بخشی از مقاله
چکیده:
از بین رنگزاهاي مورد مصرف در صنایع، رنگ رودامین B جز رنگ هاي پرمصرف کاتیونی می باشد. هدف این مطالعه، ساخت جاذب نانوسیلیکا از سیلیکات سدیم در حذف رنگ رودامین B میباشد.پارامترهاي تاثیر گذار بر حذف رنگ رودامین B بررسی گردید. شناسایی مشخصات با روش تشخیصی آزمایشگاهی XRD، SEM،BET انجام شد. با استفاده از ایزوترمهاي جذب لانگمویر و فروندلیچ و سینتیک واکنش ها سرعت جذب با معادلات سرعت درجه اول و درجه دوم، چگونگی فرایند جذب و نقاط بحرانی براي استفاده از جاذب بدست آمد. pH بهینه برابر با 4 و زمان تماس 15 دقیقه، کارایی جذب با افزایش مقدار جاذب تا - % 93/1 - 2 g/L و کاهش غلظت اولیه رودامین B از 20 به - 98% - mg/L 1 افزایش یافت. همچنین نتایج ایزوترم تعادلی نشان داد که فرآیند جذب رودامین B از ایزوترم لانگمویر و سینتیک جذب درجه دوم پیروي میکند.
کلمات کلیدي: جذب، رودامین B، نانوسیلیکا، فاضلاب
-1مقدمه
یکی از مهمترین آلاینده هاي موجود در آب رنگ می باشد. رنگ ها باعث مشکلات بسیار زیادي از جمله حساسیت پوستی، تحریک پوست، سرطان، جهش و ... شده و تماس پیوسته کارگران در صنایع نساجی با خطر بالاي سرطان مثانه در ارتباط است.[1] از بین رنگزاهاي مورد مصرف در صنایع، رنگ رودامین - C28H31N2O3CL - B با وزن مولکولی 479/02 میلی گرم به عنوان دومین رنگ پرکاربرد، جز رنگ هاي کاتیونی بوده که نسبت به رنگ هاي آنیونی سمیتر می باشند .[2] به طور کلی چون مولکول هاي رنگ، ساختارهاي مولکولی پیچیده اي دارند، به تجزیه زیستی بسیار مقاومند. فرایند جذب پتانسیل قابل توجهی براي حذف رنگ از پساب هاي صنعتی دارد. فناوري نانو امروزه به دلیل گستردگی حوزههاي کاربرد، تأثیرگذاري مستقیمی بر اغلب صنایع و علوم داشته و به عنوان یک فناوري اولویتدار و راهبردي براي تمام کشورها محسوب میشود.[3] از میان مواد نانویی، سیلیکا داراي شکلهاي مختلف و ساختارهاي کریستالی و آمورفی میباشد. تعدادي از شکلهاي سیلیکا که جهت جذب و کاتالیست استفاده می شود معمولا مواد شبه پایدار هستند که بیشتر اشکال آن به صورت آمورف میباشد. . [4] بنابراین با توجه به مزایاي استفاده از فناوري نانو در تصفیه آب و فاضلاب، این پژوهش با هدف تهیه و مشخصهیابی نانوسیلیکاي سنتزشده از سیلیکات سدیم و بررسی کارایی آن در جذب رنگ رودامین B از محلولهاي آبی انجام شد.
-2روش انجام کار
در این مطالعه رسوب دهی سیلیکا با خنثی سازي محلول سدیم سیلیکات انجام شده، و از سولفوریک اسید استفاده شد که با افزودن به محلول سیلیکات سدیم، عمل رسوب دهی اتفاق افتاد. محلول هاي حاوي آلاینده به صورت سنتتیک در محل آزمایشگاه تهیه وکارایی فرایند جذب در سیستم بسته با بررسی متغیرهاي اصلی pH ، دوز جاذب ، غلظت اولیه رنگ رودامین B و زمان تماس انجام شد.
-3 نتایج
به منظور تعیین خاصیت نانو بودن سیلیکات سدیم با استفاده از میکروسکوپ الکترونی SEM و از آزمایش XRD جهت تعیین مشخصات ساختاري جاذب استفاده شد
تأثیر pH ، زمان تماس، مقدار جاذب و غلظت اولیه بر راندمان حذف رودامین B
روند تغییرات راندمان حذف رودامین B با تغییر pH اولیه در غلظت 5 میلی گرم بر لیتر از رودامین B ارائه شده است. با افزایش pH از 4 به 9، راندمان حذف از %59 به %4 کاهش یافته و مقدار pH برابر 4 به عنوان pH بهینه تعیین شد. تأثیر زمان تماس بر روي راندمان حذف رودامین B در غلظت 5 میلی گرم در لیتر که بیشترین مقدار حذف در 15 دقیقه اول صورت گرفته و معادل %73/2 است. بنابراین زمان تماس 15دقیقه به عنوان زمان بهینه تعیین شد. تأثیر مقدار اولیه جاذب بر روي راندمان حذف رودامین B در غلظت اولیه 5 میلی گرم در لیتر با افزایش مقدار جاذب از 0/5 به 2 گرم در لیتر، راندمان حذف از %45/6 به %93/1 افزایش مییابد. تأثیر غلظت اولیه رودامین B که با افزایش غلظت اولیه از 1 به 20 میلی گرم در لیتر، راندمان حذف از % 98 به % 44 کاهش مییابد. به منظور مطالعات سرعت جذب از معادلات سنتیک جذب درجه اول، درجه دوم و نفوذ بین ذره اي استفاده شده است.
