بخشی از مقاله
بهینه سازی پارامترهای مؤثر بر جذب سطحی -2 کلروفنل
چکیده
با توجه به کاربرد گسترده ی -2کلروفنل در فرآیند های صنعتی، حجم زیادی از پسابهای حاوی این آلاینده تولید می گردد. این ترکیب بسیار سمی و سرطان زا بوده و در نتیجه توجه به تصفیه پساب ها پیش از تخلیه به محی ، امری بسیار ضروری است. در مقایسه با سایر فرآیندهای مرسوم حذف ترکیبات فنلی، روش جذب سطحی با کربن فعال به دلیل بازده ی بالا و هزینه ی عملیاتی پایین، روشی مطلوب به حساب می آید. هدف از این مطالعه، تعیین شرای بهینه جهت حذف -2کلروفنل از محلول های آبی از طریق فرآیند جذب سطحی است. بدین منظور اثر پارامترهای عملیاتی مثل pH و غلظت اولیه محلول ها بررسی شده است. بر اساس آزمایش های صورت گرفته بهترین بازده ی حذف در pH های اسیدی، به ویژه pH 1 و در غلظت های پایین(کمتر از (1000 mg/l حاصل شده است و 99 درصد -2کلرو فنل از محلول آبی با غلظت 100mg/l حذف شده است.
واژههای کلیدی: جذب سطحی، -2کلروفنل، کربن فعال.
- 1 مقدمه
بیش از چندین دهه است که نگرانی عمومی درباره ی آلودگی آب های سطحی و زیرزمینی به وسیله ی ترکیبات آلی مختلف حاصل از توسعه ی سریع صنایع پتروشیمی و مواد شیمیایی وجود دارد.[1] بسیاری از پساب ها حاوی میزان قابل توجهی از آلاینده های آلی ازجمله فنل و مشتقات فنلی هستند.[2]
فنل ها در آب حتی در غلظت های پایین((0.005mg/l وقتی با کلر به منظور تشکیل کلروفنل ها واکنش می دهند باعث ایجاد بو وطعم نامطبوعی می شوند[3] و می توانند اثرات منفی بر روی فرآیندهای بیولوژیکی اعمال کنند.[2] درمیان مواد آلی کلردار، کلرو فنل ها به دلیل آلودگی گسترده ی آن ها در خاک و آب های زیرزمینی قابل شرب و اثرات مضر بر روی انسان و حیوانات اهمیت زیادی دارند.[4] کلرو فنل ها به طور گسترده در ساختار قارچ کش ها، علف کش ها، حشره کش ها، داروها، نگاهدارنده ها، چسب، رنگ، الیاف، چرم و به عنوان واسطه در سنتز مواد شیمیایی به کار می روند.[5]
به علت سمی بودن و اثرات زیان آور این ترکیبات بر روی انسان ها، گیاهان و جانوران یک ناحیه، آژانس حمایت محیطی آمریکا((EPA آنها را
در گروه آلاینده های مهم طبقه بندی کرده[6] و استاندارد تصفیه آب با
کمتر از 1 بخش در بیلیون((ppb فنل را برای آب های سطحی تعیین کرده
است.[7] همچنین پایین ترین حد غلظت فنل در پساب را کمتر از 1mg/l اعلام کرده است.[8] زیرا بیش از حد در معرض فنل بودن می تواند منجر به اغماء، تشنج، یرقان و مرگ شود.[9] از نقطه نظر اقتصادی و محیطی توسعه ی روش های کارآمد برای حذف کلروفنل ها بسیار مورد نیاز است.[10] چندین روش برای حذف کلروفنل ها از محلول های آبی گسترش یافته است. تکنیک جذب با استفاده از کربن فعال به خاطر بازده و ظرفیت جذب بالا و هزینه ی عملیاتی پایین، مطلوب ترین روش است.[11] همچنین کلروفنل ها به جذب شونده ی خوب بر روی کربن های فعال مشهورند.[12] در ادامه مروری بر تأثیر پارامترهای غلظت اولیه محلول و pH بر حذف ترکیبات فنلی، با استفاده از روش جذب صورت گرفته و نتایج تحقیقات پیشین به طور مختصردر جداول (1) و (2) گردآوری شده است. در مقاله ی حاضر، حذف -2کلرو فنل از محی آبی به کمک کربن فعال Aquasorb-101 مورد آزمایش قرار گرفته است. طی آزمایش های انجام شده، تأثیر پارامترهای pH و غلظت اولیه محلول بر فرآیند جذب بررسی شده است.
