بخشی از مقاله
چکیده
آلودگی آب و عناصر سنگین - - Cd استفاده از فاضلاب را محدوده میسازد.راه کارهای فراوانی برای تصفیه و پالایش این آبها از عناصر سنگین از جمله زغال زیستی وجود دارد. از آنجایی که خصوصیات زغال زیستی تحت تأثیر دمای گرماکافت قرار می گیرد لذا آزمایشی با هدف تعیین دمای گرماکافت مناسب جهت تولید زغال زیستی از ضایعات نخل و کاهش آلودگی کادمیوم فاضلاب توسط آن اجرا گردید.
تیمارهای این آزمایش شامل سه درجه حرارت گرماکافت - 400، 700 و 900 درجه سانتی گراد - با سه تکرار در طرح آزمایشی کرتهای کاملا تصادفی مستقر شدند.نتایج نشان داد که افزایش دمای گرماکافت موجب افزایش pH، EC، C/N و سطح ویژه زغال زیستی و کاهش ظرفیت تبادل کاتیونی گردید. زغال زیستی تولید شد در دمای 700درجه سانتی گراد به عنوان زغال زیستی مناسب انتخاب و در نسبت 0/2 درصد موجب کاهش غلظت کادمیوم در آب آلوده گردید.
مقدمه
امروزه آلودگی آب به فلزات سنگین یکی از مشکلات رو به رشد، در سراسرجهان است. غلظت بیش از حد فلزات سنگین در آب ، خاک، اغلب بوسیله فعالیتهای بشر، از قبیل صنایع معدنی و استخراج از سنگ معدنهای حاوی این فلزات، استفاده از کودها ، مواد شیمیایی کشاورزی و غیره و نهایتا تخلیه پسابها و زهاب های حاصل از این فعالیتها منتهج میشود. از طرفی آلودگی رو به افزایش فاضلابهای شهری و صنعتی دارای ترکیبات سمی حاصل از توسعه و رشد صنایع مسئله نگران کننده ایی است. فلزات سنگین به لحاظ ماهیت غیر قابل تجزیه، سمیت شدید، تجمع پذیر و سرطان زا بودن آبهای پذیرنده را جهت مصارف مختلف نامطلوب میسازد
کادمیوم یکی از مهم تریم فلزات سنگینی است که در صنایع الکتریکی ، باطری سازی، آبکاری و ساخت راکتورهای هسته ایی کاربرد دارد. عوارض سوءبهداشتی کادمیوم مانند آسیب به کلیه، تجمع خون در ریه و شش و زخمهای پوستی در انسان به اثبات رسیده است
روشهای زیادی برای حذف فلزات سنگین از فاضلاب از جمله ته نشینی، فیلتراسیون، اکسیداسیون و احیاء، تبادل یونی و جداسازی غشایی وجود دارد. حذف یونهای فلزات سنگین از محلهای آبی از طریق جذب یک روش آسان و نسبتا کم هزینه است. زغال زیستی یکی از موادی است که در سالهای اخیر به منظور حذف آلایندههای مختلف از محلول آبی در فرایند جذب سطحی مورد توجه بسیاری از محققین قرار گرفته است. زغال زیستی از ضایعات کشاورزی و زیست تودههای گیاهی تحت شرایط دمایی محدود اکسیژن که اصطلاحا به آن گرماکافت گفته میشود تولید می شود
فرایند گرماکافت تا حد زیادی ویژگی های زغال زیستی و پتانسیل استفاده از آن در کشاورزی و محیط زیست را تحت تأثیر قرار میدهد. دمای گرماکافت براساس محدودده دما به سه کلاس: گرماکافت آهسته، گرماکافت سریع و گرماکافت خیلی سریع تقسیم می شود. دمای گرماکافت سبب تغییر در خصوصیات جذبی زغال زیستی حاصله میشود به گونه ایی که با افزایش دمای گرماکافت میزان سطح ویژه زغال زیستی و میزان کربن در ساختار زغال زیستی افزایش می یابد
در حالی که زغال زیستی تحت تأثیر دمای گرماکافت آهسته حجم زیتوده اولیه در اثر تبخیر آب کاهش مییابد ولی تغییری در ساختار زغال زیستی حاصله ایجاد نمیشود
وفور گروههای عاملی در سطح زغال زیستی به ویژه گروههای اکسیژندار مانند - کربوکسیل و هیدروکسیل - ، موجب ایجاد پیوند قوی با فلزات سنگین به وسیله مکانیزمهای مختلف میشوند، این موضوع را میتوان با مشاهده میزان تغییر در گروه عاملی زغال زیستی قبل و بعد از وجود فلزات سنگین درک کرد. جذب آلایندههای آلی ازآب توسط زغالزیستی به دلیل سطح بالای زغال زیستی و منافذ ریز آن است - لو و همکاران، . - 2014 لذا آزمایشی با هدف تعیین دمای گرماکافت مناسب جهت تولید زغال زیستی از ضایعات نخل و کاهش آلودگی کادمیوم فاضلاب توسط آن اجرا گردید.
