اصلاح شیمیایی جلبک قهوه‌ای سارگاسم گلوسیسنس به منظور جذب زیستی توریم از محلول‌های آبی

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

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

چکیده

هدف از این پژوهش بررسی تأثیر اصلاح شیمیایی سطح جاذب بر میزان جذب توریم به وسیله‌ی جلبک قهوه‌ای سارگاسم گلوسیسنس در یک سیستم ناپیوسته بود. برای این کار نتایج حاصل برای سه نوع جلبک- خام، اصلاح شده با دی‌اتیلن‌تری‌آمین و گلوتار‌آلدیید مقایسه شدند. هم‌چنین، سایر خواص مورد نیاز برای طراحی فرایند جذب توریم از قبیل pH بهینه، سینتیک جذب، ایزوترم جذب، تأثیر میزان جاذب بر ظرفیت جذب آن‌ها و تعداد مرحله‌های بازیابی به منظور استفاده‌ی مجدد از جاذب در این پژوهش مورد بررسی قرار گرفت. آزمایش‌های جذب زیستی نشان داد که جلبک اصلاح شده با گلوتارآلدیید %10 ظرفیت جذب بالاتری از دو جاذب دیگر دارد. نتایج آزمایشگاهی هم‌چنین نشان داد که pH بهینه‌ی جذب برابر 5/3 و زمان تعادل جذب برابر 6 ساعت است. برازش داده‌های تجربی سرعت جذب با مدل‌های موجود نشان داد که سینتیک جذب با نتایج حاصل از مدل شبه مرتبه‌ی دوم مطابقت بیش‌تری دارد. برازش داده‌های تعادلی جذب با هم‌دماهای تعادلی دوپارامتری لانگمویر و فروندلیچ و هم‌دمای تعادلی سه‌پارامتری ردلیش- پترسون نشان داد که مدل ردلیش- پترسون از برازش بهتری با داده‌های تجربی برخوردار است. هم‌چنین بیشینه‌ی ظرفیت جذب جلبک سارگاسم گلوسیسنس برای توریم از مدل لانگمویر برابر 52/151 میلی‌گرم بر گرم به دست آمد. بازیابی جاذب به وسیله‌ی محلول 1 مولار هیدروکلریک اسید به منظور استفاده‌ی مجدد از آن نشان داد که ظرفیت جذب جاذب برای توریم از 15/89 در مرحله‌ی اول به 02/70 میلی‌گرم بر گرم جاذب در مرحله‌ی پنجم کاهش یافت.
 

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Chemical modification of brown algae Sargassum glaucescens for thorium biosorption from aqueous solutions

نویسندگان [English]

  • Alireza Keshtkar
  • Mohammad Amin Hassani
چکیده [English]

 The biosorption process of thorium in a batch system by modified brown algae Sargassum glaucescens is discussed in this paper. For this purpose, the results of biosorption on raw algae and modified by glutaraldehyde and diethylenetriamine (DETA) were compared. Also, other variables that are necessary for adsorption process design such as optimum pH, time effect, biosorption isotherm, adsorbent dosage, number of biosorbent recovery stages for reuse were investigated. It was deduced that 10% of glutaraldehyde solution is the best. The experimental results indicated that the maximum sorption was observed at pH 3.5. The uptake was rapid and the biosorption process reached equilibrium within 6h of contact time at the optimum pH. The kinetics data were fitted well to Lagergren’s pseudo-second-order rate equation. Modeling of equilibrium sorption data with the Langmuir and Freundlich models (two-parameter models), and Redlich-Peterson three-parameter model indicated that the Redlich-Peterson model gave a better fitting to the experimental observations. The maximum thorium sorption was 151.52 mg Th/g adsorbent obtained from the Langmuir isotherm. The algae recovery by using 1 M HCl solution for biosorbent reuse showed that the biosorbent capacity decreases from 89.15 mg Th/g adsorbent at the first stage of recovery to 70.02 mg Th/g adsorbent at its fifth stage.
 

