دوره 12، شماره 2 - ( 12-1403 )
جلد 12 شماره 2 صفحات 190-171 |
برگشت به فهرست نسخه ها
Download citation:
BibTeX | RIS | EndNote | Medlars | ProCite | Reference Manager | RefWorks
Send citation to:
BibTeX | RIS | EndNote | Medlars | ProCite | Reference Manager | RefWorks
Send citation to:
Alavi E A, Saffari M, Modiri S, Yari H. Modeling and optimization of nickel (II) ion removal from aqueous solutions using sodium carboxymethyl cellulose hydrogel crosslinked with ferric chloride. J Environ Health Eng 2025; 12 (2) :171-190
URL: http://jehe.abzums.ac.ir/article-1-1083-fa.html
URL: http://jehe.abzums.ac.ir/article-1-1083-fa.html
علوی انسیه السادات، صفاری محبوب، مدیری سینا، یاری حسین. مدل‌سازی و بهینه‌سازی حذف یون نیکل (Ⅱ) از محلول‌های آبی توسط هیدروژل سدیم کربوکسی‌متیل‌سلولز اتصال عرضی شده با کلرید فریک. مجله مهندسی بهداشت محیط. 1403; 12 (2) :171-190
گروه محیط‌زیست، پژوهشگاه علوم و تکنولوژی پیشرفته و علوم محیطی، دانشگاه تحصیلات تکمیلی صنعتی و فناوری پیشرفته، کرمان، ایران
چکیده: (315 مشاهده)
زمینه و هدف: در سال‌های اخیر، استفاده از پلیمرهای زیست‌سازگار و تجدیدپذیر به‌عنوان جاذب‌های کارآمد برای حذف فلزات سنگین از منابع آبی، توجه زیادی را به خود جلب کرده است. در این پژوهش، کارایی هیدروژل سدیم کربوکسی‌متیل سلولز (CMC) اتصال عرضی‌شده با کلرید فریک به‌عنوان یک جاذب ارزان‌قیمت و مؤثر برای حذف نیکل از محلول‌های آبی مورد بررسی قرار گرفت.
مواد و روش ها: در این پژوهش، هیدروژل CMC از طریق فرآیند اتصال عرضی شیمیایی با کلرید فریک سنتز شد. ویژگی‌های ساختاری این هیدروژل با استفاده از طیف‌سنجی مادون قرمز (FTIR) و میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) مورد ارزیابی قرار گرفت. شرایط بهینه برای حذف نیکل با بهره‌گیری از روش سطح پاسخ (مدل باکس-بنکن) و بررسی تأثیر متغیرهای کلیدی شامل غلظت اولیه نیکل، pH، دوز جاذب و زمان تماس تعیین شد.
یافته ها: تحلیل‌های FTIR و SEM نشان دادند که گروه‌های عامل کربوکسیل و هیدروکسیل موجود در ساختار هیدروژل و مورفولوژی خاص آن، جذب نیکل از محلول‌های آبی را از طریق مکانیسم‌های احتمالی مانند کلاتاسیون، برهم‌کنش‌های الکترواستاتیکی و تشکیل پیوندهای کوئوردیناسیونی تسهیل می‌کنند. بالاترین میزان حذف نیکل (%۸۸/۸۷) در شرایطی با غلظت اولیه۸۰ppm و pH ۷/۵، مقدار جاذب ۱/۵ گرم در لیتر و زمان تماس ۳۰ دقیقه حاصل شد. بررسی اثر متغیرها نشان داد که افزایش pH باعث بهبود حذف نیکل می‌شود، درحالی‌که دوز جاذب و زمان تماس تأثیر کمتری بر میزان حذف داشتند. همچنین، نتایج نشان داد که مدل آماری درجه دوم کاهش‌یافته (باکس-بنکن) به‌طور مؤثر داده‌های آزمایشگاهی را توصیف کرده و مقادیر پیش‌بینی شده آن با مقادیر مشاهده‌شده تطابق خوبی دارد.
