جذب سطحی فلزهای کادمیوم و سرب از محلولهای آبی به وسیله بیومس جلبک قهوه ای سیستوسرا ایندیکا

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

چکیده

در این تحقیق به بررسی جذب کاتیونهای کادمیوم و سرب از محلول آبی توسط جلبک قهوه ای به نام سیستوسرا ایندیکا پرداخته شده است. توانایی جذب این جلبک به مقداری زیادی تحت تأثیر pH محلول قرار دارد، یعنی با افزایش میزان pH محلول، مقدار جذب هر دو فلز به وسیله جلبک افزایش یافته است. مناسب ترین pH برای جذب زیستی این  فلزات بین 6 تا 7 بوده است. بیشترین جذب برای یون Cd(II) در مقادیر جذب 1 گرم و 5/2 گرم به ترتیب 1/79 درصد و 2/89 درصد و برای (Pb(II 2/73 و 69 درصد مشاهده گردید. از دیگر عوامل محیطی مؤثر در جذب این جلبک مدت زمان تماس جاذب و درجه حرارت محیط بوده است. با افزایش زمان از 10 به 40 دقیقه میزان جذب افزایش یافته و حداکثر جذب برای هر دو فلز در درجه حرارت بین 40 تا 50 درجه سانتی گراد مشاهده گردید. در این تحقیق اثر میزان غلظت بیومس جلبک در میزان جذب بررسی شد، که تغییر معنی دار در میزان جذب مشاهده نگردید. بررسیهای کینتیکی نیز نشان داد که معادله سرعت شبه درجه دوم برای هر دو فلز در مقادیر 1 و 5/2 گرم بیومس جلبک به ترتیب با ثابت سرعت  (کادمیوم،x 10-3 g mg-1 min-1 1/12، 14/11 و سرب  x 10-3 g mg-1 min-1 96/8، 41/12) بوده است. کینتیک جذب دو کاتیون توسط سیستوسیرا ایندیکا از مدل جذب کینتیکی درجه دوم پیروی می کند. نتایج نشان داده مدل فروندلیچ برای تفیسر تعادل جذب در مقایسه با مدل لانگموئیر بهتر می باشد.  آزمایشها نشان داد، جلبک سیستوسیرا ایندیکا جاذب مناسب و مقرون به صرفه جهت جذب فلز کادمیوم و نیکل از آب می باشد.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Adsorption of cadmium and lead ions from aqueous solution by brown algae Cystoseira indica

چکیده [English]

This research aims at investigating the biosorption of cadmium and lead cations from aqueous solution using brown alga, Cystoseira indica. Adsorption capacity of this alga affected on pH concentration, when pH of solution increases, the amount of both metals adsorptions by alga rise. Generally, the most suitable pH for biosorption of the alga ranges between 6 and 7, more specifically, the maximum adsorption rate for Cd (II) and Pb (II), for 1 g and 2.5 g were 79.1%, 89.2% and 73.2%, 69. % respectively. The other environmental factors which influence the adsorption of this alga include the time of adsorbent contact and environment temperature, when time increased from 10 to 40 minutes, the amount adsorption increased too. The maximum capacities of adsorption for both metals were in temperatures between 40 and 50 °C. This research also examined the effect of biomass concentration alga on the adsorption capacity. The obtained results indicated that there was no significant change in adsorption capacity. In addition, kinetic investigations showed that speed pseudo-second-order model equation of both metals for 1 and 2.5 g of alga biomass with constant speed were 11.14,12.1*10-3g mg-1 min-1 and 12.41,8.96*10-3 g mg-1 min-1 for cadmium and lead respectively. The results show that kinetic data fallow speed pseudo-second-order model. Experimental equilibrium data was fitted by Freundlich isotherm more than Langmuir isotherm. The results show that the alga Cystoseira indica can be used for treatment of aqueous solutions containing cadmium and lead as a low cost adsorbent. 

