بخشی از مقاله
بررسی قابلیت جاذبهاي طبیعی در حذف فلزات سنگین مس و سرب
چکیده
از آنجا که جاذبهاي طبیعی به وفور یافت شده و ارزان قیمت و گاه بدون هزینه می باشند، جذب یونهاي محلول توسط این مواد میتواند روشی مناسب جهت حذف فلزات سنگین از آبهاي آلوده و پساب هاي صنعتی باشد. در این تحقیق از زایدات برگ چاي و پوشال گندم براي جذب سرب و از جاذبهاي خاك اره و پوسته شلتوك برنج براي جذب مس از آب آلوده با آزمایشات ناپیوسته و پیوسته استفاده شد. آزمایشات در غلظتها و زمانهاي مختلف در pH بهینه برابر 5 براي فلز سرب و 5/5 براي فلز مس انجام گردید. با توجه به نتایج آزمایشات ناپیوسته زمان تعادل 2 ساعت حاصل شد. نتایج آزمایشات ناپیوسته از ایزوترمهاي لانگمایر و فرندلیچ تبعیت کردند. آزمایشات پیوسته با استفاده از ستون جذب و جریان رو بهقهبالا با دبی 0/35 لیتر بر دقی صورت گرفت که در حالت کلی با گذشت زمان راندمان جذب روند نزولی داشت. براساس نتایج حاصل، حداکثر میزان جذب فلز سرب در آزمایشات پیوسته براي جاذب زایدات برگ چاي و پوشال گندم 99/5
درصد و مقدار جذب فلز مس توسط خاك اره و پوسته شلتوك برنج به ترتیب 95 و 63 درصد بدست آمد.
واژههاي کلیدي: جذب سطحی، سرب، مس، ایزوترم، پیوسته، ناپیوسته.
۱‐ مقدمه
سرب و مس از جمله فلزات سنگینی هستند که در صنایع مختلف کاربرد فراوانی دارند و وجود آنها در آبها و پسابهاي صنعتی باعث اثرات مضر زیست محیطی مانند آلودگی آب و خاك و بروز مشکلات و بیماري براي انسانها و حیوانات میشوند.
اکثر روشهاي ذکر شده بجز روش جذب نه تنها گستره محدودي داشته، بلکه نیاز به سرمایه گذاري
اولیه، هزینههاي عملیاتی و بهره برداري زیادي داشته و حتی باعث تولید پساب ثانویه میگردند که آنها نیز به نوبه خود مشکلات تصفیه خواهند داشت.
یکی از بهترین روشهاي مناسب براي حذف آلودگیهاي آب و فاضلاب، جذب سطحی با استفاده از جاذبهاي طبیعی میباشد. این روش در مقایسه با روشهاي متداول از مزایایی همچون مقرون به صرفه بودن، قابلیت احیاء و بازیابی فلزات، بالا بودن نسبی سرعت فرایند و عدم تولید لجن برخوردار است.[1]
همچنین بدلیل فراوانی جاذبهاي طبیعی، این مواد ارزان قیمت میباشد. برخی از انواع آنها در طبیعت به وفور یافت و در برخی از فعالیتها هم بصورت زایدات بلا استفاده تولید میشوند. برآوردها بیانگر این است که با استفاده از این فرایند در مقایسه با سایر روشها حدود 20 درصد هزینه هاي سرمایه گذاري، 36
درصد هزینههاي بهرهبرداري و 28 درصد هزینههاي کل تصفیه کاهش مییابد.[1]
با توجه به وسعت مطالعات در زمینه جذب با استفاده از جاذبهاي طبیعی، در ادامه به شرح مختصري از تحقیقات عمده پرداخته شده است:
Song Wang و همکاران در بررسی میزان جذب مس از آبهاي آلوده با استفاده از پوسته شلتوك برنج به عنوان نمونه در غلظت اولیه مس 100 میلی گرم بر لیتر، pH =5/5، زمان240 دقیقه، دماي 25