نتیجه گیری: نتایج مطالعه حاضر نشان از کارایی بالای هیدروژل CMC به‌عنوان یک جاذب پلیمری مؤثر در حذف یون نیکل از محلول‌های آبی با آلودگی متوسط، داشت. همچنین، نتایج به‌طور واضح بیان می‌کنند که حذف نیکل توسط این جاذب به‌شدت تحت تأثیر عوامل غلظت اولیه نیکل و pH محلول قرار دارد. در عین حال، اثرات زمان و دوز جاذب در مراحل بعدی فرایند از اهمیت زیادی برخوردار نبودند. برای مطالعات آینده، پیشنهاد می‌شود که ساختار CMC از طریق روش‌های پیشرفته اتصال عرضی اصلاح شده و ترکیب آن با مواد معدنی به‌منظور افزایش سطح ویژه، بار سطحی و در نهایت بهبود عملکرد و افزایش ظرفیت جذب مورد بررسی قرار گیرد.
فهرست منابع
1. Sodhi KK, Mishra LC, Singh CK, et al. Perspective on the heavy metal pollution and recent remediation strategies. Curr Res Microbiol Sci. 2022; 3: 100166. [DOI:10.1016/j.crmicr.2022.100166]
2. Genchi G, Carocci A, Lauria G, et al. Nickel: Human health and environmental toxicology. Int J Environ Res Public Health. 2020; 17(3): 679. [DOI:10.3390/ijerph17030679]
3. Satyam S, Patra S. Innovations and challenges in adsorption‐based wastewater remediation: A comprehensive review. Heliyon. 2024; 10: e29573. [DOI:10.1016/j.heliyon.2024.e29573]
4. Godiya CB, Liang M, Sayed SM, et al. Novel alginate/polyethyleneimine hydrogel adsorbent for cascaded removal and utilization of Cu2+ and Pb2+ ions. J Environ Manage. 2019; 232: 829-841. [DOI:10.1016/j.jenvman.2018.11.131]
5. Ismail UM, Vohra MS, Onaizi SA. Adsorptive removal of heavy metals from aqueous solutions: Progress of adsorbents development and their effectiveness. Environ Res. 2024; 118562. [DOI:10.1016/j.envres.2024.118562]
6. Hossain MS, Hossain MM, Khatun MK, et al. Hydrogel-based superadsorbents for efficient removal of heavy metals in industrial wastewater treatment and environmental conservation. Environ Functional Mater. 2024; 2(2): 142-158. [DOI:10.1016/j.efmat.2024.01.001]
7. Mittal H, Ray SS, Okamoto M. Recent progress on the design and applications of polysaccharide‐based graft copolymer hydrogels as adsorbents for wastewater purification. Macromol Mater Eng. 2016; 301(5): 496-522. [DOI:10.1002/mame.201500399]
8. Kanikireddy V, Varaprasad K, Jayaramudu T, et al. Carboxymethyl cellulose-based materials for infection control and wound healing: A review. Int J Biol Macromol. 2020; 164: 963-975. [DOI:10.1016/j.ijbiomac.2020.07.160]
9. Rahman MS, Hasan MS, Nitai AS, et al. Recent developments of carboxymethyl cellulose. Polymers. 2021; 13(8): 1345. [DOI:10.3390/polym13081345]
10. Kurt BZ, Uckaya F, Durmus Z. Chitosan and carboxymethyl cellulose based magnetic nanocomposites for application of peroxidase purification. Int J Biol Macromol. 2017; 96: 149-160. [DOI:10.1016/j.ijbiomac.2016.12.042]
11. Yang S, Fu S, Liu H, et al. Hydrogel beads based on carboxymethyl cellulose for removal heavy metal ions. J Appl Polym Sci. 2011; 119(2): 1204-1210. [DOI:10.1002/app.32822]
12. Hiroki A, Tran HT, Nagasawa N, et al. Metal adsorption of carboxymethyl cellulose/carboxymethyl chitosan blend hydrogels prepared by Gamma irradiation. Radiat Phys Chem. 2009;78(12): 1076-1080. [DOI:10.1016/j.radphyschem.2009.05.003]
13. Zhang Y, Liu Y, Wang X, et al. Porous graphene oxide/carboxymethyl cellulose monoliths, with high metal ion adsorption. Carbohydr Polym. 2014; 101: 392-400. [DOI:10.1016/j.carbpol.2013.09.066]
