حذف سیانید از محلول‌های آبی با استفاده از زئولیت طبیعی اصلاح‌شده با سورفکتانت کاتیونی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری گروه مهندسی عمران، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه ارومیه، ایران

2 استاد، گروه مهندسی عمران، دانشکده فنی، دانشگاه ارومیه، ارومیه، ایران

3 استادیار، گروه مهندسی معدن، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه ارومیه، ارومیه، ایران

چکیده

سیانید یکی از مهم‌ترین و زیان‌بارترین آلاینده­هایی است که در اثر فعالیت­های صنعتی به محیط‌زیست آزاد می­شود و محیط­های آبی مهم‌ترین مسیر در معرض قرارگیری موجودات زنده با این آلاینده هستند. هدف از این تحقیق مطالعه جذب سیانید به‌وسیله زئولیت خام و اصلاح‌شده با سورفکتانت بود. زئولیت خام با استفاده از سورفکتانت کاتیونی هگزا دسیل تری متیل آمونیوم بروماید اصلاح گردید. تعیین ویژگی­های جاذب­های تهیه شده و آزمایشات هم­دما، سینتیک، تأثیر pH و قدرت یونی محلول زمینه به‌صورت پیمانه­ای انجام گرفت. نتایج حاصل از XRD وجود کانی کلینوپتیلولایت را در ساختار زئولیت خام تائید کرد و همچنین پوشش سطحی زئولیت خام توسط سورفکتانت بعد از اصلاح توسط تصاویر SEM مشاهده گردید. مدل­های جذبی لانگمویر، فروندلیچ و تمکین توانایی خوبی برای توصیف هم­دمای جذب سیانید با استفاده از جاذب­ موردمطالعه نشان دادند. ظرفیت جذب سیانید توسط زئولیت اصلاح‌شده 97/3 میلی­گرم بر گرم به دست آمد که در مقایسه با حداکثر ظرفیت جذبی سیانید زئولیت خام (54/0 میلی­گرم بر گرم) افزایش چشمگیری داشته است. مدل­سازی داده­های سینتیک نشان داد که مدل شبه درجه اول و دوم توانایی خوبی برای توصیف سینتیک جذب آلاینده­ سیانید با استفاده از زئولیت طبیعی و اصلاح‌شده دارند. حذف سیانید توسط زئولیت اصلاح‌شده با سورفکتانت با افزایش pH و قدرت یونی محلول زمینه کاهش یافت. نتایج به‌دست‌آمده از این تحقیق نشان داد که اصلاح زئولیت با سورفکتانت می­تواند به‌عنوان یک جاذب غیر سمی و کارا برای حذف سیانید از محلول­های آبی در بستر سد باطله کارخانه فرآوری معدن زرشوران تکاب مورداستفاده قرار گیرد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Removal of cyanide from aqueous solutions using natural zeolite modified with cationic surfactant

نویسندگان [English]

  • Mehdi Soleymani Gharegol 1
  • Kazem Badv 2
  • Behzad Nemati Akhgar 3
1 PhD student, Faculty of Engineering, Department of Civil Engineering, Urmia University, Urmia, Iran
2 Professor, Faculty of Engineering, Department of Civil Engineering, Urmia University, Urmia, Iran
3 Assistant Professor, Faculty of Engineering, Department of Mining Engineering, Urmia University, Urmia, Iran
چکیده [English]

Cyanide is one of the most important and harmful pollutants released to the environment and as a result of industrial activities, aquatic environments are the most important route for exposure of living organisms to this pollutant. This research aimed to study the adsorption of cyanide by raw zeolite and modified zeolite with surfactant. Using the cationic surfactant of hexadecyltrimethylammonium bromide, the raw zeolite was modified. After the determination of prepared adsorbent properties and isothermal experiments, kinetics, the effect of pH, and the ionic strength of the stock solution was measured by batch tests. The XRD results confirmed the presence of clinoptilolite mineral in the structure of the raw zeolite and the surface coating of raw zeolite by surfactant after modification was observed by SEM images. The Langmuir, Freundlich and, Tamkin adsorption models showed an excellent ability to describe the cyanide adsorption isotherm using the studied adsorbent. The adsorption capacity of cyanide by modified zeolite was 3.97 mg /g, which is significantly increasing compared to the maximum adsorption capacity of raw zeolite cyanide (0.54 mg /g). Modelling of kinetic data showed that pseudo first-order and pseudo second-order models have an excellent ability to describe the adsorption kinetics of cyanide contaminants using natural and modified zeolites. Cyanide removal by surfactant-modified zeolite decreased with increasing pH and ionic strength of the stock solution. The results of this study showed that the modification of zeolite with surfactant could be used as a non-toxic and efficient adsorbent to remove cyanide from aqueous solutions in the bed of the tailings dams of the Zareshoran mine processing plant in Takab city of West Azerbaijan province of Iran.