کلیدواژه‌ها [English]

  • adsorption
  • alga Cystoseira indica
  • Cadmium
  • Lead
  • adsorption isotherm

جذب سطحی فلزهای کادمیوم و سرب از محلولهای آبی به وسیله بیومس جلبک قهوه ای سیستوسرا ایندیکا 

ناصر جعفری1،* و سلمان احمدی اسبچین2

1 بابلسر، دانشگاه مازندران، دانشکده علوم پایه،گروه زیست شناسی

2 بابلسر، دانشگاه مازندران، دانشکده علوم پایه،گروه زیست شناسی سلولی و مولکولی

تاریخ دریافت: 3/7/90                 تاریخ پذیرش: 22/1/91 

چکیده

در این تحقیق به بررسی جذب کاتیونهای کادمیوم و سرب از محلول آبی توسط جلبک قهوه ای به نام سیستوسرا ایندیکا پرداخته شده است. توانایی جذب این جلبک به مقداری زیادی تحت تأثیر pH محلول قرار دارد، یعنی با افزایش میزان pH محلول، مقدار جذب هر دو فلز به وسیله جلبک افزایش یافته است. مناسب ترین pH برای جذب زیستی این  فلزات بین 6 تا 7 بوده است. بیشترین جذب برای یون Cd(II) در مقادیر جذب 1 گرم و 5/2 گرم به ترتیب 1/79 درصد و 2/89 درصد و برای (Pb(II 2/73 و 69 درصد مشاهده گردید. از دیگر عوامل محیطی مؤثر در جذب این جلبک مدت زمان تماس جاذب و درجه حرارت محیط بوده است. با افزایش زمان از 10 به 40 دقیقه میزان جذب افزایش یافته و حداکثر جذب برای هر دو فلز در درجه حرارت بین 40 تا 50 درجه سانتی گراد مشاهده گردید. در این تحقیق اثر میزان غلظت بیومس جلبک در میزان جذب بررسی شد، که تغییر معنی دار در میزان جذب مشاهده نگردید. بررسیهای کینتیکی نیز نشان داد که معادله سرعت شبه درجه دوم برای هر دو فلز در مقادیر 1 و 5/2 گرم بیومس جلبک به ترتیب با ثابت سرعت  (کادمیوم،x 10-3 g mg-1 min-1 1/12، 14/11 و سرب  x 10-3 g mg-1 min-1 96/8، 41/12) بوده است. کینتیک جذب دو کاتیون توسط سیستوسیرا ایندیکا از مدل جذب کینتیکی درجه دوم پیروی می کند. نتایج نشان داده مدل فروندلیچ برای تفیسر تعادل جذب در مقایسه با مدل لانگموئیر بهتر می باشد.  آزمایشها نشان داد، جلبک سیستوسیرا ایندیکا جاذب مناسب و مقرون به صرفه جهت جذب فلز کادمیوم و نیکل از آب می باشد.

واژه های کلیدی: جذب بیولوژیکی، جلبک سیستوسرا ایندیکا، کادمیوم، سرب، ایزوترم جذب.

* نویسنده مسئول، تلفن: 01125342451 ، پست الکترونیکی: [email protected]

مقدمه

 

توسعه واحدهای صنعتی جهان در طول سالهای گذشته موجب ورود مقادیر زیادی از فلزات سنگین به محیط زیست شده است، که به دنبال آن مشکلات زیادی برای موجودات زنده به ویژه آبزیان به وجود آمد. کادمیوم و سرب که کاربرد های متفاوتی در صنایع دارند در غلظتهای کم، سمی و برای موجودات خطرناک هستند(11). سرب و کادمیوم در صنایع مختلفی از جمله صنایع رنگ سازی، تولید پلاستیک و آلیاژهای فلزی، سرامیک و باتریهای کادمیوم، صنایع پالایش و ذوب سرب به کار می رود و به همین علت مقدار زیادی از آن از طریق پسابهای واحد های صنعتی به محیط زیست وارد می شوند(14). فلزات سنگین به دلیل ویژگی بزرگنمایی زیستی خود می تواند به آسانی در اکوسیستمهای مختلف به  پله های بالاتر زنجیره غذایی و در نهایت به بافتهای موجودات زنده از جمله انسان انتقال یابد. به همین دلیل وجود این ترکیبات شیمیایی خطرناک در محیط زیست همواره تهدید جدی برای سلامتی موجودات زنده و انسان به شمار می رود(14). امروزه بهره برداری از جلبکها در ابعاد صنعتی، کشاورزی، دارویی و غذایی بسیار توسعه یافته و تکنولوژی مدرن برای تولید و بهره برداری از جلبکها در کشور های صنعتی و پیشرفته جهان مورد استفاده قرار می گیرد. در کشور ایران علی رغم وجود منابع عظیم جلبکی در دریای عمان، خلیج فارس، دریای مازندران و دیگر منابع آب شیرین بایستی اذعان نمود که دانش جلبک شناسی و نیز جنبه های اقتصادی، صنعتی و کاربردهای اکولوژیکی و زیستی محیطی آنها ناشناخته مانده و تاکنون پژوهشهای جامع و کاربردی در خصوص این موجودات انجام نگرفته است.

