بخشی از مقاله
چکیده
به منظور بررسی تأثیر pH بر رفتار جذب روی توسط نانوذره آهن صفر ظرفیتی - nZVI - و نانو اکسید مس - nCuO - ، آزمایشی به صورت سیستم بسته با غلظت اولیه روی 0 تا 200 میلی گرم در لیتر با سه سطح 4 - pH، 5، - 6 با قدرت یونی 0/03 مولار نیتراتسدیم انجام گرفت. نتایج نشان داد که با افزایش pH محلول، ظرفیت جذب روی توسط نانوذرات افزایش، ولی راندمان حذف کاهش یافت. دادههای آزمایشی با مدلهای جذب لانگمویر و فروندلیچ نسبت به مدل تکین برازش بهتری یافتند.
میزان جذب روی توسط نانوذره آهن صفر ظرفیتی بیشتر از نانو اکسید مس بدست آمد، بطوریکه حداکثر جذب تکلایهای لانگمیر - - qmax نانوذره آهن صفر ظرفیتی و نانو اکسید مس در 6 pH به ترتیب 227 و 79 میلیگرم بر گرم محاسبه گردید. فاکتور جداسازی لانگمویر - RL - برای نانوذراتی مورد بررسی 0/08 -0/50 بدست آمد که بیانگر جذب مطلوب روی بر روی جاذبهای مذکور میباشد.
مقدمه
افزایش فلزات سنگین به محیط زیست در نتیجه توسعه سریع صنایع و تکنولوژی روز به روز در حال افزایش است و سمیت حاصل از این مواد و تجمع زیستی آنها در زنجیره غذایی، تبدیل به یک تهدید جدی برای محیط زیست و سلامت بشر شده است. روی یکی از فراوانترین عناصر پوسته زمین است که در مقادیر کم برای بدن ضروری است. اگر غلظت روی در انسان از حد معمول آن که 2 میلی گرم در روز است بالاتر رود در کوتاه مدت باعث عوارضی مانند دلپیچه، تهوع و اسهال و در طولانی مدت منجر به بیماریهای سیستم عصبی، آسیب لوزالمعده، کاهش کلسترول مناسب خون و سرطان پوست میشود و احتمال ابتلا به آسم بسیار زیاد می باشد.
- Rahmani et al., 2010 - روی عمدتا از طریق فاضلاب های صنایع - تولید رنگ، روکش دادن فلزات و ... - ، تولید مواد شیمیایی و زهکشی معادن و آبشویی گورستان های دفن زباله وارد محیط زیست و در نهایت سبب آلوده کردن آب های سطحی و زیر زمینی می گردد. روشهای مختلفی برای حذف و کنترل فلزات سنگین وجود دارد که شامل رسوب شیمیایی، انعقاد، تبادل یونی، اسمز معکوس وجذب سطحی است . - Marder et al., 2003 - روش جذب سطحی به علت بازدهی بالا، سادگی، ارزان بودن جاذبها و در دسترس بودن انواع مختلف آنها در مقایسه با سایر روشها روشی ساده و جالب توجه است به علاوه امکان استفاده مجدد از جاذب از دیگر مزایای این روش میباشد - Kurniwan et al., 2006 - و در بین مواد جاذبها، نانوذرات به دلیل داشتن قطر کم وسطح ویژه بالا ودر نتیجه جذب بیشتر آلودگی از اهمیت ویژه ای برخوردار هستند.
در این بین نانو ذرات، آهن صفر ظرفیتی - nZVI - به دلیل فراوانی، ارزانی، غیر سمی بودن، واکنش سریع و توانایی و بازده بالا در تجزیه آلاینده ها نظیر کادمیوم، سرب، مس، روی از آبهای زیر زمینی بیشتر مورد توجه بوده است. نانوذرات اکسید مس - CuO - نیز واکنش پذیری شیمیایی ویژه ای را به علت تراکم بالای جابجاشدگی و سطح ویژه بالا دارند و بدلیل تولید ارزان، غیر سمی بودن، خواص الکتریکی و اپتیکی خوب، به گونهای گسترده در کاربردهای مختلف استفاده میگردد.
- Luna et al., 2015 - - 2010 - Boparai et al., سینتیک حذف کادمیوم توسط نانو ذرات صفرظرفیتی را مورد مطالعه قرار دادند و نشان دادند که ایزوترم لانگمیر نسبت به مدل فروندلیچ برازش بهتری بر دادههای جذب تعادلی داشت و ماکزیمم ظرفیت جذب کادمیوم بر روی نانو ذرات آهن را 269/2 میلیگرم درگرم بدست آوردند . - 2015 - Taman et al.,، بیشینه گنجایش جذب کادمیوم بر روی نانو ذرات اکسید مس را 84/75 میلیگرم درگرم بدست آوردند، و همدمای لانگمیر نسبت به مدل فروندلیچ برازش بهتری بر دادههای جذب تعادلی داشت. هدف از این پژوهش، بررسی تأثیر pH بر رفتار جذب روی توسط نانوذره آهن صفر ظرفیتی و نانواکسید مس از محلولهای آبی است.
