بخشی از مقاله
چکیده:
دادههای تعادل مایع - مایع برای سیستم سه تایی - آب + فنل + کیومن - در دماهای 293/2 - ، 298/2 و - 308/2 کلوین و در فشار 81/5 kPa مورد مطالعه قرار گرفت. بر اساس نتایج، حلالیت فنل در کیومن به ویژه در غلظتهای بالاتر فنل، بیشتر ا ز حلالیت آن درآب است. میزان کارایی استخراج با استفاده از ضریب توزیع و فاکتور جداسازی بررسی شد که ضریب توزیع از 1/3107 - 4/8400 و فاکتور جداسازی فنل از 63/71 - 421/69 تعییر یافته است. قابلیت اطمینان دادههای تجربی با معادلات آتمرتوبیاس و باخمن مورد بررسی قرا گرفت.
دادههای تجربی با استفاده از نرم افزار اسپن پلاس و مدلهای NRTL و UNIQUAC برازش شد. برای تایید درستی دادههای تجربی و مقایسه آنها با مقادیر بدست آمده از مدلهای مذکور، ریشه متوسط مربعات انحراف معیار rmsd محاسبه گردید. مقادیرنسبتاً کم rmsd حاکی از سازگاری خوب بین دادههای تجربی و دادههای برازش شده میباشد. همچنین مدل NRTL دارای قابلیت بهتری نسبت معادله UNIQUAC برای برازش دادههای تجربی است.
مقدمه
فنل یک ترکیب سمی، سرطانزا و جهشزا است که از دیدگاه آژانس حفاظت محیط زیست آمریکا در لیست آلاینده-های دارای اولیت قرار گرفته است. این ترکیب حتی در غلظت-های بسیارکم - < 5 mg/L - منجر به مرگ آبزیان میشود. علاوه بر سمیت، حضور مقادیر کم فنل در آب منجر به ایجاد بو و طعم نامطبوعی در آن میشود. فنل و مشتقات آن توجه زیادی را به خود جلب کرده است زیرا به طور گسترده در فاضلاب صنایع شیمیایی نظیر واحدهای پتروشیمی، پلایشگاههای نفت، کارخانه-های فولاد، صنایع رنگ ، چوب و کاغذ، مواد شوینده و دارو تولید میشود. بنابراین تصفیه فاضلابهای حاوی ترکیبات فنلی قبل از رهاسازی آنها در محیط زیست امری ضروری است.
فنل تمایل زیادی به حل شدن در آب دارد ولی به علت تشکیل آزئوتروپ، جداسازی آن از آب دشوار است. بدین لحاظ استخراج با حلال یک روش موثر برای بازیابی فنل از آب بشمار میرود به ویژه وقتی غلظت فنل بیش از 1000 mg/L باشد. تا کنون حلالهای زیادی برای استخراج فنل مورد بررسی قرار گرفته است از قیبل متیل ایزوبوتیل کتون - MIBK - ، اتیلن گلیکول [1]و مایعات یونی
علاوه بر این دادههای تعادل مایع - مایع برای سیستم - آب + فنول + حلال - توسط بسیاری از پژوهشگران ارائه و حلالهای مختلف مورد بررسی قرار گرفته است، به عنوان مثال حلالهای تولوئن یا اتیل بنزن
کیومن یک حلال شناخته شده است که توسط لیو - Liu - و همکارانش برای استخراج فنل مورد مطالعه قرار گرفت .[4] این ترکیب به عنوان حلال ویژگیهای قابل توجهی دارد که شامل پایداری شیمیایی، فشار بخار کم، دانستیه و ویسکوزیته پایین است. اما تا کنون دادههای تعادلی برای این سیستم گزارش نشده است.
در این مطالعه دادههای تعادلی سیستم سه تایی - آب + فنل + کیومن - در دماهای 293/2 - ، 298/2 و - 308/2 کلوین و در فشار محیط مورد مطالعه قرار گرفت. ضریب توزیع و ضریب جداسازی برای ارزیایی کارایی حلال اندازهگیری شد. دادههای تجربی با معادلات آتمرتوبیاس و باخمن مورد ارزیابی قرار گرفتند .برای تایید صحت دادههای تجربی، مدلهای NRTL و UNIQUAC به وسیله نرم افزار اسپن پلاس به کار گرفته شدند.
بخش تجربی
مواد و روشها: فنل و کیومن به ترتیب با درصد خلوص-های بالاتر از %99/5 و %99 محصول شرکت مرک مورد استفاده قرار گرفت. آب دیونیزه با هدایت یونی کمتر از 0/08 6.FP-1 توسط دستگاه آب دی یونیزه مونتاژ شده توسط شرکت هستاران طب تامین گردیده است. مشخصات مواد شامل درصد خلوص، دانسیته و ضریب شکست در جدول 1 آورده شده است.
