite: a review,” Advanced Colloid Interface Science, 1-55 (2009).
 

  1. 15.              R.S. Lamar, “Bentonite Activation,” California Journal of Mines, 49, 297-302 (1951).
 

  1. 16.              S.J. Gregg, “In surface phenomena in chemistry and biology: Danielli, J, Pankhust, K.G.A; Riddiford, A.C; Pergamon Press; London, 195 (1958).
 

  1. 17.              F.R.V. Diaz, P.S. Santos, “Studies on the Acid Activation of Brazilian Smectitic Clays,” Quim Nova, 24(3), 345-353 (2001).
 

  1. 18.              H.Y. Zhu and S. Yamanaka, “Molecular recognition by Na-loaded alumina pillared Clay,” 93, 477–480 (1997).
 

19. S.H. Jazayeri, M. Habibian, M. Ghannadi, M. Hayati-Ashtiani, “Instrumental analyses of zeolitic bentonites,” The 1st Iran International Zeolite Conference (IIZC08), Amirkabir University of Technology (Tehran Polytechnic), Tehran, Iran, 29 April-1 May (2008).

 

  1. 20.              S. Sen Gupta, K.G. Bhattacharyya, “Adsorption of Ni(II) on Clays,” Journal of Colloid and Interface Science, 295, 21-32 (2006).
 

  1. 21.              K.G. Bhattacharyya, S. Sen Gupta, “Adsorption of Co(II) from aqueous medium on natural and acid-activated Kaolinite and montmorillonite,” Separation Science and Technology, 42, 3391-3418 (2007).
 

  1. 22.              S. Sen Gupta, K.G. Bhattacharyya, “Interaction of metal ions with clays. I. A Case 367 Study with Pb(II),” Applied Clay Science, 30, 199-206 (2005).
 

  1. 23.              S. Simsek, U. Ulusoy, O. Ceyhan, “Adsorption of UO22+, Tl+, Pb2+, Ra2+ and Ac3+ onto polyacryloamide-bentonite composite,” Journal of Radioanalytical and Nuclear Chemistry, 256, 315-321(2003).
 

24. E. Alvarez-Ayuso, A. Garcia-Sanchez, “Removal of heavy metals from waste waters by natural and Na-exchanged bentonites,” Clays and Clay Minerals; 51, 475-480 (2003).