بخشی از مقاله
چکیده
در این پژوهش نانوالیاف پلیاکریلونیتریل - PAN - به روش الکتروریسیتهیه گردید. بدین منظور محلول پلیاکریلو نیتریل و دیمتیل فرمامید - DMF - با غلظت 10 درصد وزنی در میدان الکتریکی21 kV و فاصله صفحه 16 cm تحت ریسندگی قرار گرفت. بدین ترتیب نانوالیاف با قطر متوسط 100نانومتر تولید گردید،الیاف بدست آمده دارای قطرهای یکنواخت و متفاوتی بودند . مورفولوژی نانو الیاف به وسیله SEM بررسی گردید. در مرحله بعد سطح نانوالیاف توسط دی اتیلن تریآمین عاملدار شد و سپس با استفاده از اسپکتروفتومتر FTIR از وجود گروههای آمین در سطح نانو الیاف اطمینان حاصل شد. سپس از این الیاف آمین دار شده برای جذب یون کادمیم - CdP2++P - که یکی از فلزات سنگین آلاینده در پساب های صنعتی میباشد، استفاده گردید.
در فرآیند جذب خصوصیات شیمیاییالیاف و تاثیرات پارامترهاییهمچون pH، دما و زمان مطالعه شده است. بررسیها نشان میدهد در pH ، 7-6،بیش از %90 یونهای کادمیوم ظرف 10 دقیقه اول جذب الیاف میشوند و پس از 10 دقیقه با گذشت زمان بیشتر تغییر اندکی در افزایش میزان جذب مشاهده می شود. مقدار جذب یون کادمیوم بسیار به pH وابسته است و همچنین با افزایش دما مقدار جذب اندکیافزایش مییابد. لازم به ذکر است تاکنون جذب یون کادمیوم توسط نانوالیاف پلی اکریلونیتریل آمین دار شده، مورد مطالعه قرار نگرفته است.
-1مقدمه
انتشارفلزات سنگین در محیط زیست همراه با صنعتیشدن و گسترش شهر نشینی مشکلات زیادی را در سرتاسر جهان به وجود آورده است. T3توسعه سریع و افزایش معدنکاریو فعالیت هایصنعتیبه تدریج باعث پراکندگی بسیاریاز فلزات سمیاز پوسته زمین به محیط زیست گردیده است .[1T]3 بسیاریاز صنایع کشور در بازیابیپسابهایصنعتی به منظور افزایش تولید و ایجاد شرایط و فضایتوسعه اقدام مینمایند. اصولا یکی از ارکان مهم توسعه پایدار در بخش صنعت جلوگیریاز آلودگی هایناشیاز فعالیت هایصنعتی - بخصوص فاضلابهای صنعتی - و تصفیه فاضلابها با روشهای مناسب و استاندارد قابل قبول در جهت استفاده مجدد و بازیافت آب است.
مثلا در صنایع فلزی، فرآیند تولید و پوشش قطعات فلزی، مقدار زیادیپسابهایآلوده به فلزات سنگین از قبیل مس، کادمیوم، نقره، جیوه، کرم و یا نیکل ایجاد میگردد. این عناصر از خطرناکترین عوامل آلاینده محسوب شده و اثرات ژنیتیکی و یا سرطانزائی آنها به اثبات رسیده است3]،.[2 فلزات سنگین از پساب را با روش های زیر جداسازی میکنند: اسمز معکوس، ته نشین شدن شیمیایی، الکترو شیمیاییوتبادل یونیو جذب می باشد. اصطلاح sorption وقتی بکار میرود که جذب و جذب سطحی همزمان اتفاق افتد یا یکی از فرآیندها قابل تشیخص از دیگری نباشد. [4 ]
از الیاف مختلفی برایجذب یون ها استفاده می شود، اما محققین توجه خاصی به الیاف اکریلیکP Pمعطوف ساخته اند، علت این امر مقاومت بالای این الیاف نسبت به حرارت، نورخورشید، حشرات و میکروارگانیزمهاو تاثیرپذیری ناچیزیاز اسیدها و بازهایضعیف ، حلالهایآلی و اکسیدکننده ها می باشد10]،.[9 در سالهای اخیر مطالعات بسیاری برای جذب فلزات سنگین با استفاده از نانو الیاف اکریلو نیتریل انجام شده است و روشهای گوناگونی جهت تغییر سطح نانو الیاف استفاده شده است به طور مثال گروه آقای R. liu و همکارانش بر روی نوعی از الیاف پلیاکریلونیتریل اصلاح شده با هیدرازین واکنش های آمینه کردن و سولفونه کردن انجام دادند.
