بخشی از مقاله
چکیده
منابع آب در دنیا محدود می باشد و با رشد روزافزون صنعت در جهان این آلودگیها بیشتر و بیشتر می شوند. مهمترین مواد آلوده کننده آب فلزات سنگین مانند جیوه، کبالت، کادمیم و فلزاتی از این قبیل و ترکیبات آروماتیک مانند مواد رنگزا می باشند.در این مطالعه از کامپوزیت میان حفره / HMS پلی آنیلین بمنظور حذف رنگزای آبی مستقیم 199 استفاده گردید. پارامتر های موثر بر حذف رنگزا از جمله pH، مقدار جاذب و غلظت بررسی و بهینه شدند. از دستگاه اسپکتروفتومتر جذبی بمنظور تعیین مقدار ماده رنگزا در محلول استفاده شد. نتایج نشان دهنده کارامد بودن جاذب انتخاب شده بمنظور حذف رنگزای آبی مستقیم 199 می باشد. برای تعیین نوع ایزوترم جذب از ایزوترم های جذب لانگمیور و فرندلیش و برای تعیین نوع معادله سینتیک جذب از معادلات شبه مرتبه اول و دوم استفاده شد. پارامترهای ترمودینامیکی جذب اعم از آنتالپی، آنتروپی و انرژی آزاد گیبس تعیین شدند. نتایج که شامل مقدار منفی انرژی آزاد گیبس و مقدار مثبت آنتالپی می باشد، نشان دهنده گرماگیر بودن و خودبخودی بودن فرایند جذب می باشد.
کلمات کلیدی : کامپوزیت، HMS، پلی آنیلین، رنگزای آبی مستقیم 199، ایزوترم جذب.
مقدمه
رنگزاها و پیگمان های شیمیایی و طبیعی زیادی نظیر رنگزای مستقیم بهمنظور رنگرزی در صنایع نساجی مورداستفاده قرار میگیرند. رنگزاهای مستقیم دارای گروه سولفونات در ساختار خود بوده و جزء رنگزاهای آنیونیک محسوب میشوند. از این رنگزا عموماً برای رنگرزی کالاهای سلولزی استفاده میشود. در این پژوهش، هدف حذف ماده رنگزای آبی مستقیم 199، از محیطهای آبی با استفاده از جاذب / HMS پلی آنیلین می باشد.
ابزار و روش
دستگاه شیکر،pH متر،دستگاه سانتریفیوژ، آون، ترازو بادقت 0/001 گرم، دستگاه اسپکتروفوتومتر جذبی از دو دسیل آمین وتترا اتیل ارتو سیلیکات و کلریدریک اسید جهت شرکت در تهیه HMS استفاده شد.در مرحله بعد آنیلین را تقطیر کرده و طی واکنشهایی محلول حاصل را برای ساخت جاذب به HMS اضافه کردیم.
تعیین pH بهینه
بررسیهای حاصل از نمودار 1نشان از آن دارد کهPH=2 بهعنوان بهترین PH برای جذب میباشد.
تاثیر میزان جاذب بر حذف رنگزا
به منظور بهینه کردن میزان جاذب مصرفی در مطالعات، از جاذب به میزان 0/1-0/005 g/mlاستفاده شده است.نتایج - نمودار - 2 نشان دهنده افزایش میزان جذب ماده رنگزا بر روی جاذب تا میزان 0/05 g/ml جاذب می باشد. بنابراین میزان بهینه مصرفی جاذب 0/05g/ml بوده است.
تاثیر زمان بر حذف رنگزا
با افزایش زمان تماس، به دلیل افزایش احتمال برخورد مولکولهای رنگزا با سطح جاذب، جذب سطحی بیشتر خواهد شد. با توجه به نمودار 3 حذف قابلتوجهی از رنگزا در 60 دقیقه ابتدایی اتفاق میافتد.درنتیجه زمان 60 دقیقه بهعنوان زمان بهینه انتخاب شد.
روش اول
با استفاده از معادله خط بهدست آمده از نمودار - 4 - و با رابطه - - qe/ce = kqm- kqe دادههای بهدست آمده برازش شدند.نتایج بدست آمده از نمودار - 4 - در جدول - 1 - گزارش شده است. در این نمودار به دلیل اینکه ضریب هم بستگی پایین تر از 0/98 بود، این مدل لانگمیور در نتایج صدق نمی کند.