14. Salama A, Shukry N, El-Sakhawy M. Carboxymethyl cellulose-g-poly (2-(dimethylamino) ethyl methacrylate) hydrogel as adsorbent for dye removal. Int J Biol Macromol. 2015; 73: 72-75. [DOI:10.1016/j.ijbiomac.2014.11.002]
15. Wei W, Kim S, Song MH, et al. Carboxymethyl cellulose fiber as a fast binding and biodegradable adsorbent of heavy metals. J Taiwan Inst Chem Eng. 2015; 57: 104-110. [DOI:10.1016/j.jtice.2015.05.019]
16. Shui T, Feng S, Chen G, et al. Synthesis of sodium carboxymethyl cellulose using bleached crude cellulose fractionated from cornstalk. Biomass Bioenergy. 2017; 105: 51-58. [DOI:10.1016/j.biombioe.2017.06.016]
17. Lakshmi DS, Trivedi N, Reddy CRK. Synthesis and characterization of seaweed cellulose derived carboxymethyl cellulose. Carbohydr Polym. 2017; 157: 1604-1610. [DOI:10.1016/j.carbpol.2016.11.042]
18. Chen G, Tang W, Wang X, et al. Applications of hydrogels with special physical properties in biomedicine. Polymers. 2019; 11(9): 1420. [DOI:10.3390/polym11091420]
19. Buhus G, Popa M, Desbrieres J. Hydrogels based on carboxymethylcellulose and gelatin for inclusion and release of chloramphenicol. J Bioact Compat Polym. 2009; 24(6): 525-545. [DOI:10.1177/0883911509349687]
20. Tavera-Quiroz MJ, Díaz JJ F, Pinotti A. Characterization of methylcellulose based hydrogels by using citric acid as a crosslinking agent. Int J Appl Eng Res. 2018; 13(17): 13302-13307.
21. Uyanga KA, Iamphaojeen Y, Daoud WA. Effect of zinc ion concentration on crosslinking of carboxymethyl cellulose sodium-fumaric acid composite hydrogel. Polymer. 2021; 225: 123788. [DOI:10.1016/j.polymer.2021.123788]
22. Tuan Mohamood NFAZ, Abdul Halim AH, Zainuddin N. Carboxymethyl cellulose hydrogel from biomass waste of oil palm empty fruit bunch using calcium chloride as crosslinking agent. Polymers. 2021; 13(23): 4056. [DOI:10.3390/polym13234056]
23. Ouyang K, Zhuang J, Chen C, et al. Gradient diffusion anisotropic carboxymethyl cellulose hydrogels for strain sensors. Biomacromolecules. 2021; 22(12): 5033-5041. [DOI:10.1021/acs.biomac.1c01003]
24. Liu J, Zhang C, Zhang L, et al. Preparation and properties of carboxymethyl cellulose hydrogels. Ferroelectrics. 2019; 547(1): 37-43. [DOI:10.1080/00150193.2019.1592481]
25. Riyajan SA, Nuim J. Interaction of green polymer blend of modified sodium alginate and carboxylmethyl cellulose encapsulation of turmeric extract. Int J Polym Sci. 2013; 2013(1): 364253. [DOI:10.1155/2013/364253]
26. Bulut E, Şanlı O. Novel ionically crosslinked acrylamide-grafted poly (vinyl alcohol)/sodium alginate/sodium carboxymethyl cellulose pH-sensitive microspheres for delivery of Alzheimer's drug donepezil hydrochloride: Preparation and optimization of release conditions. Artif Cells Nanomed Biotechnol. 2016; 44(2): 431-442. [DOI:10.3109/21691401.2014.962741]
27. Saffari M, Moazallahi M. Comparative evaluation of nickel ions removal from aqueous solutions using hydrochar and biochar of cypress cones. Int J Global Warming. 2022; 27(3): 247-270. [DOI:10.1504/IJGW.2022.10048913]
28. Hidayat S, Ardiaksa P, Riveli N, et al. Synthesis and characterization of carboxymethyl cellulose (CMC) from salak-fruit seeds as anode binder for lithium-ion battery. J Phys Conf Ser. 2018; 1080(1): 012017. [DOI:10.1088/1742-6596/1080/1/012017]