درجه و مقدار جاذب 25گرم در حجم50 میلی لیتر به مقدار جذب 19/6 میلی گرم برگرم دست یافتند که نتایج حاصله در شرایط مختلف با ایزوترم هاي لانگمایر و فرندلیچ مطابقت داشت.[9] در تحقیق Grimm و همکاران میزان جذب مس با استفاده از جاذبهاي خاك اره، جلبک دریائی و خزه (پیش تصفیه) در غلظت 5 میلی گرم برلیتر مس، 2/5 گرم جاذب در حجم 100 میلی لیتر، زمان 360دقیقه، 5/5 pH=، دماي 22 درجه و دور اختلاط 200 پرداخته شد و مقدار جذب مس توسط این سه جاذب به ترتیب
85، 97 و 95 درصد بدست آمد.[3] در سال Shojing Zhu 2008 و همکاران، pH بهینه 5 و 6 را براي جذب سرب با استفاده از بنتونیت با مش 200 تعیین کردند و در غلظت 300 میلی گرم بر لیتر به مقدار 98
درصد جذب سرب، دست یافتند. این جاذبها نیز از قوانین و ایزوترمهاي لانگمایر و فرندلیچ پیروي می کردند .[8] در سال 2004، Ayappan و همکاران بوسیله کربن هسته میوه، خاك اره و تفاله نیشکر در pH بهینه 5، موفق به حذف یون سرب (Pb2+) به ترتیب به میزان 99 ، 94 و 98 شدند.[6] در مطالعات Montanher و همکاران براي حذف سرب و مس توسط پوسته شلتوك برنج، بیشترین حذف این فلزات در pH محدوده 5 تا 6 ، میزان حذف مس و سرب به ترتیب 62 و98 درصد رخ دادElchaghby .[4] و AbdelGhani در pH معادل 4/5 و مقدار 1/5 گرم از گیاه رز نیل، حدود 99 درصد از مخلوط سرب، مس، کادمیم و روي با غلظت 50 میلیگرم بر لیتر را حذف نمودند که در بین فلزات مورد
استفاده آنها سرب داراي بیشترین مقدار جذب بوده است.[5] همچنین در پژوهشی بر روي جذب سرب و مس با استفاده از کربن خاك اره، درصد حذف در غلظت هاي 1 تا 5 میلی گرم بر لیتر سرب در حدود 99 درصد بدست آمده است و pH بهینه برابر 5 بوده است .[10]
هدف از انجام این تحقیق، تعیین میزان جذب دو فلز مس و سرب توسط جاذبهاي طبیعی در شرایط مختلف با استفاده از آزمایشات ناپیوسته و پیوسته بوده است.
۲‐ مواد و روشها
۲‐۱‐ آزمایشات ناپیوسته
جهت انجام آزمایشات ناپیوسته، ابتدا محلول حاوي مس در غلظتهاي 20، 100 و 200 میلی گرم بر لیتر و محلول حاوي سرب در غلظتهاي 20، 100 و 300 میلیگرم بر لیتر براي جاذبهاي پوشال گندم و زایدات برگ چاي تهیه و آزمایشات ناپیوسته در سه مرحله مجزا انجام گرفت که غلظتهاي باقیمانده به وسیله دستگاه جذب اتمی اندازه گیري شدند.
آزمایشات براي تعیین pH مناسب جهت حذف مس و سرب در غلظتهاي 100، 200 و300 میلی گرم بر لیتر، براي جاذبها به طور مجزا انجام شد. براي انجام آزمایشات، محلول حاوي فلز در ارلن هاي 100 میلی لیتري ریخته و pH هر یک با استفاده از اسید سولفوریک (براي مس)، اسید نیتریک
(براي سرب) و هیدروکسیدسدیم بر روي اعداد 3، 4، 5، 5/5، 6، 7 تنظیم و مقدار 2 گرم جاذب به هر ارلن اضافه گردید. پس از قرار دادن ارلن ها بر روي دستگاه شیکر با دور 120rpm به مدت 2 ساعت و عبور نمونه ها از کاغذ صافی، غلظت آنها با استفاده از دستگاه جذب اتمی تعیین شد.