در حال حاضر حذف  زیستی فلزات سنگین از فاضلابها و منابع آبی یکی از مهم ترین پژوهشهای جهانی در بخش محیط زیست می باشد که یک مکانیسم بسیار مؤثر در حذف آلاینده ها از محلولهای آبی است و از مهم ترین فواید تکنولوژی نوین جذب بیولوژیکی، می توان به کم هزینه بودن فرآیند، امکان تولید جاذب در مقادیر زیاد، کارآیی بالا، عدم تولید لجن و کاربری آن در شرایط مختلف محیطی و امکان بازیافت فلزات، اشاره نمود (16). فرآیند تصفیه زیستی آلاینده ها توسط موجودات مختلفی، از جمله جلبکها، باکتریها، قارچها، تک سلولیها و پروتوزوآها انجام می گیرد (7 و 10) اما به دلیل وجود ترکیبات پلی ساکاریدی مانند آلژینات و کاراژینتات در دیواره سلولی جلبکهای دریایی، آنها در مقایسه با سایر موجودات توانایی بالاتری در جذب بسیاری از فلزات دارند به همین علت در سالهای اخیر استفاده از جلبکها در فرآیند جذب زیستی بیشتر مورد توجه قرار گرفته است (8).

هدف از این تحقیق، جداسازی یونهای کادمیوم  (II)و سرب (II)  توسط جلبک قهوه ای Cystoseira indica و تأثیر پارامترهای مختلف در میزان جذب می باشد. سینتیک جذب با استفاده از معادلات سرعت درجه اول و درجه دوم مطالعه و همچنین چهار نوع از مدلهای جذب دو پارامتری برای مدل سازی مقدار جذب کادمیوم و سرب در جرمهای 1 و 5/2 گرم جلبک سیستوسرا ایندیکا استفاده گردید. 

مواد و روشها 

مواد شیمیایی و آماده سازی جلبک: برای تهیه محلولهای حاوی یون کادمیوم (II) و سرب (II)، از نمکهای Cd(NO3)2.2H2O و Pb(NO3)2 شرکت مرک MERCK استفاده شد. که برای تهیه محلول فلزی Cd(II) و Pb(II) به صورتPPM  1000، یک مقدار وزن شده از نمکها در آب مقطر دیونیزه حل گردید و برای تعیین غلظت دقیق محلولهای نمکی از دستگاه جذب اتمی استفاده شده است. بر ای بررسی اثراتpH ، زمان، دما و  غلظت اولیه محلول (40، 80 و 120 میلی گرم بر لیتر)، 100 سی سی محلول ppm 100 از هر فلز در یک ارلن 250 سی سی آماده شده و مقادیر مختلف بیومس خشک جلبک  (1 و 5/2 گرم)  به آن اضافه و روی شیکر قرار می گیرد. بعد از عمل اختلاط و جذب مخلوط از کاغذ صافی عبور داده می شود. برای تعیین مقدار فلز جذب شده از دستگاه جذب اتمی GBS  مدل Plus 932 استفاده شده است.

