Atık Sulardan Cd(II) İyonlarının Adsorpsiyonu için Doğal Adsorban Olarak Kızılçam (Pinus Brutia Ten.) Talaşının Performansının Değerlendirilmesi

Yıl 2022, Cilt: 34 Sayı: 1, 249 - 259, 20.03.2022

Erdem Torun Celal Duran , Duygu Özdeş

https://doi.org/10.35234/fumbd.1016086

Öz

Günümüzde su kaynaklarını kirleten en önemli etmenlerden biri biyobirikme eğiliminde olan ve yerkabuğunda doğal olarak bulunan ağır metallerdir. Kurşun ve kadmiyum gibi bazı ağır metallerin çok düşük derişimlerde bile vücuda alınımı, kan bileşiminin bozulmasına, merkezi sinir sistemi fonksiyonlarında azalmaya ve akciğer, böbrek ve karaciğer gibi organlarda hasarlara neden olabilir. Bu nedenle ağır metal iyonlarının, alıcı ortama verilmeden önce sulardan ve atık sulardan uzaklaştırılması gerekmektedir. Bu çalışmada, Cd(II) iyonlarının sulardan ve atık sulardan adsorpsiyon tekniğiyle gideriminde etkili ve ucuz bir adsorban olarak kızılçam (Pinus Brutia Ten.) talaşının kullanılabilirliği değerlendirilmiştir. Adsorpsiyon deneylerinde kullanılan kızılçam talaşı fiziksel veya kimyasal herhangi bir ön işleme tabi tutulmadan doğal olarak kullanılmıştır. Kızılçam talaşı, çeşitli yöntemlerle karakterize edildikten sonra adsorpsiyon verimi üzerine başlangıç sulu çözelti pH’ı, denge süresi, adsorban miktarı ve başlangıç Cd(II) derişimi gibi deneysel faktörlerin etkileri incelenmiş ve ayrıca endüstriyel atık sularda Cd(II) iyonlarıyla birlikte bulunabilecek bazı tuzların etkileri araştırılmıştır. Elde edilen sonuçlardan optimum pH 6.0 ve denge süresi 240 dk olarak belirlenmiştir. Mekanizma hakkında fikir edinmek için elde edilen verilere izoterm modelleri (Langmuir ve Freundlich) uygulanmıştır. Kızılçam talaşının maksimum adsorpsiyon kapasitesi Langmuir izoterm modeli kullanılarak 11.88 mg g-1 olarak hesaplanmıştır. Sonuç olarak kızılçam talaşının atık sulardan Cd(II) iyonlarının uzaklaştırılmasında etkili bir adsorban olarak kullanılabileceği ortaya konulmuştur.

