Potensi geopenjerap diubahsuai untuk menjerap unsur logam berat dan bahan pewarna sinetik dalam air bawah tanah

Abstract

Kajian ini menggunakan geopenjerap atau bahan jerap lempung semula jadi – kaolinit (NK), bentonit (NB), zeolit (NZ) dan mengubahsuainya dengan surfaktan kationik Hexadecyltrimethyl ammonium bromida (HDTMA), Cetyltrimethylammonium bromida (CTAB) dan Cetylpyridium Bromida (CPB) untuk menjerap logam berat dan pewarna sintetik anionik. HDTMA dan CTAB digandingkan bersama dengan kaolinit (KHD dan KCT), CTAB dan CPB bersama dengan bentonit (BCT dan BCP), HDTMA dan CTAB bersama dengan zeolit (ZHD dan ZCT). Unsur-unsur logam berat yang dipilih untuk penjerapan adalah arsenik (As5+), kobalt (Co2+), kadmium (Cd2+), kromium (Cr6+), besi (Fe2+), nikel (Ni2+), kuprum (Cu2+), plumbum (Pb2+), mangan (Mn2+) dan zink (Zn 2+). Pewarna yang digunakan adalah perang terus 1 (DB), oren asid 33 (AO) dan ungu reaktif 5 (RV) dengan logam berat iaitu selenium (Se4+), barium (Ba2+) and molibdenum (Mo5+). Keputusan Tenaga Penyerakan Sinar-X (EDX) menunjukkan unsur-unsur C dan O yang hadir dalam peratusan yang berjulat 30% hingga 40% pada lempung diubahsuai dengan surfaktan. Keputusan Sinar-X Berpendarflor (XRF) menunjukkan pengubahsuaian dengan surfaktan meningkatkan peratusan Al2O3 dan CaO (dari 10% ke 11% dan 0.2 ke 0.9%) masing-masing. Puncak-puncak pembelauan sinar-X (XRD) direkod dengan intensiti yang meningkat kepada 1000 hingga 2000 a.u. selepas lempung semula jadi diubahsuai dengan surfaktan. XRD menunjukkan puncak-puncak kuarza, silika, kaolinit, bentonit dan zeolit. Keputusan Infra Merah Pengubah Fourier (FTIR) menunjukkan julat panjang gelombang 1400 cm1 hingga 1900 cm-1 kumpulan Si-O-H untuk lempung semula jadi dan 1650 cm-1 hingga 2850 cm-1 menunjukkan kumpulan CH3 dan CH2 untuk lempung diubahsuai. Imej Mikroskop Pengimbas Elektron (SEM) menunjukkan perbezaan perubahan morfologi berbintik pada lapisan permukaan bahan jerap untuk lempung diubahsuai. Nilai Kapasiti Pertukaran Kation (CEC) dan luas permukaan lempung (SSA) diubahsuai adalah lebih tinggi. Bahan geopenjerap ZCT mencatatkan julat nilai jumlah penjerapan maksimum (Qe) tertinggi untuk setiap kesan-kesan penjerapan berkelompok bagi penjerapan unsur-unsur logam berat, bahan pewarna dan unsur-unsur surih dalam bahan pewarna dengan 46.7 hingga 49.9 mg/g, 46.3±0.1 hingga 49.9±0.3 mg/g dan 49.3 hingga 49.9 mg/g masing-masing. Pola penurunan nilai Qe dan peratus penjerapan unsur-unsur logam berat bagi kesan suhu dan masa kontak adalah As (49.8 mg/g; 99.6%) > Cu > Fe > Zn > Ni > Cd > Cu > Cr > Mn > Pb (46.7 mg/g; 93.4%), RV (49.5 mg/g; 99%) > AO > DB untuk bahan pewarna. Pola penurunan nilai Qe dan peratus penjerapan unsur-unsur surih dalam bahan pewarna ialah Mo (49.8 mg/g; 99.3%) > Se > Ba. Nilai pH = 2 untuk penjerapan tertinggi bahan pewarna dan logam berat dalam bahan pewarna masing-masing dan unsur-unsur logam berat adalah pada pH 10. Peratus penjerapan tertinggi untuk unsur logam berat dan bahan pewarna bagi kesan nilai pH adalah As (99.3%), DB (99.5%) serta semua unsur surih adalah 99%. Nilai cas titik kosong (Pzc) menunjukkan penjerapan optimum unsur-unsur logam berat dan bahan pewarna ialah 6.5. Penjerapan maksimum tertinggi (49.7 mg/g) unsur logam berat, bahan pewarna dan unsur surih untuk nilai dos adalah Cd, RV dan Mo masing-masing. Julat terendah nilai Ce adalah 0.01 hingga 10 mg/L. Nilai maksimum pekali penjerapan (Kd) tertinggi dengan peratusan adalah unsur logam berat Cd dan Co (6.9 x 103 L/g; 99%), bahan pewarna RV dan AO (190 L/g; 99.1%) dan 2 x 103 L/g pada peratusan 99% bagi semua unsur surih. Isotherm penjerapan Freundlich dan Temkin bagi ZCT mencatatkan nilai-nilai yang konsisten dengan R2 = 0.99, Kf berjulat 91.2 hingga 331.0 L/g dan julat bt 359.5 hingga 791.2 bagi unsur logam berat. Nilai-nilai julat Kf dan bt untuk penjerapan bahan pewarna dan unsur-unsur surih adalah 0.13 hingga 200.0 L/g dan 100 hingga 283.65 L/g masing-masing. Keputusan termodinamik kajian ini adalah endotermik dan berlaku secara spontan. Kinetik penjerapan bahan pewarna, unsur-unsur logam berat dan unsur-unsur surih menepati tertib kedua dengan nilai R2 = 0.99. Geopenjerap ZCT berjaya dihasilkan sebagai palet untuk diletakkan di bahagian sawar telap reaktif (PRB) pada model tangki makmal pasir halus bersaiz piawai 0.2 mm untuk menguji penjerapan pada air bawah tanah. Nilai Qe tertinggi adalah 12958 mg/g dan 10367 mg/g untuk unsur logam berat dan bahan pewarna masing-masing. Nilai lengkung bulus (Ce/Co) yang terendah iaitu 0.02 untuk unsur logam berat dan 0.00506 untuk bahan pewarna menunjukkan nilai Qe tertinggi pada kadar pengaliran, Q = 3 ml/min. Nilai Kd bahan pewarna tertinggi adalah RV (9.9 x 103 L/g) dan unsur logam berat Pb (5.4 x 103 L/g) pada Q = 3 ml/min. Keputusan model tangki menunjukkan palet ZCT dapat digunakan dalam penjerapan logam berat dan pewarna sintetik pada jangkamasa 288 jam untuk penjerapan optimum bahan pewarna dan 360 jam untuk unsur logam berat. Secara kesimpulannya, kesan-kesan ujian penjerapan berkelompok yang memberikan nilai Qe maksimum adalah 200 mg/g bagi ZCT. Bahan jerap ZCT berjaya dijadikan palet geopenjerap sebagai PRB dalam tangki pasir halus untuk menjerap bahan cemar.