مواد و فناوری‌های پیشرفته

مواد و فناوری‌های پیشرفته

بررسی اثر پارامترهای مؤثر بر جداسازی فلزات سنگین سرب، آرسنیک و کادمیم از پساب با استفاده از سیستم‌های دوفازی آبی

نوع مقاله : مقاله کامل پژوهشی

نویسندگان
محمدرضا رحیمی پور 1
افشین همتا 2
1 استاد، پژوهشکده سرامیک، پژوهشگاه مواد و انرژی، کرج، ایران
2 استادیار، باشگاه پژوهشگران جوان و نخبگان، واحد تهران مرکزی، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران، ایران
10.30501/jamt.2022.349039.1232
چکیده
در این پژوهش، سیستم‌های دوفازی آبی بر پایه دکستران، به‌منزله سیستم دوستدار محیط زیست، برای استخراج یون‌های فلزی به‌کار رفته است که در آن از نمک سدیم سیترات یا سدیم فسفات برای ایجاد منطقه دوفازی استفاده‌ شده است. دما، pH، میزان یون فلزی موجود در پساب و میزان استخراج‌کننده ازجمله عوامل تأثیرگذار بر استخراج در سیستم‌های دوفازی آبی هستند که در این تحقیق بررسی شده است. بدین‌منظور اثر pH بر استخراج یون‌های فلزی سرب، آرسنیک و کادمیم در سطوح 7 تا 10 بررسی ‌شده و آزمایش‌ها در دماهای 5 تا 45 درجه‌ سلسیوس تکرار شده است. نتایج آزمایشگاهی حاکی از آن است که یون‌های فلزی کادمیم و سرب در سیستم دکستران/سدیم فسفات می‌توانند تا 100 درصد حذف شوند، ولی یون فلزی آرسنیک حداکثر 88 درصد قابلیت جداسازی دارد. در سیستم دکستران/سدیم سیترات، امکان جداسازی 100درصدی یون‌های فلزی کادمیم و آرسنیک وجود دارد، ولی حداکثر جداسازی سرب60 درصد خواهد بود. برای بررسی تعادل ترمودینامیکی در سیستم‌های دوفازی آبی، از مدل‌ UNIQUAC استفاده شده است. نتایج نشان می‌دهد که این مدل توانایی مدل‌سازی سیستم‌های دوفازی آبی حاوی یون‌های فلزی را دارد و میزان خطای آن‌ها از نتایج تجربی حدود 1 درصد است. خط برازش‌شده بین ضریب توزیع تجربی و ضریب توزیع به‌دست‌آمده از داده‌های مدل‌سازی دارای R2 بالاتر از 99/0 است. این نتایج توانایی مدل پیشنهادی را برای پیش‌بینی ضریب توزیع یون فلزی در سیستم‌های بررسی‌شده نشان می‌دهد.
کلیدواژه‌ها
فلزات سنگین
پساب پالایشگاهی
سیستم های دو فازی آبی
مدل‌سازی ترمودینامیکی

موضوعات

عنوان مقاله English

Investigation of the Effect of Different Parameters on the Separation of Lead, Arsenic, and Cadmium Ions from Wastewater using Aqueous Two-Phase Systems

نویسندگان English

Mohammad Reza Rahimipoor 1
Afshin Hamta 2
1 Professor, Department of Ceramic, Materials and Energy Research Center, Karaj, Iran
2 Assistant Professor, Young Researchers and Elite Club, Central Tehran Branch, Islamic Azad University, Tehran, Iran
چکیده English

In this study, dextran-based Aqueous Two-Phase Systems (ATPS) were used as the environmentally-friendly systems for extraction of metal ions. To this end, sodium citrate or sodium phosphate was used to create the two-phase region. The temperature, pH, metal ion concentration in wastewater, and amount of extractant were among the factors affecting the extraction efficiency in aqueous two-phase systems that were investigated in this study. For this purpose, the effect of pH on the extraction of lead, arsenic, and cadmium ions was investigated at the pH levels of 7-10, and the experiments were repeated at the temperatures ranging from 5 to 45 degrees Celsius. The laboratory results showed that cadmium and lead ions could be removed up to 100 % in the dextran/sodium phosphate system while the maximum separation of the lead ions was 60 % in the dextran/sodium citrate system. The maximum separation of arsenic ions was found to be 88 %. The UNIQUAC model was used to investigate the thermodynamic equilibrium in the aqueous two-phase systems. According to the obtained results, the proposed model could accurately predict the distribution coefficient of the metal ions in the ATPS. The error rate of the model was approximately 1 %. The proposed model can also be used to predict the distribution coefficient of the metal ions in the ATPS.