Anahtar Kelimeler

Kızılçam, Pinus Brutia Ten., adsorpsiyon, ağır metal, kadmiyum

Destekleyen Kurum

Gümüşhane Üniversitesi BAP Koordinasyonu Birimi

Proje Numarası

15.B0110.02.01

Kaynakça

• [1] Shammi SA, Salam A, Khan MAH. Assessment of heavy metal pollution in the agricultural soils, plants, and in the atmospheric particulate matter of a suburban industrial region in Dhaka, Bangladesh. Environ Monit Assess 2021; 193(2):104.
• [2] Briffa J, Sinagra E, Blundell R. Heavy metal pollution in the environment and their toxicological effects on humans. Heliyon 2020; 6(9): e04691.
• [3] Gupta UC, Gupta SC. Heavy metal toxicity in humans and its preventive and control measures. Curr Res Nutr Food Sci 2011; 7(4): 221-231.
• [4] Kaparapu J, Prasad MK. Equilibrium, kinetics and thermodynamic studies of cadmium(II) biosorption on Nannochloropsis oculata. Appl Water Sci 2018; 8 (6): 179.
• [5] Torun E, Kızılçam (Pinus brutia Ten.) talaşı kullanılarak sulu çözeltilerden kadmiyum (II) iyonlarının adsorpsiyonla uzaklaştırılması, Yüksek Lisans Tezi, Gümüşhane Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Ormancılık ve Çevre Bilimleri Ana Bilim Dalı, Gümüşhane, 2015.
• [6] Eugenia AM, Leticia F, Julio G. Cadmium toxicity for humans and the environment. Informe Medico 2009; 11(11): 597-605.
• [7] Danish EY, Marwani HM, Almoslehi KF, Bakhsh EM. Adsorptive removal of lanthanum based on hydrothermally synthesized iron oxide-titanium oxide nanoparticles. Environ Sci Pollut Res 2020; 27: 5408-5417.
• [8] Meunier N, Drogui P, Montane C, Hausler R, Mercier G, Blais JF. Comparison between electrocoagulation and chemical precipitation for metals removal from acidic soil leachate. J Hazard Mater 2006; 137: 581-590.
• [9] Hussain ST, Khaleefa Ali SA. Removal of Heavy Metal by Ion Exchange Using Bentonite Clay J Ecol Eng 2020; 22(1): 104-111.
• [10] Ates N, Uzal N. Removal of heavy metals from aluminum anodic oxidation wastewaters by membrane filtration. Environ Sci Pollut Res 2018; 25(22): 22259-22272.
• [11] Wang Q, Cui P, Yang Q, Chen L, Wang W, Deng W, Wang Y. Analysis of the Cd(II) Adsorption Performance and Mechanisms by Soybean Root Biochar: Effect of Pyrolysis Temperatures. Bull Environ Contam Toxicol 2021; 107:553–558.
• [12] Mahmoud ME, Abou-Ali SAA, Elweshahy SMT. Efficient and ultrafast removal of Cd(II) and Sm(III) from water by leaves of Cynara scolymus derived biochar. Mater Res Bull 2021; 141: 111334.
• [13] Zhao X, Zhao H, Huang X, Wang L, Liu F, Hu X, Li J, Zhang G, Ji P. Effect and mechanisms of synthesis conditions on the cadmium adsorption capacity of modified fly ash. Ecotoxicol Environ Saf 2021; 223: 112550.
• [14] Teng D, Zhang B, Xu G, Wang B, Mao K, Jianxu W, Sun J, Feng X, vd. Efficient removal of Cd(II) from aqueous solution by pinecone biochar: Sorption performance and governing mechanisms. Environ Pollut 2020; 265: 115001.
• [15] Lu X, Wu J, Guo Y. Removal of Cd(II) from aqueous solution by sulfur-functionalized walnut shell: adsorption performance and micro-structural morphology. Desalination Water Treat 2019; 169: 322–332.
• [16] Zhang L, Ren Y, Xue Y, Cui Z, Wei Q, Han C, He J. Preparation of biochar by mango peel and its adsorption characteristics of Cd(II) in solution. RSC Adv 2020; 10: 35878.
• [17] Akinhanmi TF, Ofudje EA, Adeogun AI, Aina P, Joseph IM. Orange peel as low‑cost adsorbent in the elimination of Cd(II) ion: kinetics, isotherm, thermodynamic and optimization evaluations. Bioresour Bioprocess 2020; 7: 34.
• [18] Takdastan A, Samarbaf S, Tahmasebi Y, Alavi N, Babaei AA. Alkali modified oak waste residues as a cost-effective adsorbent for enhanced removal of cadmium from water: Isotherm, kinetic, thermodynamic and artificial neural network modeling. J Ind Eng Chem 2019; 78: 352–363.