کلیدواژه‌ها [English]

  • adsorption
  • Cyanide
  • Gold mine
  • Isotherm and kinetics of Adsorption
  • Modified natural zeolite
  • Surfactant
امیری، و.، 1399. ارزیابی هیدروژئولوژیکی سایت هیپ لیچینگ معدن مس سونگون (آذربایجان شرقی) و تحلیل پتانسیل آلودگی زیست‌محیطی. هیدروژئولوژی، 5(2): 154-174.
ملکوتیان، م.، نوری سپهر، م.، بحرینی، ش.، ضرابی، م.، 1395. بررسی کارایی زئولیت طبیعی و شکل اصلاح‌شده آن با سورفکتانت کاتیونی در جذب آنتی‌بیوتیک تتراسیکلین از محلول­های آبی. کومش، 17(3): 779-789.
Ashrafizadeh, S.N., Khorasani, Z., Gorjiara, M., 2008. Ammonia removal from aqueous solutions by Iranian natural zeolite. Sep. Sci. Technol, 43(4): 960-978.
Breck, D.W., 1964. Crystalline molecular sieves. J. Chem. Educ, 41(12): 678-689.
Adams, D., 2016. Gold Ore Processing: Project Development and Operations, Elsevier Science & Technology, New York, NY, USA,.
Dursun, A.Y., Çalık, A., Aksu, Z., 1999. Degradation of ferrous (II) cyanide complex ions by Pseudomonas fluorescens. Process biochemistry, 34(9): 901-908.
  Jaszczak, E., Polkowska, Z., Narkowicz, S., Namieśnik, J., 2017. Cyanides in the environment analysis problems and challenges. Environmental Science and Polluion Research, 24: 15929–15948.
Eletta, O.A.A., Ajayi, O.A., Ogunleye, O.O., Akpan, I.C., 2016. Adsorption of cyanide from aqueous solution using calcinated eggshells: Equilibrium and optimisation studies. Journal of Environmental Chemical Engineering, 4(1):1367-1375.
Foo, K.Y., Hameed, B.H., 2010. Insights into the modeling of adsorption isotherm systems. Chemical Engineering Journal, 156(1): 2-10.
Stavropoulos, G.G.Stavropoulos, G.S. Skodras, K.G. Papadimitriou 2013. Effect of solution chemistry on cyanide adsorption in activated carbon, Applied Thermal Engineering, 74: 182-185.
Ghasemi, N. and Rohani, S., 2019. Optimization of cyanide removal from wastewaters using a new nano-adsorbent containing ZnO nanoparticles and MOF/Cu and evaluating its efficacy and prediction of experimental results with artificial neural networks. Journal of Molecular Liquids, 285: 252-269.
Han, B., Shen, Z., Wickramasinghe, S.R., 2005. Cyanide removal from industrial wastewaters using gas membranes. Journal of membrane science, 257(1): 171-181.
Inyinbor, A.A., Adekola, F.A., Olatunji, G.A., 2016. Kinetics, isotherms and thermodynamic modeling of liquid phase adsorption of Rhodamine B dye onto Raphia hookerie fruit epicarp. Water Resources and Industry, 15: 14-27.
Isom, G.E., Way, J.L., 1984. Effects of oxygen on the antagonism of cyanide intoxication: cytochrome oxidase, in vitro. Toxicology and applied pharmacology, 74(1): 57-62.
Jaszczak, E., Polkowska, Z., Narkowicz., Namieśnik, J., 2017. Cyanides in the environment—analysis—problems and challenges", Environtal Science and Pollution Research, 24: 15929.
Kjeldsen, P., 1999.  Behaviour of cyanides in soil and groundwater: a review. Water, Air, and Soil Pollution, 115(1-4): 279-308.
Kumar, P.S., Kirthika, K., 2009. Equilibrium and kinetic study of adsorption of nickel from aqueous solution onto bael tree leaf powder. Journal of Engineering Science and Technology, 4(4): 351-363.
Razanamahandry, L.C., Onwordi, C.T., Saban, W., Bashir, A.K.H., Mekuto, L., Malenga, E., Manikandan, E., Fosso-Kankeu, E., Maaza, M., Ntwampe, S.K.O., 2019. Performance of various cyanide degrading bacteria on the biodegradation of free cyanide in water.Journal of Hazardous Materials, 380: 120900.
Mekuto, L., Kim, Y.M., Ntwampe, S.K., Mewa-Ngongang, M., Mudumbi, J.B., Dlangamandla, N., Itoba-Tombo, E.F., Akinpelu, E.A., 2019. Heterotrophic nitrification-aerobic denitrification potential of cyanide and thiocyanate degrading microbial communities under cyanogenic conditions. Environmental Engineering Research, 24(2): 254-62.
Logsdon, M.J., Hagelstein, K., Mudder, T., 1999. The management of cyanide in gold extraction: International Council on Metals and the Environment Ottawa.
Moussavi, G., Khosravi, R., 2010. Removal of cyanide from wastewater by adsorption onto pistachio hull wastes: Parametric experiments, kinetics and equilibrium analysis. Journal of Hazardous Materials, 183(1-3): 724-730.
Noroozi, R., Al-Musawi, T.J., Kazemian, H., Kalhori, E.M., Zarrabi, M., 2018. Removal of cyanide using surface-modified Linde Type-A zeolite nanoparticles as an efficient and eco-friendly material. Journal of Water Process Engineering, 21:44-51.
Stavropoulos, G.G., Skodras, G.S. Papadimitriou, K.G., 2015. Effect of solution chemistry on cyanide adsorption in activated carbon. Applied thermal engineering, 74: 182-185.
Torabian, A., Kazemian, H., Seifi, L., Bidhendi, G.N., Azimi, A.A., Ghadiri, S.K., 2010. Removal of petroleum aromatic hydrocarbons by surfactant‐modified natural zeolite: the effect of surfactant. CLEAN–Soil, Air, Water, 38(1): 77-83.
Waluyo, J., Richards, T., Makertihartha, I.G.B.N., Susanto, H., 2017. Modification of Natural Zeolite as a Catalystfor Steam Reforming of Toluene. Asean Journal of Chemical Engineering, 17(1): 37-45.