کلیدواژه‌ها English

Heavy Metals
Refinery Effluent
Two-Phase Aqueous System
Thermodynamic Modeling
  1. Hamta, A., Dehghani, M. R., Gholami, M., "Novel experimental data on aqueous two–phase system containing PEG–6000 and Na2CO3 at T = (293.15, 303.15 and 313.15) K", Journal of Molecular Liquids, Vol. 241, (2017), 144-149. https://doi.org/10.1016/j.molliq.2017.05.149
  2. Wen, X., Li, F., Zhao, X., "Removal of nuclides and boron from highly saline radioactive wastewater by direct contact membrane distillation", Desalination, Vol 394, (2016), 101-107. https://doi.org/10.1016/j.desal.2016.05.001
  3. Ahmad, T., Guria, C., Mandal, A., “Synthesis, characterization and performance studies of mixed-matrix poly (vinyl chloride)-bentonite ultrafiltration membrane for the treatment of saline oily wastewater”, Process Safety and Environmental Protection, Vol. 116, (2018), 703–717. https://doi.org/10.1016/j.psep.2018.03.033
  4. Sato, T., Takahashi, R., “Competition between the micellization and the liquid–liquid phase separation in amphiphilic block copolymer solutions”, Polymer Journal, Vol. 49, No. 2, (2017), 273–277. https://doi.org/10.1038/pj.2016.110
  5. Hino, T., Song, Y., Prausnitz, J. M., “Liquid-liquid equilibria for copolymer mixtures from a perturbed hard-sphere-chain equation of state”, Macromolecules, Vol. 27, No. 20, (1994), 5681–5690. https://doi.org/10.1021/ma00098a023
  6. Hamta, A., Mohammadi, A., Dehghani, M. R., Feyzi, F., “Liquid–Liquid Equilibrium and Thermodynamic Modeling of Aqueous Two-Phase System Containing Polypropylene Glycol and NaClO 4 at T=(288.15 and 298.15) K”, Journal of Solution Chemistry, Vol. 47, No. 1, (2018), 1–25. https://doi.org/10.1007/s10953-017-0704-x
  7. Zaslavsky, B. Y. Aqueous two-phase partitioning: physical chemistry and bioanalytical, (1994). https://doi.org/10.1016/0014-5793(95)90055-1
  8. Zaslavsky, B. Y., “Bioanalytical applications of partitioning in aqueous polymer two-phase systems”, Analytical Chemistry, Vol. 64, No. 15, (1992), 765-773. https://doi.org/10.1021/ac00039a718
  9. Velho, P., Oliveira, I., Gómez, E., Macedo, E. A., “pH Study and Partition of Riboflavin in an Ethyl Lactate-Based Aqueous Two-Phase System with Sodium Citrate”, Journal of Chemical & Engineering Data, (2022). https://doi.org/10.1021/acs.jced.1c00909
  10. Iqbal, M., Tao, Y., Xie, S., Zhu, Y., Chen, D., Wang, X., Shabbir, M. A. B., “Aqueous two-phase system (ATPS): an overview and advances in its applications”, Biological Procedures Online, Vol. 18, No. 1, (2016), 1–18. https://doi.org/10.1186/s12575-016-0048-8
  11. Jiang, Z., Zhao, S., Yang, M., Song, M., Li, J., Zheng, J., “Structurally stable sustained-release microcapsules stabilized by self-assembly of pectin-chitosan-collagen in aqueous two-phase system”, Food Hydrocolloids, Vol. 125, (2022), 107413. https://doi.org/10.1016/j.foodhyd.2021.107413