• [19] Kataria N, Garg VK. Green synthesis of Fe3O4 nanoparticles loaded sawdust carbon for cadmium (II) removal from water: Regeneration and mechanism. Chemosphere 2018; 208: 818-828.
• [20] Hashem A, Badawy SM, Farag S, Mohamed LA, Fletcher AJ, Taha GM. Non-linear adsorption characteristics of modified pine wood sawdust optimised for adsorption of Cd(II) from aqueous systems. J Environ Chem Eng 2020; 8: 103966.
• [21] Guechi E, Hamdaoui O, Benabdesselam S. Kinetic and thermodynamic study for the removal of cadmium(II) ions from aqueous media by Aucoumea klaineana sawdust, Desalination Water Treat 2021; 209: 447–453.
• [22] Zhu Y, Liang H, Yu R, Hu G, Chen F. Removal of Aquatic Cadmium Ions Using Thiourea Modified Poplar Biochar, Water 2020; 12: 1117.
• [23] Ozdes D, Gundogdu A, Kemer B, Duran C, Kucuk M. Assessment of kinetics, thermodynamics and equilibrium parameters of Cr(VI) biosorption onto Pinus brutia Ten. Can J Chem Eng 2014; 92: 139-147.
• [24] Gündoğdu A, Ozdes D, Duran C, Bulut VN, Soylak M, Şentürk HB. Biosorption of Pb(II) ions from aqueous solution by pine bark (Pinus Brutia Ten.). Chem Eng J 2009; 153 (1-3): 62-69.
• [25] Mestre AS, Pires J, Nogueira JMF, Carvalho AP. Activated Carbons for the Adsorption of Ibuprofen. Carbon 2007; 45: 1979–1988.
• [26] Peng Y, Wu S. The Structural and Thermal Characteristics of Wheat Straw Hemicellulose. J Anal Appl Pyrolysis 2010; 88: 134–139.
• [27] Gündoğdu A, Çay Atıklarından Aktif Karbon Üretimi, Karakterizasyonu ve Adsorpsiyon Özelliklerinin İncelenmesi, Doktora Tezi, KTÜ, Fen Bilimleri Enstitüsü, Kimya Anabilim Dalı, Trabzon, 2010.
• [28] Sheikh Z, Amin M, Khan N, Khan MN, Sami SK, Khan SB, Hafeez I, Khan SA, vd. Potential application of Allium Cepa seeds as a novel biosorbent for efficient biosorption of heavy metals ions from aqueous solution. Chemosphere 2021; 279: 130545
• [29] Serencam H, Ozdes D, Duran C, Tufekci M. Biosorption properties of Morus alba L. for Cd (II) ions removal from aqueous solutions. Environ Monit Assess, 2013; 185: 6003-6011.
• [30] Langmuir I. The Adsorption of Gases on Plane Surfaces of Glass, Mica and Platinum. J Am Chem Soc 1918; 40: 1361–1403.
• [31] Freundlich HMF. Over the Adsorption in Solution. J Phys Chem 1906; 57: 385-470.
• [32] Zheng W, Li X, Wang F, Yang Q, Deng P, Zeng G. Adsorption Removal of Cadmium and Copper from Aqueous Solution by Areca, A Food Waste. J Hazard Mater 2008; 157: 490–495.
• [33] Ammaria, TG, Al-Labadia, I, Tahboub A, Ghrair A. Assessment of Unmodified Wetland Bio-Waste: Shoots of Cyperus laevigatus, for Cadmium Adsorption from Aqueous Solutions. Process Saf Environ 2015; 95: 77-85.
• [34] Sönmezay A, Öncel MS, Bektaş N. Adsorption of Lead and Cadmium İons from Aqueous Solutions Using Manganoxide Minerals. Trans Nonferrous Met Soc China 2012; 22: 3131−3139.
• [35] Vázquez G, Mosquera O, Freire MS, Antorrena G, González-Álvarez J. Alkaline Pre-Treatment of Waste Chestnut Shell From a Food Industry to Enhance Cadmium, Copper, Lead and Zinc İons Removal. Chem Eng J 2012; 184: 147– 155.
• [36] Ghasemi E, Heydari A, Sillanpaa M. Superparamagnetic Fe3O4@EDTA nanoparticles as an efficient adsorbent for simultaneous removal of Ag(I), Hg(II), Mn(II), Zn(II), Pb(II) and Cd(II) from water and soil environmental samples. Microchem J 2017; 131: 51-56.
• [37] Peighambardoust SJ, Foroutan R, Peighambardoust SH, Khatooni H, Ramavandi B. Decoration of Citrus limon wood carbon with Fe3O4 to enhanced Cd2+ removal: A reclaimable and magnetic nanocomposite. Chemosphere 2021; 282: 131088.