جلبک قهوه ای Cystoseira indica که از سواحل دریای عمان جمع آوری شده بود، در محل، با آب آشامیدنی شسته شده و به مدت چهل و هشت ساعت در معرض نور آفتاب، خشک شد. این جلبک ، در آزمایشگاه به کمک آسیاب، خرد شده و با الک (200-  RETSCH AS) به ذراتی با اندازه متوسط mm 1-5/0 دانه بندی شد. سپس با آب دوباره تقطیر شده، شسته و مدت بیست و چهار ساعت در دمای 80 درجه خشک شد. پس از خشک شدن، جلبک به هم می چسبد و ذرات بزرگتری ایجاد می شود که این امر به دلیل وجود اسیدهای آلژینات در جلبک و خاصیت چسبندگی اش است. بنابراین، لازم است جلبکها بعد از خشک شدن کامل، دوباره با دستگاه الک، به همان اندازه قبل، دانه بندی شوند. در این تحقیق از دستگاه اسپکتروفوتومتری جذب اتمی (AAS) مدل SpectrAA.20 از شرکت Varian جهت تعیین غلظت کادمیوم و سرب در محلولها و برای تعیین مقدار pH محلول از دستگاه Metrohm  استفاده شده است.

مطالعه مدلهای سینتیکی: سینتیک جذب، برای بررسی فرآیند کنترل کننده در سیستم جذب زیستی مانند انتقال جرم و پیشرفت واکنشهای شیمیایی به کار می رود. این مدلها شامل معادلات درجه اول و دوم می باشد که به صورت زیر است (2 و 3).

«1»         

که در این معادله K1 ثابت سرعت جذب بیولوژیکی بر حسب min-1 و qe و qt به ترتیب میزان جذب فلز در زمان تعادل و زمان t بر حسب mg/g بوده، با لگاریتم گیری از رابطه فوق معادله زیر به دست می آید:

«2»  

از برازش خطی این معادله بر داده های آزمایشی، می توان مقدار qe  و K1 را به دست آورد. برای به دست آوردن نقاط، حداکثر مقدارqe از داده های تجربی برای کادمیوم و سرب به ترتیب برابر mg/g 32/14 و 51/10 در جرمهای 5/2 گرم جلبک به دست آمد.

در مدل شبه درجه دوم که آن را به شکل زیر نشان می دهند:

«3»    

که در این معادله K2 ثابت سرعت واکنش درجه دوم بر حسب g/mg.min است. qe و qt همانند معادله شبه درجه اول هستند. با انتگرال گیری از معادله 3، رابطه زیر به دست می آید.

«4»    

که مقدار  K2و qe از محاسبه شیب و عرض از مبدا نمودار به دست می آید.

مدلهای ایزوترم جذب زیستی: مدلهای ایزوترم، نتایج آزمایشی را در قالب فرمولهای کاربردی با پارامترهای مفید در می آورد، به طوری که در طراحیها به راحتی قابل استفاده باشند. به عبارت دیگر، ایزوترم جذب نموداری از میزان جذب (qe) و غلظت تعادلی فلز (Ce) است. مدلهای ایزوترم جذب تعادلی دو پارامتری، شامل ایزوترمهای لانگمویر، فرویندلیش، تمکین و دوبینین- رادوشکویچ در این مطالعه استفاده شده است.

نتایج و بحث

اثر pH: یکی از پارامترهای مهم که در جذب زیستی فلزات سنگین تأثیر قابل ملاحظه ای می گذارد، pH اولیه محلول است. اثر pH روی جذب فلزات توسط جلبک مورد مطالعه گرفت و نتایج حاصل حاکی از آن است که pH های خیلی پایین و خیلی بالا منجر به کاهش میزان جذب می شوند (14). شکل1 نشان می دهد حداکثر حذف فلزCd(II) و Pb(II) از محلول توسط بیومس درحد فاصل pH 6 تا 7 می باشد که برای فلز کادمیوم حداکثر حذف در این حد فاصل برای مقادیر جاذب 1 و 5/2 گرم به ترتیب 1/79 درصد و 2/89 درصد و برای فلز سرب 2/73 درصد و 69 درصد به دست آمده است. در مقادیر pH پایین تر، بین یونهای مثبت H و یون فلزی برای اتصال به سطح جاذب رقابت به وجود می آید. در نتیجه میزان حذف فلز در pH های پایین کم است. به عبارت بهتر، در pH های پایین یونهای مثبت H بر روی سایتهای جذب، غلبه کرده و دسترسی کاتیونها به این سایتها در نتیجه نیروی دافعه محدود و سبب کاهش درصد جذب می شود.  با افزایش pH، جذب نیز افزایش می یابد که می توان گفت در این محدوده (خنثی و اسیدی ضعیف) اکثر فلزات، به صورت کاتیونهای محلول و آزاد برای جذب در دسترس قرار دارند (5).