  12. Yao, T., Li, H., Ren, Y., Feng, M., Hu, Y., Yan, H., Peng, L., “Extraction and recovery of phenolic compounds from aqueous solution by thermo-separating magnetic ionic liquid aqueous two-phase system”, Separation and Purification Technology, Vol. 282, (2022), 120034. https://doi.org/10.1016/j.seppur.2021.120034
  13. Chen, Q., Zhang, Y., Chen, H., Liu, J., Liu, J., “Enhancing the Sensitivity of DNA and Aptamer Probes in the Dextran/PEG Aqueous Two-Phase System”, Analytical Chemistry, Vol. 93, No. 24, (2021), 8577–8584. https://doi.org/10.1021/acs.analchem.1c01419
  14. Alves, R. O., de Oliveira, R. L., da Silva, O. S., Porto, A. L. F., Porto, C. S., Porto, T. S., “Extractive fermentation for process integration of protease production by Aspergillus tamarii Kita UCP1279 and purification by PEG-Citrate Aqueous Two-Phase System”, Preparative Biochemistry & Biotechnology, Vol. 52, No. 1, (2022), 30–37. https://doi.org/10.1080/10826068.2021.1904257
  15. Rodrigues Barreto, C. L., de Sousa Castro, S., Cardozo de Souza Júnior, E., Veloso, C. M., Alcântara Veríssimo, L. A., Sampaio, V. S., Ferreira Bonomo, R. C., “Liquid–liquid equilibrium data and thermodynamic modeling for aqueous two-phase system peg 1500+ sodium sulfate+ water at different temperatures”, Journal of Chemical & Engineering Data, Vol. 64, No. 2, (2019), 810–816. https://doi.org/10.1021/acs.jced.8b01113
  16. Zakhodyaeva, Y. A., Rudakov, D. G., Solov’ev, V. O., Voshkin, A. A., Timoshenko, A. V., “Liquid–liquid equilibrium of aqueous two-phase system composed of poly (ethylene oxide) 1500 and sodium nitrate”, Journal of Chemical & Engineering Data, Vol. 64, No. 3, (2019), 1250–1255. https://doi.org/10.1021/acs.jced.8b01138
  17. de Lemos, L. R., da Rocha Patrício, P., Rodrigues, G. D., de Carvalho, R. M. M., da Silva, M. C. H., da Silva, L. H. M., “Liquid–liquid equilibrium of aqueous two-phase systems composed of poly (ethylene oxide) 1500 and different electrolytes ((NH4) 2SO4, ZnSO4 and K2HPO4): Experimental and correlation”, Fluid Phase Equilibria, Vol. 305, No. 1, (2011), 19–24. https://doi.org/10.1016/j.fluid.2011.03.001
  18. Roy, K., Lahiri, S. “Extraction of Hg (I), Hg (II) and methylmercury using polyethylene glycol based aqueous biphasic system”, Applied Radiation and Isotopes, Vol. 67, No. 10, (2009), 1781–1784. https://doi.org/10.1016/j.apradiso.2009.05.018
  19. Bulgariu, L., Bulgariu, D. “Selective extraction of Hg (II), Cd (II) and Zn (II) ions from aqueous media by a green chemistry procedure using aqueous two-phase systems”, Separation and Purification Technology, 118, (2013), 209–216. https://doi.org/10.1016/j.seppur.2013.07.007
  20. Fontana, D., Ricci, G., “Poly (ethylene glycol)-based aqueous biphasic systems: effect of temperature on phase equilibria and on partitioning of 1, 10-phenanthroline–copper (II) sulphate complex”, Journal of Chromatography B: Biomedical Sciences and Applications, Vol. 743, No. 1–2, (2000), 231–234. https://doi.org/10.1016/S0378-4347(00)00179-1

 

 

مواد و فناوری‌های پیشرفته
دوره 12، شماره 2
تابستان 1402
صفحه 29-38

  • تاریخ دریافت 12 تیر 1401
  • تاریخ بازنگری 24 تیر 1401
  • تاریخ پذیرش 26 تیر 1401