بخشی از مقاله
چکیده
در این مطالعه به بررسی حذف یون مس از محلول آبی توسط هیدروژل تبادلگر یونی حاوی پلی ساکارید زانتان، مونومر ایتاکونیک اسید و بنتونیت بر اساس واکنش پلیمریزاسیون رادیکال آزاد پرداخته شده است. با توجه به اینکه فاکتورهای مختلفی مانند حضور نمک ها و عوامل فعال کننده سطحی می تواند بر روی ظرفیت تعادلی جذب هیدروژل در حذف فلز سنگین مس تأثیر گذار باشد، به همین منظور در این تحقیق با استفاده از نرم افزار طراحی آزمایش بر اساس مدل دو سطحی عاملی جزیی - - Two Level Fractional Factorial اثر 3 نوع نمک شامل نمک سدیم کلرید،کلسیم کلرید، آهن کلرید و سه نوع مادهی فعال سطحی آنیونی،کاتیونی و خنثی بر روی ظرفیت جذب ژل توسط 32 آزمایش مورد ارزیابی قرار گرفت.
آنالیز آماری نشان داد که مدل برازش شده دارای درجه اعتبار - کمتر از - 0/05 و ضریب همبستگی - 0/925 - می باشدکه این ضریب همبستگی با توجه به تعداد زیاد عوامل مناسب بود. فرضیات انجام شده در این طراحی با توجه به نمودار های احتمال و پارامتر باقی مانده مورد تایید قرار گرفت. همچنین نتایج به دست آمده در این مطالعه نشان داد که به جز نمک آهن کلرید - III - مابقی نمک ها باعث افزایش ظرفیت جذب می شوند.
مقدمه
گسترش روز افزون جوامع بشری و پیشرفت در زمینههای صنعتی، هرچند که امتیازات ویژه ای به همراه داشته است ولیکن مشکلات زیادی را نیز برای اجتماعات به ارمغان آورده است. یکی از این مشکلات، فاضلاب حاصل از اماکن مسکونی و فعالیت واحدهای صنعتی میباشد. از آنجا که دفع غیر صحیح فاضلابهای خانگی و صنعتی اثرات نامطلوبی بر روی محیط زیست دارد، تصفیه هرچه کاملتر فاضلابها اهمیت بیشتری مییابد.
فاضلابهای خانگی و از آن مهمتر فاضلابهای صنعتی بعلت داشتن مواد آلی و معدنی، در صورت دفع در محیط باعث آلوده شدن آبهای سطحی و زیرزمینی گشته و در نتیجه استفاده مجدد از آب برای بهترین کاربرد آن با مشکل مواجه میگردد. همچنین استفاده از آب برای مصارف مختلف و نیاز شدید به آب در هر منطقه از ایران، ما را برآن میدارد که از به هدر رفتن آب به هر شکل جلوگیری کرده و با تصفیه فاضلابهای خانگی و صنعتی که از حجم زیادی نیز برخوردار هستند در جهت تأمین آب مورد نیاز قدم برداریم
یکی از آلودگیهای محیط زیستی که همواره بشر و دیگر موجودات زنده را تهدید میکند، آلودگی ناشی از عناصر سنگین در فاز مایع است. حتی مقدار ناچیز این عناصر، بهعنوان یکی از اصلی-ترین منابع آلودگی محیط زیست مطرح شده است . - Milosavljevic et al , 2010 - روشهای مختلفی برای حذف یونهای سنگین فلزی تاکنون مورد توجف قرار گرفته است که می توان به منعقدسازی و رسوب، جذب سطحی، رزین های تعویض یون اشاره کرد. در بین روشهای مختلف، جذب سطحی دارای مزیتهای فراوانی مانند انعطاف پذیری و ارزان بودن است. در میان مواد مورد استفاده برای فرایند جذب، کامپوزیت ژلها به دلیل داشتن ساختار آب دوست، قابلیت استفاده مجدد، مقاومت شیمیایی و استفاده راحت بسیار مورد توجه قرار گرفته اند
,از سوی دیگر در بین فلزات سنگین، جذب مقدار زیادی مس باعث آسیب کبد و کلیه، کمخونی، سرطان-زایی و حتی مرگ میشود به همین دلیل حذف مس و یا به حداقل رساندن آن در صنعت امروزه اهمیت زیادی دارد . - Kim and Lim,1999 - در میان جاذب های پلیمری ژلها شبکه های پلیمری هستند که خاصیت نگهداری حلال در ساختمان خود را دارند.
هیدروژلهای نانو کامپوزیتی در حین جذب و یا دفع آب می توانند با تبادل یون های متحرک در داخل ساختار خود و برهمکنش های الکترواستاتیکی بین گروه های عاملی و یونهای فلزی به مانند جداساز عملکرده و نقش احیاء کنندگی و برطرف کننده آلودگی های یونی محیط زیست را نیز داشته باشند - Sinha Ray and . - Okamato, 2003 برگمن و همکاران در سال 2008، تشکیل کمپلکس پلی ساکارید زانتان با یونهای دو ظرفیتی Ca2+، Mg2+، Mn2+، Fe2+، Cu2+، Zn2+، Cd2+ و Pb2+ را مورد بررسی قرار دادند.