 

شکل 1- اثر pH بر میزان درصد حذف Cd(II)  و Pb(II) توسط مقادیر مختلف جلبک  Cystoseira indica

  

شکل 2- اثر زمان  بر میزان درصد حذف Cd(II) و Pb(II) درpH=7 توسط  مقادیر مختلف جلبک Cystoseira indica 

اثر زمان تماس در جذب: شکل 2 نشان می دهد در 40 دقیقه اول تماس، میزان جذب افزایش چشمگیری با گذشت زمان دارد و بعد از گذشت زمان بیش از 50 دقیقه میزان جذب تغییر قابل ملاحظه ای با گذشت زمان ندارد. در این تحقیق نتایج  کاملاً مشابهی در جذب هر دو فلز بر حسب زمان مشاهده گردید. مطالعات گذشته نشان می دهد که سرعت بیولوژیکی و زمان جذب به میزان غلظت اولیه بستگی ندارد (12 و 15). برخی از تحقیقات انجام شده در مورد جذب فلز کبالت توسط Gracilaria corticota نشان می دهد با افزایش زمان، میزان جذب به طور قابل ملاحظه ای زیاد می شود (1).

اثر دما در جذب: شکل 3 نشان می دهد که با افزایش دما مقدار جذب افزایش می یابد. زیرا با افزایش دما تعداد برخوردها بین ذرات و سطح جاذب زیاد شده و میزان جذب افزایش می یابد (9).

ایزوترمهای جذب سطحی: مدلهای ایزوترم دو پارامتری با داده های به دست آمده از آزمایشها همخوانی دارد و محاسبات ریاضی نشان می دهد جذب از هر چهار مدل پیروی می کند.

مدل لانگمویر(Langmuir): جدول 1 ایزوترم جذب سطحی Langmuir را برای هر دو فلز نشان می دهد.

معادلات Langmuir بدین صورت می باشد:

 

«5»       

 

در این مدل،  Ceغلظت تعادلی فلز در محلول (mg/l)، qe میزان فلز جذب شده از محلول (mg/g) در حالت تعادل، qmax بیانگر تعداد کل سایتهای جاذب زیستی است که برای پیوند با فلزات در دسترس هستند. b ثابت تعادل جذب و نشان دهنده میل ترکیبی جاذب با جذب شونده است. معادله لانگمویر به صورت زیر به شکل خطی در می آید:

 

«6»   

 

مدل فریندلیچ (Freundlich): جدول 1 ایزوترم جذب سطحی Freundlich را برای هر دو فلز نشان می دهد.

معادله  Freundlich به شکل زیر است:

 

«7»   

 

  

شکل 3- اثر تغییرات دما در جذب سطحی Cd(II) و Pb(II) توسط مقادیر مختلف جلبک  Cystoseira indica

 

جدول 1 - پارامترهای ایزوترمی به دست آمده برای جذب کادمیوم و سرب توسط مقادیر متفاوت جلبک Cystoseira indica

ایزوترمهای تعادلی

جرم جلبک

پارامترها

Cd(II)

Pb(II)

 

 

Langmuir

 

 

 

1 گرم

qmax (mg/g)

21.61

18.32

b(L/mg)

0.162

0.112

R2

0.97

0.95

 

2.5 گرم

qmax (mg/g)

23.11

20.14

b(L/mg)

0.214

0.015

R2

0.98

0.99

 

 

Freundlich

 

 

 

1 گرم

KF(L/g)

0.411

0.362

n

2.134

3.156

R2

0.96

0.97

 

2.5 گرم

KF(L/g)

0.253

0.414

n

3.912

2.636

R2

0.97

0.97

 

 

Dubinin-Radushkevich 

 

1 گرم

qDR (mg/g)

43.112

21.175

BDR

0.009

0.006

R2

0.86

0.91

 

2.5 گرم

qDR (mg/g)