۲‐۲‐ آزمایشات پیوسته
براي آزمایشات پیوسته از ستون جذب از جنس پلکسی گلاس به طول 70 سانتیمتر و قطر داخلی
90 میلیمتر با بستر ثابت استفاده شد. بدین صورت که جاذب درون ستون اضافه و جریان رو به بالاي محتوي آلاینده با دبی 0/35 لیتر بر دقیقه به سمت ستون هدایت و در طول عبور جریان از ستون به تدریج از محلول جدا شد.
۲‐۳‐ دستگاهها و مواد مورد استفاده
دستگاههاي مورد استفاده جهت انجام آزمایشات شامل جذب اتمی مدلVarian-AA240، pH متر مدلMetrohm-691، ترازو با دقت یک میلی گرم مدل Metler-PJ300، میز شیکر و میکروسکوپ الکترونیکی مدل Philips- XL30 بودند. مواد مورد استفاده عبارت بودند از جاذبهاي طبیعی (زایدات
بررسی قابلیت جاذبهاي طبیعی
برگ چاي، پوشال گندم، خاك اره، پوسته شلتوك برنج)، سولفات مس (آلاینده مس)، نیترات سرب
(آلاینده سرب)، اسیدسولفوریک، اسید نیتریک و هیدروکسید سدیم (جهت تنظیم (pH و آب (آب دو بار تقطیر جهت انجام آزمایشات ناپیوسته و آب شهري جهت انجام آزمایشات پیوسته). نکته قابل ذکر اینکه کلیه آزمایشات بر اساس روش کار استاندارد آب و فاضلاب آمریکا انجام پذیرفت.[2]
۳‐ بحث و نتایج
٣‐١‐ تعیین pH بهینه
طبق بررسیهاي بعمل آمده، بیشترین میزان حذف مس بـا اسـتفاده از جاذبهـاي خـاك اره و پوسـته شلتوك برنج در pH هاي 6 و 7 رخ داد اما به دلیل تشکیل رسوب هیدروکسید مس و بر اساس تحقیقـات انجام شده pH بهینه براي جاذبها 5/5 انتخاب و در این pH در غلظت هاي اولیه 100 و200 میلـی گـرم بـر لیتر، درصد حذف آلاینده با اسـتفاده از خـاك اره بـه ترتیـب 61 (3/04mg/g) درصـد و 52 (5/2mg/g)
درصد و با استفاده از پوسـته شـلتوك بـرنج 45/3 (2/26mg/g) درصـد و 35 (3/5mg/g) درصـد حاصـل گردید. در رابطه با فلز سرب نیز دو غلظت 100 و300 میلی گرم بر لیتر هر دو جاذب زایدات بـرگ چـاي و پوشال گندم درpH برابر با 5 بیشترین درصد جذب را داشتند .در ایـن pH در غلظـت هـاي اولیـه 100 و 300 میلی گرم بر لیتر مقدار حذف سرب با استفاده از زایدات برگ چاي به ترتیب 80/1 و 73/4 درصد و با استفاده از پوشال گندم به ترتیب 83/5 و 75/4 درصد شد.
۳‐۲‐ تعیین میزان جذب و زمان تعادل درحالت مقدار ثابت ماده جاذب و غلظتهای متفاوت ماده
جذب شونده در شرایط ناپیوسته
براي تعیین میزان جذب و زمان تعادل، غلظتهاي متفاوت از ماده جذب شونده 20)، 100، 200
و300 میلی گرم بر لیتر) و غلظت ثابت ( 2 گرم در 100 میلی لیتر) از ماده جاذب در زمانهاي مختلف تهیه و آزمایش براي هر جاذب با دور اختلاط 120 rpm به طور جداگانه انجام گردید.
با توجه به نمودارهاي 1 و 2 در زمان 120دقیقه به بعد نـرخ افـزایش میـزان جـذب در هـر دو حالت روندتقریباً ثابتی پیدا نموده و بعد از گذشت این زمـان تغییـرات محـسوسی در میـزان جـذب مشاهده نگردید. علت این پدیده را می توان با کامل شدن ظرفیت جذب هر دو جاذب مرتبط دانست.
با توجه به نتایج بدست آمده براي جذب مس، خاك اره و براي جـذب سـرب، پوشـال گنـدم داراي عملکرد بهتري بودند.