29. Fan L, Peng M, Zhou X, et al. Modification of carboxymethyl cellulose grafted with collagen peptide and its antioxidant activity. Carbohydr Polym. 2014; 112: 32-38. [DOI:10.1016/j.carbpol.2014.05.056]
30. Jin HX, Xu HP, Wang N, et al. Fabrication of carboxymethylcellulose/metal-organic framework beads for removal of Pb (II) from aqueous solution. Materials. 2019; 12(6): 942. [DOI:10.3390/ma12060942]
31. Grządka E, Matusiak J, Bastrzyk A, et al. CMC as a stabiliser of metal oxide suspensions. Cellulose. 2020; 27(4): 2225-2236. [DOI:10.1007/s10570-019-02930-y]
32. Nadagouda MN, Varma RS. Synthesis of thermally stable carboxymethyl cellulose/metal biodegradable nanocomposites for potential biological applications. Biomacromolecules. 2007; 8(9): 2762-2767. [DOI:10.1021/bm700446p]
33. Wang LY, Wang MJ. Removal of heavy metal ions by poly (vinyl alcohol) and carboxymethyl cellulose composite hydrogels prepared by a freeze-thaw method. ACS Sustainable Chem Eng. 2016; 4(5): 2830-2837. [DOI:10.1021/acssuschemeng.6b00336]
34. Zong P, Cao D, Cheng Y, et al. Carboxymethyl cellulose supported magnetic graphene oxide composites by plasma induced technique and their highly efficient removal of uranium ions. Cellulose. 2019; 26: 4039-4060. [DOI:10.1007/s10570-019-02358-4]
35. Basivi PK, Pasupuleti VR, Hamieh T. Surface thermodynamic properties of sodium carboxymethyl cellulose by inverse gas chromatography. Chem Eng J Adv. 2022; 9: 100207. [DOI:10.1016/j.ceja.2021.100207]
36. Hong HJ, Lim JS, Hwang JY, et al. Carboxymethlyated cellulose nanofibrils (CMCNFs) embedded in polyurethane foam as a modular adsorbent of heavy metal ions. Carbohydr Polym. 2018; 195: 136-142. [DOI:10.1016/j.carbpol.2018.04.081]
37. Manzoor K, Ahmad M, Ahmad S, et al. Removal of Pb (ii) and Cd (ii) from wastewater using arginine cross-linked chitosan-carboxymethyl cellulose beads as green adsorbent. RSC Adv. 2019; 9(14): 7890-7902. [DOI:10.1039/C9RA00356H]
38. Gasemloo S, Khosravi M, Sohrabi MR, et al. Response surface methodology (RSM) modeling to improve removal of Cr (VI) ions from tannery wastewater using sulfated carboxymethyl cellulose nanofilter. J Clean Prod. 2019; 208: 736-742. [DOI:10.1016/j.jclepro.2018.10.177]
39. Abdolmaleki AY, Eisazadeh H, Taghipour Z, et al. Effect of various agents on removal of Nickel from aqueous solution using polypyrrole as an adsorbent. J Eng Sci Technol. 2012; 7: 540-551.
40. Garg UK, Kaur MP, Garg VK, et al. Removal of nickel (II) from aqueous solution by adsorption on agricultural waste biomass using a response surface methodological approach. Bioresour Technol. 2008; 99(5): 1325-1331. [DOI:10.1016/j.biortech.2007.02.011]
41. Abedpour M, Kamyab Moghadas B. Investigation of removing ionic metals of Ni (II) and Cd (II) from aqueous solution by a polyacryl amid adsorbent. Iranian Chem Eng J. 2019; 18(103): 6-19.
42. Saffari M. Optimization of cadmium removal from aqueous solutions using walnut-shell residues biochar supported/unsupported by nanoscale zero-valent iron through response surface methodology. J Chem Health Risks. 2018; 8(1).
ارسال پیام به نویسنده مسئول
| بازنشر اطلاعات | |
 |
این مقاله تحت شرایط Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License قابل بازنشر است. |