-2 روش تحقیق
- 1- 2 مواد
-2 کلرو فنل، معرف پتاسیم فری سیانید، آمونیـاک و اسـید کلریـدریک و کلروفرم مصرفی از شرکت مرک آلمان و معـرف -4 آمینـو آنتـی پیـرین از شرکت آلفا ایسر تهیه شده است. کربن فعال مورد استفاده Aquasorb-101 است که از شرکت Jacobi تهیه شده است. مشخصات این کربن فعال به ترتیـب زیـر است: ناحیه سطح 900 m2/g، حجم کل حفرات 0/88 Cm3/g، چگـالی ظـاهری kg/m3 480 و سختی ان بیش از 95 درصد است.
- 2- 2 دستگاه های مورد استفاده
جهت همزدن نمونه ها از همزن Heidolph/MR Hei-standard، برای گرفتن جذب نمونه ها از دستگاه اسپکتروسکوپی UV/Vis، مدل Perkin Elmer Lambada 35، برای
غربال کردن کربن فعال از Haver & Boecker/D-59302 Oeld Westfalen و جهت تنظیم
pH از دستگاه pH سنج InoLab/WTW استفاده شده است.
- 3- 2 روش انجام آزمایش
در فرآیند جذب، یکسری عوامل بر بازده ی آن تأثیرگذار هستند که از آن جمله می توان به pH و غلطت اولیه محلول اشاره کرد. بهینه سازی این پارامترها موجب افزایش بازده ی این فرآیند خواهد شد. به منظور مطالعه ی اثر پارامترهای کنترل کننده، مثل pH و غلظت اولیه محلول بر فرآیند جذب -2کلروفنل، در ابتدا محلول هایی با غلظت های متفاوت تهیه و 100ml از هر نمونه در تماس با 1gr کربن فعال قرار گرفته و محتویات ظرف حاوی نمونه توس همزن، همزده شد. سپس در بازه های زمانی مشخص، نمونه گیری صورت گرفته و در نهایت آنالیز نمونه ها در طول موج 460 nm توس دستگاه اسپکتروسکوپی UV/Vis انجام شد. جهت بهینه سازی اثر هر پارامتر، سایر پارامترها ثابت در نظر گرفته شده است.
- 3 نتایج و بحث
-1-3 اثر pH
pH محلول یک فاکتور مهم می باشد، که ممکن است، مشخصات شیمیایی جاذب
و جذب شونده را تحت تأثیر قرار دهد. همانطور که درشکل1 مشاهده می شود بیشترین میزان حذف در pH های اسیدی صورت گرفته است و حداکثر بازده ی حذف در pH 1 به حدود 99/17 درصد رسیده است. از آنجایی که ثابت تفکیک اسیدی -2کلرو فنل 8/53 است، اسیدی ضعیف محسوب می شود. از این رو در محی های بازی تفکیک شده و به صورت گونه های یونی حضور دارد، در نتیجه در محی های بازی میزان حذف کمتری مشاهده شده است. اما -2کلرو فنل در محی های اسیدی یونیزه نمی شود و به صورت مولکولی حضور دارد و میزان جذب بیشتر بوده و در نتیجه درصد حذف افزایش یافته است.
-2-3 اثر غلظت اولیه محلول
مطابق شکل2، زمان رسیدن به تعادل برای غلظت های 100mg/l و200 حدود 30
دقیقه و برای غلظت های 500mg/l و 1000 حدود 60 دقیقه و بعد از آن
تعادل برقرار شده است. اما زمان رسیدن به تعادل برای غلظت های
3000mg/l و 5000 به ترتیب حدود 180 و 240 دقیقه بوده است. در دقایق ابتدایی به این دلیل که تعداد سایت های جذب بیشتر است، بنابراین نیروی محرکه جهت انتقال جرم بیشتر بوده و جسم حل شونده به آسانی به سایت های جذب دست می یابد. در نتیجه حذف بسیار سریع صورت می گیرد. از این رو تا پیش از رسیدن به تعادل با افزایش زمان تماس، حذف افزایش یافته و پس از آن ثابت باقی می ماند. مطابق شکل3، در غلظت های 1000mg/l،500،200،100 به دلیل در دسترس بودن سایت های جذب، با افزایش غلظت اولیه، میزان حذف نیز افزایش یافته است. اما برای غلظت های بالا با افزایش غلظت، درصد حذف کاهش یافته است.
شکل :(1) اثر pH های مختلف بر ماکزیمم درصد حذف -2کلرو فنل در جذب با کربن فعال