آنالیز دادههای آزمایشی آنها نشان داد که زنجیرههای زانتان در محلولهای آبی در pH= 6، بصورت برگشت پذیر با یونهای دو ظرفیتی پیوند برقرار کرده و با مقایسه نتایج پی بردند که یونهای سنگین فلزی Cd2+ - و - Pb2+ با پیوند های قوی تری نسبت به کاتیونهای سبک تر Mg2+ - و - Ca2+ به زنجیره زانتان متصل میشوند . - Bergmann et al , 2008 - وفا متر و سامی بوفی در سال 2015 از پلیمر متاسیلیک اسید با مالئیک اسید پیوند با نانوفیبرهای سلولوزی به عنوان جاذب برای جذب فلزات سنگین استفاده کردند و نشان دادند زمانی که غلظت فلزات کمتر از 10ppm باشد یک جذب موثری بیش از %95 نسبت به فلزات سنگین Pb2+>Cd2+>Zn2+>Ni2+ را دارا می باشند اما اگر غلظت فلزات سنگین بیش از 10ppm باشد میزان این جذب موثر در بازه ی %90 تا %60 قرار می گیرد.
چرا که با فرض ثابت نگه داشتن جرم یا مقدار جاذب هرچه غلظت این فلزات در محلول بیشتر باشد باعث می شود که مکانهای فعال برای جذب فلزات کمتر باشد و از طرفی نیروهای الکترواستاتیک دافع بین فلزات آزاد و پیوند خورده باعث کاهش ظرفیت جذب می شود. همچنین آنها به این نتیجه رسیدند که علاوه بر فرآیند تبادل یونی، شعاع کاتیونها نیز بر ظرفیت جذب تاثیر گذار هستند.
به علاوه آن ها فرایند اب زدایی فلزات را مورد بررسی قرار دادند و به این نتیجه رسیدند که فرآیند آب زدایی یک فرآیند گرما گیر است از طرفی قرار گرفتن فلزات بر روی سطح جاذب یک فرآیند گرما زا است بنابراین آنتروپی و انتالپی افزایش و انرژی آزاد جذب - G - کاهش می یابد ودر نتیجه باعث افزایش جذب فلزات توسط جاذب شوند - Wafa Maatar and Sami . - Boufi ,2015 باو و همکاران در سال 2011 بر روی رفتار تورمی سوپر جاذبهایی که توسط کوپلیمریزاسیون پیوندی اکریلیک اسید/اکریل آمید-2/اکریل آمیدو--2متیل پروپان سولفونیک اسیدروی سدیم کربوکسی متیل سلولز و مونت موری لونیت ساخته شدهاند، مطالعه کردند.
ساختار و مورفولوژی سوپر جاذبها توسط میکروسکوپ الکترونی روبشی و طیف سنجی تبدیل فوریه مادون قرمز و آنالیز گرماسنجی شناسایی شد. سوپر جاذب دارای یک ساختار متخلخل با اتصالات عرضی از مونت موری لونیت و کربوکسی متیل سلولز با زنجیرههای جانبی حامل کربوکسیلات، کربوکسامید و سولفونات است. رفتار تورم سوپر جاذب وابسته به pH محلول، سایز ذره و غلظت محلولهای نمکی بود
در این تحقیق از مونومر ایتاکونیک اسید و پلیمر زانتان به علت داشتن گروههای عاملی نظیر کربوکسیلها، هیدروکسیلها و هیدرواکسیدها که دارای بار منفی و مکانهای مناسب برای جذب کاتیون مس است استفاده شده است . - Nedeljko B et al, 2011 - جستجوی گسترده مطالعات پیشین در زمینه هیدروژلهای نانوکامپوزیتی برای کاربردهای مختلف نشان داد که گزارشی در زمینه بکارگیری هیدروژلهای نانوکامپوزیتی در حضور نمک ها و سورفکتانت ها به منظور جذب مس از محلولهای آبی منتشر نشده است و همچنین از به پلیمر زانتان در حضور مونومر ایتاکونیک اسید در ساختار هیدروژل به صورت محدودی استفاده شده است.
به همین دلیل تهیه هیدروژل نانوکامپوزیتی حاوی پلی ساکارید زانتان، مونومر ایتاکونیک اسید و بنتونیت و ارزیابی کارایی آن و مدل طراحی شده برای کاربرد بالقوه در فرایندهای جذب مس از محلولهای آبی و نمکی هدف این پژوهش قرار گرفت. در این پژوهش تلاش بر آن شد که با بکار بستن روش پلیمریزاسیون رادیکال آزاد و اتصال عرضی پلی ساکارید طبیعی زانتان گام در حضور مونومر آنیونی ایتاکونیک اسید - متیلن سوکسینیک اسید - ، هیدروژلهایی با جذب بالا تهیه گردد و از حضور نانوذرات برای بهبود استحکام این نوع هیدروژلها استفاده شد و تاثیر حضور نمک های سدیم کلرید، کلسیم کلرید، آهن کلرید و سورفکتانت های آنیونی کاتیونی و خنثی بر روی ظرفیت جذب کاتیون مس این هیدروژل بررسی شد.
