بخشی از مقاله
خلاصه
نگرانی عمده تخلیه رنگ به محیطزیست به دلیل پایداری و سمیت مواد رنگی میباشد. صنایع مختلف از جمله نساجی، چرم، کاغذ، پلاستیک، چاپ و غیره مقادیر قابل توجهی از آب را برای رنگآمیزی فرآورده خود مصرف میکنند. روش جذب سطحی بهطور گسترده برای حذف آلایندهها از آب به کار میرود. در طول سه دهه اخیر، محققان روی جذب سطحی به کمک جاذبهای کمهزینه جدید شامل مواد طبیعی ، پسماندهای کشاورزی و پسماندهای صنعتی تحقیقاتی انجام دادهاند. در مطالعه حاضر، میکروسیلیس بدست آمده از پسماند فلز سیلیکون بهعنوان جاذب برای حذف رنگ متیلنبلو از محلولهای آبی استفاده شد. مدلهای ایزوترم لانگمویر و فروندلیچ برای بررسی تعادل دادههای آزمایشگاهی بهکار رفت و نتایج پیروی تعادل با معادله ایزوترم فروندلیچ را نشان داد.
کلمات کلیدی: جذبسطحی، میکروسیلیس، ایزوترم، متیلنبلو
.1 مقدمه
تأمین منابع آبی سالم و قابل شرب با رشد روزافزون جمعیت یکی از دغدغههای اصلی محیط زیست میباشد. توسعه صنایع و نیاز روزافزون آنها به منابع آبی سبب ورود آلایندههای ناخواسته به محیطزیست و منابع آبی شده است.[1] مواد معدنی جامد، یونهای فلزات، مواد آلی تجزیهپذیر بوسیله موجودات زنده که نیازمند اکسیژن زیادی هستند، باقیماندههای شیمیایی شامل مواد اسیدی و قلیایی ساده و مواد شیمیایی بسیار پیچیده و غیره از جمله آلایندههایی هستند که از طریق فعالیت صنایع وارد آب میشود.[2]رنگ و رنگدانه از طریق صنایعی چون منسوجات، مواد غذایی، فرش، لاستیک، پلاستیک، لوازم آرایشی بهداشتی، تولید کاغذ، دباغ خانه، لباس، چاپ، رنگ و غیره وارد آب میشود.
منشأ رنگ عمدتاً سنتزی با ساختار مولکولی آروماتیک پیچیده میباشد، از این رو پایدرای بالای رنگ حذف این آلاینده را مشکل میسازد.[3] تخلیه فاضلابهای رنگی موجب تداخل اکولوژی آبهای پذیرنده به دلایلی از قبیل کاهش قابلیت نفوذ نور و به دنبال آن اختلال در انجام فرآیند فتوسنتز همراه دارد. همچنین سمی و سرطانزا بودن رنگها سلامت بشر را تهدید میکند .[4]متیلن بلو دارای زمینههای کاربردی زیادی مانند: رنگ کردن پارچه، پنبه، کاغذ، چوب و ابریشم، رنگ موی موقت و پوشش ماده خام کاغذ است .[5] اگرچه متیلنبلو به عنوان یک رنگ بسیار سمی در نظر گرفته نمیشود، اما میتواند اثرات بسیار مضری در موجودات زنده بوجود آورد.
بعد از استنشاق ممکن است علائمی مانند مشکلات تنفسی، استفراغ، اسهال و تهوع در انسان رخ دهد .[6] بنابراین تصفیه پسابهای حاوی این رنگ به علت اثرات مضر آن بر سلامتی انسان و حیوانات، ضروری است .[7]اهمیت تصفیه و حذف آلودگی پساب محققین را به بررسی و ابداع روشهای کارآمد تشویق نموده است. پرکاربردترین روش حذف رنگهای سنتتیکی از پسابهای صنعتی، فرآیند جذب میباشد؛ زیرا ترکیبات رنگی موجود در فاضلاب، به سادگی به فاز جامد منتقل میشود؛ از طرفی، احیای مجدد ماده جاذب و استفاده دوباره در فرآیند جذب، و یا نگهداری در محلی خشک بدون تماس مستقیم با محیط پس از استفاده، امکانپذیر میباشد .[8]
از جمله مزایای جذب سطحی هزینه پایین، سهولت طراحی و بهرهبرداری، عدم حساسیت به ترکیبات سمی و درنتیجه یک روش مناسب برای تصفیه پساب رنگیباشد؛ اما استفاده از جاذبهای گرانقیمت، خود میتواند یک عامل محدودکننده محسوب شود .[9]هزینه نسبتاً بالای کربن فعال شده تجاری محققین را به استفاده جاذبهای جدید و کمهزینه شامل ضایعات کشاورزی، پسماند صنعتی، زیست توده* و زئولیت تشویق نموده است .[10] از جمله پسماندهای صنعتی غبار حاصله از کوره های قوس فروسیلیسیم محسوب میشود که با پیشرفت تکنولوژی و توجه به استفاده بهینه از پسماندهای صنعتی هم اکنون این غبارها با نام تجاری میکروسیلیس به عنوان محصول جانبی این فرآیند عرضه میشود.