روش دوم
با استفاده از معادله خط بدست آمده از نمودار - 5 - و با رابطه - ce/qe =1/kq m + 1/ qm ce - دادههای بدست آمده برازش شدند.در این روش هم به دلیل اینکه ضریب هم بستگی پایین تر از 0/98 بود، این مدل لانگمیور در نتایج صدق نمی کند.جدول -2 پارامترهای مختلف ایزوترم جذب لانگمیور در مدل خطی دوم برای جذب رنگزای آبی مستقیم 199
روش سوم
با استفاده از معادله خط بدست آمده از نمودار - - 6 و با رابطه - qe=qm-qe/kce - دادههای بدست آمده برازش شدند.
نتایج بدست آمده از نمودار - 6 - در جدول - 3 - گزارش شده است. در این روش نیز به دلیل اینکه ضریب هم بستگی پایین تر از 0/98 بود، این مدل لانگمیور در نتایج صدق نمی کند.
روش چهارم
با استفاده از معادله خط بدست آمده از نمودار - 7 - و با رابطه - 1/qe=1/KCeqm+1/qm - دادههای بدست آمده برازش شدند.در این روش نیز به دلیل اینکه ظریب همبستگی پایین تر از %98 بود، این مدل لانگمیور در نتایج صدق نمی کند. در حالت RL 1 ، هر چقدر RL به صفر نزدیکترباشد، تبعیت نقاط تجربی از معادله لانگمیور افزایش مییابد. نتایج مربوط نشاندهنده نا مطلوب بودن ایزوترم جذب لانگمیور در تشریح رفتار جذب رنگزای آبی مستقیم 199 روی نمونه ذرات /HMSپلی آنیلین میباشد. در نتیجه ما از ایزوترم جذب فرندلیش برای تشریح رفتار جذب استفاده نمودیم.
ایزوترم جذب فرندلیش
معادله ایزوترم جذب فرندلیش به صورت رابطه6 می باشد.که در آن Kf - mg/g - حداکثر مقدار رنگزای جذب شده در واحد وزن جاذب و 1/n نشان دهنده شدت جذب است. رابطه خطی این ایزوترم نیز به صورت رابطه 7 میباشد.مقادیر Kf و 1/n از رسم نمودار lnqe در مقابل lnCe بدست می-آید. که در این رابطه مقدار 1/n از 0/5 کمتر بوده است.برای یکسری نقاط تجربی با 1/n محاسبه شده زیر مقدار یک، ایزوترم فرندلیش برازش بهتری را نشان میدهد که نتایج بدست آمده، نشان دهنده نا مطلوب بودن ایزوترم جذب لانگمیور در تشریح رفتار جذب برای جذب رنگزای آبی مستقیم 199 برروی کامپوزیت /HMSپلی آنیلین میباشد. این درحالی است که ضرایب همبستگی بهدست آمده از برازش دادهها با استفاده از ایزوترم فرندلیش نشان دهنده مطلوب بودن این مدل در تشریح رفتار جذب رنگزای آبی مستقیم 199 برروی ذرات کامپوزیت /HMSپلی آنیلین میباشد.
تجزیه و تحلیل سینتیک جذب مدل شبه مرتبه اول
این مدل یک مدل ساده برای بررسی سینتیک جذب جاذب با رنگزا بوده و معادله مرتبه اول لاگرانژ می باشد. در این معادله مقدار متوسط ثابت سرعت - K1 - جذب رنگ آبی مستقیم 199 توسط جاذبهای مختلف تهیه شده، از رابطه 8 محاسبه می شود.که در رابطه 8، K1 ثابت سرعت در مدل شبه مرتبه اول - min -1 - بوده و qt و qe به ترتیب نشان دهنده میزان رنگزای جذب شده در زمان t و زمان تعادل می باشد . - mg/g - پس از انتگرال گیری از این معادله در صورتی که t=0 به t=t و qt=0 بهqt=q ، باشد، خواهیم داشت:
