بخشی از مقاله
*** این فایل شامل تعدادی فرمول می باشد و در سایت قابل نمایش نیست ***
بررسی حذف سرب موجود در پساب های صنعتی توسط نانوذرات کیتوسان
چکیده
حتی وجود مقادیر جزئی فلزات سنگین ، مانند سرب ، در منابع آب ، بسیار سمی و خطرناک بوده و باعث مشکلات و بیماری های خطرناکی در موجودات زنده می شود . روش های مختلفی برای تصفیه منابع آبی از این فلزات مود بررسی قرار گرفته است اما امروزه استفاده از جاذب هایی با منشاء طبیعی مورد توجه محققان است . کیتوسان یکی از این جاذب های طبیعی است که به علت سمی نبودن و ارزان بودن و همچنین توانایی بالای آن در جذب یون های فلزی به دلیل ساختار آمینی و همچنین خاصیت چربی و اسید دوستی بسیار مورد توجه است . در این تحقیق حذف یون سرب به کمک ذرات نانو کیتوسان مورد بررسی قرار گرفت . برای سنتز نانو ذرات کیتوسان از کیتوسان با درجه استیل زدایی 08 استفاده شد . میانگین اندازه ذرات نانو کیتوسان حدود 08 نانومتر اندازه گیری شد. عوامل زمان ، PH و دما نیز در این فرایند مورد بررسی قرار گرفت و بیشینه جذب در دمای 33 درجه و PH=6 ، مقدار 4. 90 به دست آمد . با توجه به حذف نزدیک به 08 درصدی یون های فلز سرب از محلول در این آزمایش می توان کیتوسان را یکی از جاذب های طبیعی مناسب در زمینه حذف فلزات سنگین از محلول های آبی دانست .
واژه های کلیدی : سرب ، کیتوسان ، جذب ، نانوذرات
.1 مقدمه
یکی از مهم ترین مشکلات زیست محیطی ، آلودگی منابع آبی توسط پساب های صنعتی و ورد فلزات سنگین به منابع آبی است. ارگانیسمهای زنده به مقادیر بسیار کمی از فلزات سنگین برای ادامه رشد و بقاء نیار دارند که به اصطلاح به آنها عناصر جزئی 1 می گویند مثل آهن، کبالات ، مس ، منیزیم ، مولیبدن ، وانادیم ، استرنسیم و روی و اگرمقدار از آن حداقل مورد نیاز و ضروری ، بیشتر شود باعث اختلال در رشد می گردند . سایر فلزات سنگین مانند جیوه ، سرب و کادمیم عناصر حیاتی نبوده و اثرات سود مندی بر حیات ارگانیسمهای زنده ندارند ، به طوری که تجمع آنها در بدن موجودات زنده به خصوص پستانداران باعث بیماریهای خطرناکی می گردد . [2,3] این فلزات پس از ورود به بدن موجودات زنده دفع نشده و در بافت هایی مثل چربی ، عضلات ، استخوان ها و مفاصل رسوب کرده و انباشته می گردند و همین امر باعث بروز بیماری ها و عوارض متعددی در بدن می شود . [1]
بسته به نوع کارخانه های صنعتی و محصولات تولیدی آنها درصد متفاوتی از این فلزات در پساب ها مشاهده می شود . روش های مختلفی برای بازیافت فلزهای سنگین از پساب صنعتی توسط محققان مختلف آزمایش شده است که می توان به روش هایی نظیر تبادل یونی ، فیلتراسیون ، تصفیه الکتروشیمی ، اسمز معکوس و استفاده از جاذب های مختلف اشاره کرد . [11]
1
کربن فعال یکی از جاذب های پرکاربرد در این زمینه است ، اما امروزه مطالعات بسیاری بر روی جاذب های ارزان قیمت با منشاء طبیعی انجام گرفته است . یکی از این جاذب ها کیتوسان نام دارد که از دی استیله کردن کیتین به وجود می آید . کیتین پلی ساکارید ساختاری مانند بدن سخت پوستان ، حشرات و بعضی ازقارچ ها دارد و بعد از سلولز فراوان ترین بیوپلیمر موجود در طبیعت است . کیتوسان ویژگی ها و خواص بسیار متنوعی دارد که می توان به مواردی همچون دسترسی راحت ، ارزان قیمت بودن ، سازگار بودن با محیط زیست ، خاصیت اسید و چربی دوستی و همچنین سمی نبودن اشاره کرد . [6] شکل شماره 1 ساختار مولکولی کیتین و کیتوسان را نشان می دهد .
شکل : 1 ساختار مولکولی کیتین و کیتوسان
وجود گروه آمینی در ساختار مولکولی کیتوسان یکی از مزیت های اصلی این جاذب به شمار می آید . [4] تحقیق و آزمایش بر روی حذف جیوه کادمیم و سرب از منابع آبی ، به علت اثر سمی آنها برروی محیط زیست ، همواره یکی از مهم ترین اهداف محققان محیط زیست بوده است مقدار. کمی سرب به بدن همه افراد وارد می شود که معمولاً مشکلی ایجاد نمی کند. مقدار زیاد سرب در بدن می تواند پیامدهای ناگواری به دنبال داشته باشددر. این شرایط تقریباً همه اعضای بدن ، به ویژه کلیه ها و دستگاه عصبی مرکزی درگیر می شوند .