جدول - : - 1 خواص فیزیکی و خلوص مواد اولیه
ضریب شکست با استفاده از رفرکتومتر مدل Leica Mark II 10480 - ساخت آمریکا - با دقت 0/00005 اندازهگیری شد. دانسیتومترAnton Paar DMA4500 - ساخت استرالیا - با دقت 0/00001 g·cm-3 برای اندازهگیری دانسیته مایعات مورد استفاده قرار گرفت.
اندازه گیری دادههای تعادلی:
برای اندازهگیری غلظتهای تعادلی به روش تیتراسیون نقطه ابری، از یک سل مینیاتوری مجهز به همزن که در کارهای قبلی ما توضیح داده شد استفاده گردید .[8] برای توزین دقیق نمونهها از ترازوی اوهاوس - Adventurer , Pro AV264 - با دقت 0/0001 g استفاده شد. برای بدست آوردن ارتباط بین ضریب شکست و غلظت محلول، مخلوطهایی از - آب + فنل - و - کیومن + فنل - با غلظت معین تهیه و درون سل در حال هم همزدن با دمای معین قرار داده شد سپس ترکیب سوم - کیومن یا آب - با استفاده از میکروسرنگ تیتر گردید این کار تا زمانی ادامه پیدا میکرد تا نقطه ابری پایداری تشکیل میگردید. سپس محلول به مدت یک ساعت بدون حرکت قرار داده میشد تا جداسازی فازها صورت گیرد. پس از آن با استفاده از سرنگ از فازها نمونه برداری و برای اندازهگیری ضریب شکست به رفرکتومتر تزریق میگردید. هر اندازهگیری سه بار تکرار میشد.
وابستگی بین ضریب شکست و کسر وزنی در شکل 1 و 2 نشان داده شده است که در آن wi1 and wi3 مربوط به کسر وزنی ترکیبات - آب 1 =، فنل 2 = و کیومن - 3 = به ترتیب در فاز آلی و آبی است.
برای تعیین دادههای تعادل مایع - مایع، محلولهای سه جزیی - آب - فنل - کیومن - در ناحیه دو فازی داخل لولههای آزمایش تهیه شدند. محلولها در داخل شیکر N-BIOTEK- - - 304 مجهز به حمام آب و ترموستات با دمای ثابت با دقت K 0/1، برای چهار ساعت در 175 rpm در حال هم زدن قرار گرفتند. سپس برای 12ساعت اجازه داده شدتا فازها کاملاً از هم جدا گردند و از هر فاز به دقت نمونهگیری و ضریب شکست نمونهها توسط رفرکتومتر در دمای یکسان تعیین شد.
شکل - : - 1 تغییرات کسر وزنی فنل با ضریب شکست در فاز آب و آلی: :، T 293/2 K؛ ، T 298/2 K؛ ، .T 308/2 K
شکل - : - 2 تغییرات کسر وزنی کیومن با ضریب شکست در فاز آب و آلی: ، T 293/2 K؛ ، T 298/2 K؛ ، .T 308/2 K
با توجه به ضریب شکست نمونهها و روابط بین ضریب شکست محلولهای ابری شده با غلظت اجزاء در منحنی بینودال در دمای مربوطه، غلظت تمام اجزاء در هر فاز مشخص شد.
نتایج و بحث
نتایج تعادل مایع - مایع: نتایج دادههای تعادل مایع - مایع برای سیستم - آب - فنل - کیومن - در سه دمای 293/2 - ، 298/2 و - 308/2 کلوین اندازگیری و به صورت دیاگرام مثلثی در شکل 3 - به عنوان نمونه - نشان داده شد. نتایج نشان میدهد که حلالیت آب در فاز آلی، با افزایش غلظت فنل افزایش مییابد. علاوه بر این حلالیت کیومن در فاز آبی در محدوه غلظتی مورد مطالعه بسیار ناچیز است. با توجه به اینکه مخلوط کیومن + فنل در محدوه وسیعی امتزاجپذیر، مخلوط دوتایی آب + فنل به صورت جزئی امتزاجپذیر و مخلوط آب + کیومن کاملا امتزاجناپذیر هستند، سیستم سهتایی - آب - فنل - کیومن - همانند سیستم تعادلی مایع - مایع نوع - II - عمل میکند.
شکل - : - 3 سیستم سه تایی - آب + فنل + کیومن - در فشار P = 81/5 kPa و دمای 298/2 K T
با توجه به شکل شیب نمودار تعادلی به خوبی نشان میدهد که در غلظتهای بالاتر فنل، امتزاجپذیری فنل در کیومن افزایش مییابد.
برای ارزیابی کارایی کیومن برای استخراج فنل، فاکتور جداسازی بر اساس رابطه - 1 - محاسبه شد.
تغیرات D1،D2 و S بر اساس کسر وزنی فنل به ترتیب در شکل 4 و 5 نشان داده شده است. بر اساس نتایج ضریب توزیع فنل از 1/3107 - 4/8400 تغییر یافته است. در حالی که فاکتور جداسازی در محدودهی 63/71 - 421/69 قرار گرفت. بر این اساس کیومن حلال خوبی برای استخراج فنل است.