کلیدواژه‌ها [English]

  • Biosorption
  • Brown algae Sargassum
  • Thorium
  • Kinetic
  • Adsorption isotherm

[1] B. Volesky, Biosorbents for metal recovery, Trends in Biotechnolongy, 5 (1987) 96-101.

[2] F. Veglio, F. Beolchini, Removal of metals by biosorption: a review, Hydrometallurgy, 44 (1997) 301–316.

[3] B. Volesky, S. Schiewer, Biosorption of metals, M. Flickinger, SW Drew, editors, Encyclopedia of Bioprocess Technology, New York, Wiley (1999) 433–453.

[4] J.S. Chang, R. Law, C.C. Chang, Biosorption of lead, copper and cadmium by biomass of Pseudomonas aeruginosa PU21, Water Res, 31 (1997) 1651–1658.

[5] R.S. Bai, T.E. Abraham, Studies on enhancement of Cr(VI) biosorption by chemically modified biomass of Rhizopus nigricans, Water Res, 36 (2002) 1224–1236.

[6] T.A. Davis, B. Volesky, A. Mucci, A review of the biochemistry of heavy metal biosorption by brown algae, Water Res, 37 (2003) 4311–4330.

[7] J. Paul Chen, Lei Yang, Chemical Modification of Sargassum sp. for Prevention of Organic Leaching and Enhancement of Uptake during Metal Biosorption, Ind. Eng. Chem. Res, 44 (2005) 9931-9942.

[8] R. Dabbagh, M. Ebrahimi, F. Aflaki, H. Ghafourian, M.H. Sahafipour, Biosorption of stable cesium by chemically modified biomass of Sargassum glaucescens and Cystoseira indica in a continuous flow system, Journal of Hazardous Materials, 159 (2-3) (2008) 354-357.

[9] S. Scliiewer, Multi-metal ion exchange in biosorption, Depatment of Chemical Engineering: McGill University, Montreal, Canada (1996).

[10] Christian Brother University, Lecture Note, Website Address: www.cbu.edu/~rprice/ lestures/ adsorb.html.

[11] Y. Andres, H.J. MacCordik, J.C. Hubert, Adsorption of several actinide (Th, U) and lanthanides (La, Eu, Yb) ions by Myco-bacterium smegmatis, Applied Microbiology Biotechnology, 39 (1993) 413-417.

[12] C.F. Baes, R.E. Mesmer, The Hydrolysis of Cations, New York, Wiley (1976).

[13] M. Tsezos, B. Volesky, The mechanism of thorium biosorption by Rhizopus arrhizus, Biotechnology and Bioengineering, 24 (1982) 955-959.

[14] M.A.M. Khraisheh, Y.S. Al-Degs, S.J. Allen, M.N. Ahmad, Elucidation of controlling steps of reactive dye adsorption on activated carbon, Ind Eng Chem Res, 41 (2002) 1651-1657.

[15] Y.S. Ho, Review of second-order models for adsorption systems, J Hazard Mater, B136 (2006) 681-689.

[16] W.J. Weber, J.C. Morris, Kinetics of adsorption on carbon solution, J Sanit Eng Div Am Soc Civ Eng, 89 (1963) 31-59.

[17] I. Langmuir, The adsorption of gases on plane surfaces of glass, mica and platinum. J Am Chem Soc, 40 (1918) 1361-1403.

[18] H. Freundlich, Ueber die adsorption in loesungen, Z Phys Chem, 57 (1907) 358-470.

[19] O. Redlich, D.L. Peterson, A useful adsorption isotherm, J Phys Chem, 63 (1959) 1024-1026.

[20] C.B. Kuber, F.D. Stanislaus, Thorium biosorption by Aspergillus fumigatus, a filamentous fungal biomass, Journal of Hazardous Materials, 165 (2009) 670–676.