تمرکز سرب محلول در آب های طبیعی که دارای دی اکسید کربن و PH حدود 4 هستند بسیار پایین است معمولاً کمتر از ده میلی گرم در لیتر می باشد.
حلالیت کم سرب به سبب توانایی این عنصر، درتشکیل ترکیبات کربناتها (PbCO3) ، سولفات ها((PbSO4 و هیدروکسیدهاست ، کهمعمولاً در آب ترکیبات نامحلول ایجاد می کند ، بنابراین حلالیت سرب در آب توسط کربنات سرب ، و نیز درجه قلیایی بودن ، کنترل می شود . بنابراین آب های با PH پایین ، دارای غلظت بالایی ازسرب می باشند. حد مجاز غلظت سرب در آب ، بین89818 تا 898.8 میلی گرم در لیتر است . [8]
در این تحقیق توانایی این بیوجاذب در جذب یون سرب از محلول های آبی و عوامل موثر در این فرایند جذب بررسی خواهد شد .
.2 مواد و روش آزمایش
1-2 .مواد
کیتوسان با درجه استیل زدایی 08 درصد از شرکت سیگما-آلدریچٌ ، سدیم هیدورکسید ، هیدروکلریک اسید ، استیک اسید ، سدیم کلرید ، سدیم تری پلی فسفات از شرکت مرکٍ ، سرب (II) نیترات از شرکت مرک
2-2 روش های آزمایش
1-2-2 تهیه نانوکیتوسان
کیتوسان را در استیک اسید .89 درصد حجمی حل کرده و سدیم کلرید را به صورت قطره قطره به آن اضافه میکنیم ، سپس به محلول به دست آمده تری پلی فسفات را قطره قطره اضافه می کنیم . محلول نهایی بعد از 18 دقیقه هم زدن با دور 1888 rpm قابل استفاده است . رنگ این محلول شیری رنگ و PH آن .09 می باشد . [7]
2-2-2 آزمایشات جذب آزمایشات در سیستم ناپیوسته در ارلن های 2.8 میلی لیتری که حاوی 188 میلی لیتر محلول یون سرب با غلظت
1888 میلی گرم بر لیتر با شدت 388 rpm در دما و PH های متفاوت انجام گرفت . غلظت باقیمانده یون فلز سرب در نمونه های برداشت شده در بازه های زمانی متفاوت و معین توسط دستگاه جذب اتمی اندازه گیری شد . در این تحقیق مقدار یون سرب حذف شده از محلول توسط رابطه زیر محاسبه شد :
)1(
که در آن غلظت اولیه یون فلزی ، (میلی گرم بر لیتر) ، غلظت تعادلی یون فلزی (میلی گرم بر لیتر) و R درصد
جذب یون فلز توسط جاذب می باشد . [5]
.3 نتایج آزمایش و بررسی آن
1-3 بررسی اندازه ذرات نانوکیتوسان
برای بررسی اندازه ذرات ، از پراکنش دینامیکی نور توسط دستگاه مدل zeta plus استفاده شد و میانگین اندازه ذرات حدود 08 نانومتر تعیین شد .
2-3 بررسی تاثیر زمان تماس جاذب در فرایند جذب
سرعت در فرایند جذب یکی از مهم ترین پارامترهای مورد نظر است ، سرعت جذب بالا یکی از عامل های انتخاب نوع جاذب مناسب می باشد . [9] نمودار 1 نشان دهنده فرایند جذب در بازه های مختلف زمانی است . مشاهده گردید که جذب
3
در 18 دقیقه اول بسیار سریع بوده و بعد از .8 دقیقه شیب افزایشی نمودار بسیار کم شده است . به طوری که در .8 دقیقه اول 41 درصد از یون جذب شده است ، زمان تعادل کیتوسان 128 دقیقه می باشد و بیشترین بازدهی در این فرایند %4. 90 مشاهده شد.
نمودار : 1 تاثیر زمان تماس جاذب در فرایند جذب
3-3 بررسی تاثیر دما بر روند جذب
در دماهای مختلف نمونه های برداشت شده و میزان یون جذب شده ، محاسبه گردید . نمودار 2 بیانگر داده های بدست امده از این نمونه ها می باشد . به طور کلی افزایش دما باعث کاهش انرژی در پیوندها می گردد و با سست شدن پیوند ها جذب راحت تر صورت می گیرد ، اما افزایش دما باعث افزایش حلالیت آب می شود و این فرایند باعث افزایش املاح در آب می شود که مانع فرایند جذب است . [12] می توان نتیجه گرفت که افزایش دما تا حد مشخصی باعث افزایش راندمان جذب شده و بعد از آن باعث کاهش آن می شود . این تحلیل به خوبی در نمودار شماره 2 مشخص می باشد . بیشترین مقدار جذب در دمای 33 درجه سانتیگراد رخ داده است .
نمودار : 2 تاثیر دما بر روند جذب