مواد و روشها
تهیه نانوذره آهن صفر ظرفیتی
برای سنتز نانوذره آهن، ابتدا مقدار 0/5406 گرم FeCl3.6H2O در محلولی حاوی 24 میلیلیتر اتانول و 6 میلیلیتر آب دیونیزه حل شد. سپس مقدار 0/3783 گرم سدیم بروهیدرید در 100 میلیلیتر آب دیونیزه حل گردید و قطره قطره به محلول اولی افزوده و پیوسته هم زده شد - هر قطره در عرض 2 ثانیه - . پس از مشاهده ذرات سیاه، همزدن به مدت 10 دقیقه ادامه یافت. ذرات آهن سیاه رنگ تولید شده توسط فیلتر جدا شده و 3 بار با استفاده از 25 میلیلیتر اتانول شستشو داده شد و در نهایت نمونه به مدت یک شب در آون در دمای 50 درجه سانتیگراد خشک گردید . - Rashmi et al., 2013 -
تهیه نانوذره اکسید مس
برای سنتز نانو ذرات اکسید مس، 9/0 گرم کلرید مس - CuCl2.2H2O - و 5/4 گرم هیدروکسید سدیم - NaOH - جداگانه در مقداری الکل حل شدند. سپس محلول هیدروکسید سدیم قطره قطره به محلول کلرید مس افزوده و پیوسته هم زده شد. رنگ محلول از سبز به سبز آبی و بلاخره به رنگ سیاه تغییر رنگ داد. ذرات سیاه رنگ تولید شده - هیدروکسید مس - ، توسط فیلتر جدا شده و پس از شستشو با آب و الکل، در آون در دمای 50 درجه سانتیگراد خشک گردید. جهت تهیه نانو ذرات اکسید مس، نمونه بمدت 2 ساعت در دمای 200 درجه قرارگرفت . - Luna et al., 2015 - برای تعیین اندازه ذرات از دستگاه میکروسکوپ الکترونی روبشی - SEM - مدل - SEM, AIS-2100, 5.0 kV, Korea - استفاده شد.
آزمایش جذب
آزمایش جذب بصورت سیستم بچ در غلظتهای مختلف روی - 0، 10، 20، 40، 60، 80، 100، 150 و 200 میلیگرم در لیتر در سه سطح 4 - pH، 5 و - 6 با محلول زمینه نیتراتسدیم بر روی 0/1 گرم از نانوذرات اهن صفر ظرفیتی و نانو اکسید مس انجام گرفت. بدین صورت که 10 میلیلیتر از محلولهای روی - 0-200mg L-1 - تهیه و پس از تنظیم pH محلول در سه سطح بر روی جاذبها افزوده شده و نمونه ها به مدت 24 ساعت شیک شدند تا سوسپانسیون به تعادل برسد. مقدار فلز در محلول زلال حاصل از سانتریفیوژ با استفاده ازدستگاه جذب اتمی - AA- 6300 Shimadzu - اندازهگیری گردید. سپس نتایج بر روی معادلات لانگمویر، فروندلیچ، تمکین، ایلویچ و دوبینین-رادیشکویچ با برنامه Excel-SOLVER برازش غیرخطی داده شد.
پارامتر شدت جذب معادله فروندلیچ، A و KT به ترتیب برابر است با عرض از مبدا و شیب معادله تمکین، .Polanyi از ویژگیهای ضروری و مهم ایزوترم لانگمیر، پارامتر تعادلی RL میباشد که ظریب بدون واحد وابسته به فاکتور جداسازی است. مقدار RL بیانگر طبیعت جذب میباشد، که اگر 1< RL باشد، جذب نامطلوب، RL=1 جذب خطی، 0<RL<1جذب مطلوب و اگر 0=RL باشد، جذب غیرقابل برگشت است - . - Webber and Chakravarti, 1974 - 4 - کارایی حذف عناصر - RE - و ظرفیت جذب روی - qe - به ترتیب با استفاده از روابطه - 13 - و - 14 - بدست آمد:
Ci و Ce به ترتیب غلظت اولیه و غلظت نهایی روی - میلیگرم در لیتر - ، q مقدار یون جذب شده - میلیگرم بر گرم - ، m جرم جاذب - گرم - و v حجم محلول - لیتر - است. برای برازش بهتر بین نتایج حاصل از آزمایش و نتایج تخمینی توسط مدل، از اشتباه استاندارد - SE - استفاده شد: - 7 -
qe و qm به ترتیب مقدار کادمیوم جذب شده - میلیگرم بر گرم - بر اساس دادههای حاصل از آزمایش و دادههای تخمینی حاصل از مدل و n تعداد سری غلظتی میباشد.
بحث و نتایج
شکل 1 تصویر نانوذره آهن صفر ظرفیتی و نانو اکسید مس با میکروسکوپ الکترونی روبشی را نشان میدهد. با توجه به تصویر SEM، نانوذره آهن صفر ظرفیتی و نانواکسید مس دارای ذرات کروی و مجزا با اندازه ذرات کمتر از 100 نانومتر میباشند.
تاثیر pH بر میزان جذب روی
مقدار جذب روی توسط نانوذره آهن صفر ظرفیتی و نانواکسید مس در سطوح مختلف 6 - pH، 5 و - 4 در شکل 2 آورده شده است، نتایج نشان داد که جذب روی توسط هر دو نانوذره تابع pH محلول بوده و با افزایش pH از 4 به 6 میزان جذب روی توسط نانوذرات به طور معنی داری افزایش یافت، به طوری که در نانوذره آهن صفر ظرفیتی و نانواکسید مس با افزایش pH از 4 به 6 مقدار روی جذب شده در غلظت اولیه 200 میلی گرم در لیتر به ترتیب از 163 و 44 میلیگرم بر گرم به 180 و 65 میلیگرم بر گرم افزایش پیدا کرد. pH یکی از مهمترین فاکتورهای موثر در جذب فلزات سنگین بر روی جاذبهای آلی از محیطهای آلی است که نقش اساسی در تعیین غلظت گونه کاتیون موجود در محلول دارد.