36.257

28.612

BDR

0.0006

0.008

R2

0.89

0.87

 

 

Temkin

 

1 گرم

bT (J/mol)

0.641

2.141

AT (L/g)

0.052

0.032

R2

0.96

0.94

 

2.5 گرم

bT (J/mol)

1.312

3.215

AT (L/g)

0.063

0.056

R2

0.97

0.98

 

جدول2- مقایسه بین پارامترهای سرعت جذب مدلهای سینتیکی شبه درجه اول و دوم و همچنین مقایسه qe تجربی با qe محاسبه شده در مقادیر متفاوت جلبک Cystoseira indica

پارامترها

مدل شبه درجه اول

مدل شبه درجه دوم

فلز

جرم جلبک

غلظتهای محلوم (mg/L)

qexp (mg/g)

تجربی

K1(×10-3)

qe

(mg/g)

R2

K2(×10-3)

qe

(mg/g)

R2

 

 

 

Cd(II)

 

1 گرم

40

1.18

2.11

0.95

0.99

2.10

2.14

0.99

80

6.99

5.32

5.14

0.86

3.21

8.12

0.99

120

4.25

7.12

6.45

0.91

12.1

4.15

0.83

 

2.5 گرم

40

4.11

3.94

3.24

0.95

11.14

3.21

0.84

80

14.32

2.14

2.65

0.98

8.61

15.14

0.92

120

8.91

5.32

3.47

0.85

5.69

5.32

0.89

 

 

 

Pb(II)

 

1 گرم

40

2.11

2.32

1.12

0.96

1.97

2.11

0.98

80

4.61

4.65

3.21

0.85

4.14

5.63

0.99

120

3.99

10.24

8.74

0.94

8.96

5.11

0.85

 

2.5 گرم

40

4.32

4.18

6.16

0.92

7.32

6.47

0.91

80

10.51

5.63

3.15

0.88

9.16

12.41

0.95

120

6.99

6.61

5.97

0.91

7.15

7.55

0.96

 

 

در این مدل، Ce غلظت تعادلی فلز در محلول (mg/l)، qe میزان فلز جذب شده از محلول (mg/g) در حالت تعادل، Kf و n ثابتهای جذب فریندلیچ می باشد (13). فرم لگاریتمی معادله فریندلیچ به صورت زیر است.

«8»   

مدل دوبینین - رادشکویچ Dubinin-Radushkevich: جدول 1 ایزوترم جذب سطحی Dubinin-Radushkevich  را برای هر دو فلز نشان می دهد.

معادله دوبینین-رادشکویچ به شکل زیر است:

«9»   

 

در این معادله  qDR و BDR، ثابتهای مدل دوبینین-رادشکویچ هستند که به ترتیب با واحدهای میلی گرم بر گرم و مجذور مول بر مجذور کیلوژول بیان می شوند. در این معادله DR  پتانسیل پولانی است.

مدل تمکین  Temkin: جدول 1 ایزوترم جذب سطحی Temkin را برای هر دو فلز نشان می دهد.

معادله تمکین به شکل زیر است.

   «10»

که bT ثابت تمکین است و با واحد ژول بر مول بیان می شود و با گرمای جذب، رابطه دارد. AT ثابت ایزوترم تمکین با واحد لیتر بر گرم،R   ثابت جهانی گازها J.K-1.mol-1) 8.314472(R= و T دمای مطلق بر مبنای کلوین است.

مدلهای ایزوترم جذب تعادلی دو پارامتری، شامل ایزوترمهای لانگمویر، فرویندلیش، تمکین و دوبینین- رادوشکویچ بر داده های حاصل از آزمایشهای جذب ایزوترم برازش داده شدند و ثابتهای هر مدل همراه با ضرایب همبستگی آنها در جدول 2 نشان داده شده است. از بررسی مدلهای ایزوترمهای جذب سطحی می توان نتیجه گیری نمود که در میان مدلهای ایزوترم دو پارامتری، مدل ایزوترم لانگمویر و مدل تمکین بهتر از سایر مدلها جذب زیستی را توصیف می نماید. مطالعه ضرایب همبستگی چهار نوع مدلهای ایزوترم نشان می دهد مدلهای(R2= 0.99 ) Langmuir  و Temkin (R2= 0.98 )  بیشتر از مدلهای  Freundlichو Dubinin-Radushkevich جذب بیولوژیکی را محاسبه نمود و حداکثر جذب کادمیوم و سرب از مدل لانگمویر به دست آمد، که به ترتیب معادل mg/g 11/23 و 14/20  بود. مقدار b در مدل ایزوترم لانگمویر برای کادمیوم و سرب به ترتیب برابر با L/mg 162/0 و 112/0 در مقادیر 1 گرم بیومس وL/mg 214/0 و 015/0 در غلظت 5/2 گرم بیومس به دست آمد.