pH محلول بر شارژ الکتریکی سطح ماده جاذب اثر میگذارد . محدوده pH مورد بررسی بین 4 تا 9 در نظر گرفته شد. افزایش یونH + در محیط و کاهش یون-OH را میتوان دلیل افزایش کارایی حذف رودامین B در pH = 4 دانست. در مطالعه حاضر بیشترین مقدار حذف در 15 دقیقه اول صورت گرفت و معادل % 73/2 بود. این امر ممکن است به دلیل پر شدن منافذ جاذب و یا دسترسی مشکل رودامین B به مکانهاي فعال روي سطح جاذب به دلیل وجود مساحت سطحی بالاي جاذب بوده که میتواند جایگاههاي فعال زیادي را در دسترس ماده جذب شونده قرار دهد.[5] با افزایش جاذب، تعداد جایگاههاي جذب سطحی افزایش یافته و مقدار بیشتري از رنگ رودامین B از محیط آبی حذف میشوند. با افزایش غلظت رودامین B از 1 به 20 میلی گرم در لیتر راندمان حذف کاهش یافت. در غلظت پایین رودامین B سطح ویژه و موقعیتهاي جذب بالا بوده لذا راندمان جذب افزایش یافته است. در حقیقت با افزایش غلظت اولیه رودامین B تعداد آنیونهاي در حال رقابت براي قرارگیري در جایگاههاي جذب افزایش مییابد و مکانهاي فعال جاذب اشباع میگردد.
مدل سازي ایزوترم و سینتیک
در مطالعات سیستم ناپیوسته از ایزوترم هاي لانگمویر و فروندلیچ استفاده گردید. میزان b در معادله ایزوترم فروندلیچ معادل با 0/04 بوده و این مقدار در ایزوترم لانگمویر 39/5 بدست آمد. مقایسه این پارامتر نشان دهنده ي تمایل بیشتر رودامین B به جاذب از طریق مکانیزم هاي مختلف چون جذب فیزیکی، جذب شیمیایی و به طور کلی یک فرایند جذب چند لایه می باشد.[7] در این مطالعه بر اساس معادله لانگمویر میزان n جذب رودامین B بر روي جاذب معادل 0/017 محاسبه شد که نشان دهنده جذب مطلوب رنگ بر روي این جاذب می باشد. ضریب همبستگی جذب رودامین B با نانوسیلیکا براي مدل هاي ایزوترمی لانگمویر و فروندلیچ به ترتیب برابر با 0/99 و 0/92 تعیین شد که با توجه به این مقادیر مشاهده می شود که جذب رنگ رودامین B تناسب بهتري با مدل لانگمویر دارد. شاخص R2 نشان دهنده ي مطابقت داده ها و سیستم مذکور از سنتیک درجه دوم است. اگرچه سنتیک شبه درجه اول نقش مهمی در جذب رودامین B بر روي جاذب ایفا می کند اما در مطالعه حاضر مدل سنتیک درجه دوم از مراحل فرایند جذب رنگ بوده و جز مراحل کنترل کننده فرایند می باشد.گروه کربوکسیل موجود در ساختار جاذب به عنوان یک بازدارنده عمل نموده و قادر است از واجذب رنگ جذب شده به محلول خودداري نماید.
نتیجه گیري
در این مطالعه مشخص شد که نانوسیلیکاي سنتزشده از سیلیکات سدیم جاذب موثري براي حذف رنگ رودامین B از محلول هاي آبی می باشد. حداکثر جذب در سیستم مذکور در pH معادل با 4 و زمان تعادل 15 دقیقه می باشد. مدل هاي ایزوترمی لانگمویر و فروندلیچ و سنتیک درجه اول، درجه دوم و نفوذ بین ذرهاي قابل کاربرد براي داده هاي آزمایشگاهی بدست آمده است. مناسب ترین مدل براي فعل و انفعالات سیستم جذب و بررسی سرعت جذب به ترتیب دو مدل ایزوترم لانگمویر و سنتیک جذب درجه دوم با ضریب همبستگی 0/99 بدست آمد.