مواد و روش
در این پژوهش از ضایعات نخل به عنوان زیتوده اولیه استفاده شده است. ضایعات نخل - زیتوده اولیه - تحت تأثیر درجه حرارتهای مختلف گرماکافت قرار گرفتند ونهایتاً زغال زیستی نخل تولید شد. به منظور تولید زغال زیستی، نمونه در شرایط کم اکسیژن به مدت 1 ساعت در کوره Muffle france مدل SEF-101 در سه سطح دمایی 400 درجه سانتیگراد، 700 درجه سانتیگراد و 900 درجه سانتیگراد قرار داده شدند تا هر سه مرحله گرماکافت به خوبی انجام گیرد سه تیمار حرارتی با سه تکرار در طرح آماری کرتهای کاملا تصادفی مستقر شده و تأثیر این سه دما بر برخی خصوصیات هریک از زغال های زیستی مورد بررسی قرار گرفت.
شکل -1 کوره الکتریکی برای تهیه زغال زیستی شکل -2 زیتوده ضایعات نخل و زغال زیستی حاصل از آن
جهت اندازهگیری pH و EC زغال زیستی با نسبت 1:10 با آب مقطر به مدت 30 دقیقه شیک شدند، سپس pH آن با دستگاه PH سنج و هدایت الکتریکی با دستگاه EC سنج برحسب - ds/m - اندازهگیری شدند - روش استاندارد ASTM، . - 2000 اندازهگیری سطح ویژه به روش BET انجام شد. اندازهگیری نیتروژن و کربن نمونههای زغال زیستی با استفاده از دستگاه آنالیز عنصری موجود در آزمایشگاه مرکزی دانشگاه شهید چمران اهواز انجام شد.
به منظور تعیین ظرفیت تبادل کاتیونی زغال زیستی ، ابتدا 4 گرم نمونه زغال زیستی وزن گردید و درون لوله مخصوص ریخته شد. سپس 20 میلیلیتر محلول استات آمونیوم 1 مولار به آن اضافه شده و مدت 30 دقیقه بر روی دستگاه شیکر تکان داده شد سپس محلول از کاغذ عبور داده شد و غلظت هر یک از عناصر کلسیم، پتاسیم، سدیم و منیزم در عصاره مورد نظر اندازهگیری شد. ظرفیت تبادل کاتیونی زغال زیستی از جمع جبری غلظت کاتیونهای مذکور محاسبه گردید - هربرت و همکاران،. - 2012 اندازهگیری گروه عاملی زغال زیستی به روش طیفسنجی مادونقرمز - FTIR - انجام شد.
بر اساس خصوصیات هر یک از زغالهای زیستی از بین آنها مناسب ترین زغال زیستی انتخاب - 700 درجه سانتی گراد - و غلظت های 0/05، 0/1، 0/2، 0/4، 0/8 و 1 درصد زغال زیستی به فاضلاب حاوی کادمیوم با غلظت 1/2 میلی گرم بر لیتر اضافه نموده و به مدت 10 ساعت همزده شد. سپس مخلوط فیلتر شده و غلظت کادمیوم در محلول فیلتر شده توسط دستگاههای جذب اتمیک و ICP اندازه گیری شد.
آنالیز واریانس دادهها با استفاده از نرمافزار spss و مقایسه میانگین با آزمون چند دامنه ایی دانکن انجام شد.
نتایج
تأثیر دمای گرماکافت بر برخی خصوصیات زغال زیستی
شکل 3 طیف های تهیه شده از زغال زیستی نخل در دماهای مختلف گرماکافت را نشان میدهد. گروه عاملی زغال زیستی با افزایش دما ا ز 400 به 900 درجه تغییرات قابل توجهی داشته است. در دمای 400 درجه زغال زیستی دارای پیکهایی در محدوده 874، 1113 ، 1436، 1709، 1529، 2277، 3434 میباشد که به ترتیب مربوط به گروه عاملی C-H خطی، C-O-C، C=C،C=O، C- H و O-H حلقوی میباشد که با افزایش دما تا 700 درجه از شدت پیک گروههای عاملی خطی کاسته شده ولی گروه O-H حلقوی پیک قوی از خود نشان دادند.
شکل -3 طیف FTIR نمونه زغال زیستی ضایعات نخل در دمای - a - 400 و b - 700 - درجه سانتیگراد
در دمای 900 هیچ گونه پیکی برای زغال زیستی به دست نیامد که نشان میدهد گروه C-H حلقوی حذف شده و O-H حلقوی در سطح زغال زیستی باقی نمیماند که به علت از دست دادن آب در دمای بالا اتفاق افتاده است. - چن و همکاران، . - 2011 زغال زیستی تهیه شده در دمای پایین - پیکهای کمتر از 400 درجه - تعداد گروه عاملی قطبی بیشتری در سطح خود دارا میباشند.
در زغال زیستی 900 درجه نخل تمامی گروه عاملی از بین رفته و هیچ گونه پیکی قابل مشاهده نبود. نتایج آنالیز واریانس و میانگین تأثیر دمای گرماکافت بر برخی خصوصیات زغال زیستی مختلف به ترتیب درجداول 1 و 2 حاکی از تأثیر متفاوت و معنی دار دمای گرماکافت مختلف بر EC، CEC، BET , C/N زغال زیستی میباشد.