نتایج مطالعه سینتیکی: میزان K1، K2، qexp  و qe در هر دو مدل سینتیکی در جدول 2 نشان داده شده است. مطالعه سینتیک جذب فلز به وسیله جلبک Cystoseira indica نشان داد که داده های تجربی هر دو فلز، با مدل سینتیکی درجه دوم، بهتر از مدل سینتیکی درجه اول بوده است. تغییرات غلظت بیومس نوسانات زیادی را در جذب به وجود نمی آورد. نتایج حاصل از مطالعات دیگر محققان نشان می دهد که افزایش غلظت بیومس خشک شده در محلول باعث می شود ذرات بیومس پودر شده به یکدیگر بچسبند و مانع دسترسی فلز به سطوح فعال بیومس شوند، لذا افزایش غلظت بیومس تأثیر چندانی در جذب نخواهد داشت (4).  حداکثر مقدار ثابت تعادلی واکنش شبه درجه دوم برای کادمیوم و سرب در جرمهای 1 گرم و 5/2 گرم جلبک به ترتیب برابر با x 10-3 g mg-1 min-1 1/12،x 10-3   14/11 (کادمیوم) وx 10-3  96/8،  x 10-3 16/9 (سرب) بوده است.

نتیجه گیری

جذب سطحی فلز به وسیله جاذب هی زیستی به عنوان یک فرآیند مؤثر در حذف یونهای فلزات سنگین از محلولهای آبی به شمار می رود. در این تحقیق اثر جاذب جلبک قهوه ای سیستوسرا ایندیکا در جذب کاتیونهای کادمیوم و سرب با توجه به اثر شرایطی مختلف محیطی مانند  pH، دما، زمان تماس و مقادیر مختلف جاذب مورد بررسی قرار گرفت. pH به عنوان یکی از عوامل مهم در مقدار جذب تأثیر محسوسی داشته و میزان pH مطلوب برای جلبک قهوه ایCystoseira indica  برای هر دو فلز pH= 7 به دست آمده است. به طور کلی می توان بیان نمود بیشترین جذب سطحی هر دو فلز در دامنهpH  بین 7-6 مشاهده شده است، که دلیل آن خروج هر دو فلز به شکل رسوب هیدروکسید از محلول در pH بالا می باشد (6).

سرعت جذب با افزایش زمان از 10 به 40 دقیقه افزایش می یابد. بر اساس داده های حاصل از این تحقیق می توان به این نتیجه رسید که مقادیر مختلف جاذب تأثیر محسوسی در میزان جذب هر دو فلز توسط جلبک نمی گذارد. هر چند بیشترین جذب برای هر دو فلز در میزان 5/2 گرم جاذب به دست آمد، ولی اختلاف معنی داری مشاهده نشد. با افزایش دما درصد جذب هر دو فلز افزایش می یابد، افزایش دما باعث افزایش انرژی جنبشی ذرات کاتیونهای موجود در محلول می شود که این تغییر باعث انتقال سریع تر و برخورد بیشتر آنها با جاذب، و در نتیجه باعث افزایش میزان جذب می شود. مطالعات سینتیکی این تحقیق نشان داد که داده های آزمایشگاهی هر دو فلز با مدل سینتیکی درجه دوم بهتر پیروی می نماید و داده های ایزوترمهای تعادلی هر دو فلز نشان می دهد که مدل ایزوترم لانگمویر بهتر از سایر ایزوترمهای دو پارامتری جذب زیستی را محاسبه نموده است. در نهایت با مطالعه جذب زیستی جلبک قهوه ای Cystoseira indica  می توان به این نتیجه رسید که اگر این جلبک به عنوان جاذب استفاده شود جاذب خوبی برای حذف فلزات سنگین از اکوسیستمهای آبی خواهد بود و نیز به دلیل وجود میزان بالایی از ترکیبات آلژینات در سطوح آنها بهتر از دیگر جاذبهای زیستی، پتانسیل جذب آلاینده های زیست محیطی را دارد.

