استفاده از آردچوب در ساخت سرامیک متخلخل جاذب فلز سنگین کادمیوم از محلول های آبی

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان

چکیده

چکیده
سابقه و هدف: سرامیک‌های متخلخل به دلیل برخی خواص رو به گسترش شان نظیر پایداری و استحکام در دمای بالا، فعالیت کاتالیتیکی، مقاومت به سایش و مقاومت به خوردگی در شرایط کاربردی سخت تری نسبت به فلزات، شیشه‌ها و پلیمرهای متخلخل مورد استفاده قرار می‌گیرند. هدف انجام این پژوهش بررسی امکان استفاده از آرد چوب به عنوان عامل ایجاد کننده تخلخل جهت ساخت فوم سرامیکی و نیز بررسی خواص مکانیکی و کارایی استفاده از سرامیک ساخته شده جهت حذف فلز کادمیوم از محلول آبی می‌باشد.
مواد و روش‌ها: در این پژوهش از آرد چوب مش 40 و 80، نهیه شده از پوشال گونه پالونیا استفاده شد. آرد چوب با نسبت های وزنی 5، 10 و 15 درصد با پودر سرامیک مخلوط شده و دوغاب تهیه شده داخل قالبی چوبی ریخته‌گری شد. پس از خشک شدن اولیه در محیط آزمایشگاه، عملیات پخت به وسیله کوره الکتریکی در دمای 1100 درجه سانتی گراد انجام شد. سرامیک متخلخل با بیشترین تخلخل جهت حذف فلز کادمیوم از محیط آبی انتخاب و اثر پارامترهای pH، زمان تماس، دما، غلظت فلز کادمیوم و دوز جاذب بر میزان جذب مورد بررسی قرار گرفت.
یافته‌ها: افزودن آرد چوب به بستر سرامیکی سبب ایجاد تخلخل و کاهش دانسیته در نمونه های سرامیکی شد، ضمن آنکه تصاویر SEM نشان از حضور کربن فعال در حفره‌های ایجاد شده داشت. نتایج بدست آمده اختلاف معنی داری بین نمونه شاهد و سرامیک متخلخل در جذب فلز کادمیوم نشان می‌دهد. همچنین بر اساس نتایج به‌دست آمده بهترین pH برابر 6، غلظت فلز کادمیوم برابر 10 میلی‌گرم بر لیتر، مقدار دوز جاذب 3/0 گرم، دمای 35 درجه سانتی‌گراد و زمان 60 دقیقه را می‌توان به عنوان متغییرهای بهینه معرفی نمود.
نتیجه گیری: استفاده از آرد چوب به عنوان عاملی جهت ایجاد تخلخل، نه تنها در تولید سرامیک‌های متخلخل موفق می‌نماید، بلکه به سبب تبدیل بافت چوب به کربن فغال درون حفرات برجای مانده، سرامیک متخلخل ساخته شده کارایی بالایی را در جذب فلز سنگین کادمیوم از خود نشان داد.
یافته‌ها: افزودن آرد چوب به بستر سرامیکی سبب ایجاد تخلخل و کاهش دانسیته در نمونه های سرامیکی شد، ضمن آنکه تصاویر SEM نشان از حضور کربن فعال در حفره‌های ایجاد شده داشت. نتایج بدست آمده اختلاف معنی داری بین نمونه شاهد و سرامیک متخلخل در جذب فلز کادمیوم نشان می‌دهد. همچنین بر اساس نتایج به‌دست آمده بهترین pH برابر 6، غلظت فلز کادمیوم برابر 10 میلی‌گرم بر لیتر، مقدار دوز جاذب 3/0 گرم، دمای 35 درجه سانتی‌گراد و زمان 60 دقیقه را می‌توان به عنوان متغییرهای بهینه معرفی نمود.
نتیجه گیری: استفاده از آرد چوب به عنوان عاملی جهت ایجاد تخلخل، نه تنها در تولید سرامیک‌های متخلخل موفق می‌نماید، بلکه به سبب تبدیل بافت چوب به کربن فغال درون حفرات برجای مانده، سرامیک متخلخل ساخته شده کارایی بالایی را در جذب فلز سنگین کادمیوم از خود نشان داد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Utilization of Wood Flour in Fabricating Heavy Metal Cadmium Adsorbent Porous Ceramic from Water Solutions

نویسندگان [English]

  • Maryam Aghababaei komshehcheh
  • Hassan Rezaei
  • Hossein Yousefi
Gorgan University of Agricultural Sciences and Natural Resources
چکیده [English]

ABSTRACT

Background and Aims: Because of some properties such as high temperature, strength and stability, catalytic activity and strength to abrasion and corrosion, in more severe conditions, porous ceramics are preferred in comparison with porous metals, glass and polymers. The aim of this study was to investigate the performance of utilization of wood flour in fabricating porous ceramics and evaluate their mechanical properties. The performance of fabricated porous ceramics in removing cadmium as a pollutant heavy metal in water solutions was also investigated.

Materials and Methods: In this study, wood flour was prepared, in two mesh sizes: 40 and 80, from Paulownia wood shavings. Three levels of wood flour content (5, 10 and 15 wt. %) were mixed with ceramic powder and enough amount of water and then the prepared aqueous mixtures were casted into wooden molds and allowed to air-dried at room temperature for about 3 days. Then the air dried samples were put in an electrical kiln at 1100 °C for about 2 h to complete the ceramic preparation process. The most porous ceramic samples were used to examine their ability in adsorption and removing cadmium from water solutions in different conditions of pH, exposer time, temperature, cadmium concentration and adsorbent dosage.

Results: Adding wood flour to the ceramic composition increased and decreased the final samples porosity and density, respectively. SEM micrographs indicated on formation of active carbon in the ceramic pores after pyrolysis of wood flour particles. The obtained results showed a significant improved performance of porous ceramics in cadmium adsorption from water solution, in comparison with non-porous ceramics. The results also showed that the optimum conditions for the highest level of cadmium adsorption were as follow: pH of 6, cadmium concentration of 10 mg/L, adsorbent dosage of 0.3 g, solution temperature of 35 °C and exposer time of 60 min.

Conclusion: In summary, this study shows that not only utilization of wood flour in fabricating porous ceramics was successful, but also due to the formation and existence of the active carbon in the pores during pyrolysis process, the fabricated porous ceramics offered a high performance in adsorption and removing of cadmium from water solutions.
Keywords: Wood flour, Porous ceramic, Porosity, Surface adsorption, Cadmium

Results: Adding wood flour to the ceramic composition increased and decreased the final samples porosity and density, respectively. SEM micrographs indicated on formation of active carbon in the ceramic pores after pyrolysis of wood flour particles. The obtained results showed a significant improved performance of porous ceramics in cadmium adsorption from water solution, in comparison with non-porous ceramics. The results also showed that the optimum conditions for the highest level of cadmium adsorption were as follow: pH of 6, cadmium concentration of 10 mg/L, adsorbent dosage of 0.3 g, solution temperature of 35 °C and exposer time of 60 min.

Conclusion: In summary, this study shows that not only utilization of wood flour in fabricating porous ceramics was successful, but also due to the formation and existence of the active carbon in the pores during pyrolysis process, the fabricated porous ceramics offered a high performance in adsorption and removing of cadmium from water solutions.
Keywords: Wood flour, Porous ceramic, Porosity, Surface adsorption, Cadmium

کلیدواژه‌ها [English]

  • Wood flour
  • Porous ceramic
  • Porosity
  • Surface adsorption
  • Cadmium