این گروه واکنش آمینه کردن الیاف پلی اکریلونیتریل اصلاح شده با هیدرازین را در حضور محلول%33 اتیلن دی آمین در دمای97-95 درجه سانتیگراد برای مدت 8 ساعت انجام دادند. درصد افزایش وزن الیاف در محدوده %34-28 محاسبه شده است .[4] نتایج آزمایشهای گروه R. liu و همکارانش نشان میدهد که افزایش 5 درجه ای در دمای واکنش باعث افزایش شدید سرعت آمینه کردن الیاف اصلاح شده با هیدرازین میشود در حالی که در واکنش عاملدار کردن الیاف آمینه شده با گروه عاملی تیوآمید دما یک عامل بی اثر است.[4]
در مطالعات دیگر که توسط آقای عبدوس و همکارانش انجام شده است روش جدیدی برای آمین دار کردن الیاف پلیاکریلو نیتریل ارائه شده است. در این مطالعات برای هر 1گرم الیاف پلیاکریلو نیتریل محلولی حاوی 20میلی لیتر دیاتیلن تری آمین و در40میلیلیتر آب مقطر غوطه ور بوده است و زمان و دماهای مختلف جهت آمین دار شدن الیاف در نظر گرفته شده است در نهایت بهترین شرایط جهت آمین دار کردن الیاف محلول 3/2 مولار از دیاتیلن تریآمین به مدت 8 ساعت و در دمای92 œ C بوده است که این الیاف توانایی بالایی در جذب یون های مس، سرب و کروم داشته اند اما توانایی الیاف در جذب سرب بیشتر از سایر یونها بوده است.[5]
در این مطالعات برای ساخت الیاف پلی اکریلونیتریل از روش الکتروریسی استفاده شده است، و سپس الیاف ساخته شده عامل دار شده اند و برای جذب یون فلز کادمیوم که کمتر ازسایر یون های فلزات دیگر مورد مطالعه قرارگرفته بوداستفاده گردید ، در آزمایشات انجام شده جذب یون های کادمیوم با استفاده از کیلیت - chelating - کردن صورت گرفته است،عوامل مختلف نظیر pH، دما و زمان مورد بررسی قرار گرفته است.
-2مواد و روشها
-1-2مواد شیمیایی
پلیآکریلو نیتریل مورد استفاده حاوی %93/7 اکریلیک نیتریل و %6/3 متیل اکریلیت گرم/مول در لیتر MRvR= 70000 ساخته شده درکارخانه پلیاکریل اصفهان.دیاتیل فرمالید P - DMF - Pودیاتیلن تریآمین - DETA - ، کربنات سدیم - NaR2RCoR3R - ، کلرید کادمیوم . - CdClR2R -
-2-2 الکتروریسی - تولید نانو الیاف پلی اکریلو نیتریل -
محلولی از پلیاکریلونیتریل - PAN - و DMF با غلظت جرمی 10% وزنی ساخته شد. سپس به وسیله دستگاه الکتروریسی - electrospinning - P Pبا شرایط زیر الیاف ساخته شد. فاصله سر سوزن تا صفحه وب 16 سانتی متر، ولتاژ 21 کیلووات و دبی تزریق برابر 150 میکرولیتر بر ساعت میباشد 6]، 10،.[9
-3-2آمیندار کردن الیاف
در این آزمایش الیاف به مدت 3 ساعت در دریک بشر 250 میلیلیتری حاوی 100میلی لیتر محلول آب مقطر و دیاتیلنتریآمین - گرم - 31/515 و کربنات سدیم 1 گرم دردمای 95PœP C قرار گرفت. سپس الیاف از محلول جدا گردیده و با آب مقطر شسته شد. این شستشو تا زمانی که pH الیاف به 7 برسد ادامه می یابد تا مواد عامل دار کننده از سطح الیاف کاملا شسته شوند. سپس الیاف به مدت 24 ساعت در آون در دمای 80œC کاملا خشک می شوند.
-4-2تعیین زمان تعادل جذب
در مرحله اول جهت تعیین زمان تعادل جذب برای نانوالیاف عاملدار شده، 100میلی لیتر از محلول کلریدکادمیوم با غلظت 1000 گرم در لیتر تهیه شده و در یک بشر 250میلی لیتر ریخته شد. سپس نانوالیاف عامل دار شده در داخل محلول قرار گرفت. در دمای محیط پس از گذشت زمانهای 10 - ، 20،30، 60،120، 240 دقیقه - از محلول مورد نظر نمونه برداری انجام شد. سپس غلظت نمونهها تعیین گردید تا زمان تعادل و اشباع شدن نمونهها مشخص گردد.