1. اسماعیلی ا، بیرامی ی، روستائیان ع، بیرامی ا(1389) بررسی جذب بیولوژیکی یون Co(II) از محلول آبی توسط جلبک گراسیلاریا. علوم و تکنولوژی محیط زیست، شماره 1، صفحه: 21-28.
 
2. Chen Z, Ma W, Han M (2008) Biosorption of nickel and copper onto treated alga (Undria Pinnatifida): Application of isotherm and kinetics study. Journal of Hazardous Material, 155:  327-333.
3. Cruz CCV, Costa ACA, Henriques, CA , Luna AS (2004) Kinetic   modeling and equilibrium studies during cadmium biosorption by dead Sargassum sp. biomass. Bioresource Technology 91:  249-257. 
4. Ekmekyapar F, Kemal Bayhan Y, Cakici A (2006) Biosorption of copper by nonliving lichen biomass of Cladonia rangiformis Hoffm. Journal of Hazardous Material, 137: 293–298.
5. Esteves, AJP, Valdman E, Leite SGF(2000). Repeated removal of cadmium and zinc from an industrial effluent by waste biomass Sargassum sp. Biotechnology Letters, 22: 499-502.
6. Ghasemi M, Keshtkar AR, Dabbagh R, Jaber Safdari S (2011) Biosorption of uranium in a continuous flow packed bed using Cystoseira indica biomass. Iranian Journal of Environmental Health Science & Engineering ,8:65-74
7. Hansen HK, Ribeiro A, Mateus E (2006) Biosorption of arsenic (V) with Lessonia nigrescens. Mineral Engineering 19(5): 486–490.
8. Holan, ZR, Volesky B, Prasetyo I(1993) Biosorption of cadmium by biomass of marine algae. Biotechnologe. Bioengeneering. 41: 819–825. 
9. Holan Z.R.,Volesky B (1995) Accumulation of cadmium,lead,and nickel by fungal and wood.,B., biosorbents. Applied Biochemistry and Biotechnology,53:133-146.
10. Iyer, A, Mody K, Jha B(2005) Biosorption of heavy metals by a marine bacterium. Marine Pollutant Bulletin 50(3): 340–343.
11. Kapoor A , Viraraghavan.T (1997) Biosorption of heavy metals on Aspergillus     Niger:Effect of pretreatment. Bioresource Technology 63: 109 – 113.
12. Sag Y, Acikel U, Aksu Z, Kutsal T (1998) A comparative study for the simultaneous biosorption of Cr (VI) and Fe (III) on Calluna  vulgaris and Rhizopus arrhizus: application of the competitive adsorption models. Process Biochemistry, 33(3): 273-281. 
13. Sheng PX, Ting YP, Chen JP, Hong L(2004) Sorption of lead, copper, cadmium, zinc, and nickel by marine algal biomass: characterization of biosorptive capacity and investigation of mechanisms. Journal of Colloid and Interface Science, 275: 131-141.
14. Tunali S, Akar T, Ozcan AS, Kiran I, Ozcan A(2006) Equilibrium and kinetics of biosorption of lead (II) from aqueous solutions by Cephalosporium aphidicola. Separation and Purification Technology. 47(3): 105–112.
15. Ulku Y., Ayla D, Filiz BD , Gulay O(2000) The removal of Pb by Phanerochaet chrysosporium. Water Research, 34(16): 4090-4100.
16. Xeu HB, Stumm W, Sigg L (1988) The binding of heavy metal to algal surface. Water Research, 22: 917-922.
 
 
  • تاریخ دریافت: 03 مهر 1390
  • تاریخ بازنگری: 29 اسفند 1390
  • تاریخ پذیرش: 22 فروردین 1391
  • تاریخ اولین انتشار: 01 خرداد 1393