لازم به توضیح است که به ازای هر تن فروسیلیسیم درحدود 300 کیلوگرم میکروسیلیس تولید میشود .[11] ماده اصلی تشکیلدهنده میکروسیلیس SiO2 میباشدکه بیش از 80 درصد آنرا تشکیل داده و مابقی اکسیدهای فلزی مانند آلومینیوم، پتاسیم - 0/8 تا 10درصد - و درصد اندکی رطوبت میباشد .[2]تاکنون در تحقیقات اخیر حذف چند رنگ توسط محققین بهکمک میکروسیلیس صورت گرفته است 12]و . [13 با توجه به قیمت پایین، حجم تولید بالا و سهولت دسترسی به این ماده معدنی در این پژوهش به جذب سطحی رنگ متیلنبلو بر روی میکروسیلیس انجام شد و ایزوترم حذف رنگ مورد بررسی قرار گرفت.
.2 آزمایشگاهی
.1-2 مواد و روشها
مطالعه حاضر یک مطالعه تجربی در مقیاس آزمایشگاهی است. تمامی مواد شیمیایی - اسید کلریدریک، اسیدسولفوریک، سود، رنگ متیلن بلو و غیره - از شرکت مرک آلمان تهیه شد . متیلن بلو مطابق با با شکل1، رنگی شیمیایی دارای سه حلقه آروماتیک از گروه رنگ های کاتیونی است که به عنوان رنگ شاخص درزمینه حذف رنگ های آزو از آن استفاده می شود. رنگ متیلنبلو با فرمول شیمیایی C16H18N3ClS دارای وزن مولکولی 319/85 و طول موج حداکثر 665 نانومتر است .تجهیزات به کاررفته شده در این مطالعه شامل اسپکتروفتومتر - مدل: - UV2100/VISIBLE، pH متر - مدل: - AZ-8685، ترازوی دیجیتالی، الک آزمایشگاهی با مش 60 و همزن مغناطیسی میباشد.
برای آمادهسازی جاذب، میکروسیلیس از درون الک با مشبندی60 عبور داده شد. سپس جاذب درون ظروف پلاستیکی نگهداری شد تا از تماس آن با هر نوع آلودگی و رطوبت جلوگیری شود. در این مطالعه، محلولهایی به حجم cc 100 با 5 غلظت مختلف 20ppm، 40، 60، 80 و 100 به کمک اسید کلریدریک و سود 1 مولار درpH=10 آماده شد، سپس جاذب به آنها اضافه و به مدت 20 دقیقه همزده شد. پس از آن جاذب و محلول به کمک کاغذ صافی جدا شد. جذب نمونه توسط دستگاه اسپکتروفتومتر در طول موج 665 نانومتر اندازهگیری و غلظت نهایی نمونه با استفاده از معادله خط که نتیجه رسم منحنی کالیبراسیون است تعیین شد 14]و.[15
برای مشخص کردن میزان جذب آلاینده توسط جاذب و همچنین کارایی جاذب مورد نظر از پارامتری به نام ظرفیت جذب و درصد حذف استفاده میشود و از رابطه - 1 - و - 2 - به دست میآید . [16]q، میزان رنگ جذب شده بر روی جاذب بر حسب mg/g، Co به ترتیب، غلظت اولیه رنگ در محلول بر حسب mg/l، Cf غلظت نهایی رنگ در محلول بر حسب mg/l، V حجم محلول رنگی بر حسب لیتر و M نیز بیانگر مقدار جاذب مصرفی بر حسب گرم میباشد . [17]
.2-2 ایزوترمهای جذب
ایزوترمها به عنوان یک عامل مهم در طراحی سیستمهای جذب و توصیف کننده رابطه بین غلظت ماده جذب شونده و ظرفیت جذب یک جاذب در شرایطی که هر دوفاز، در حال تعادل با یکدیگرند، به حساب میآیند . [18] سادهترین و متداولترین برای بیان تعادلی ایزوترم جذب، ایزوترم لانگمویر میباشد و ایزوترم فروندلیچ نخستین رابطه ریاضی برپایه تجربه در توصیف جذب غیرایدهال و برگشتپذیر است . [1] ایزوترم لانگمویر توسط معادله 3 و 4 و ایزوترم فروندلیچ توسط رابطه 5 ارائه شدهاند.
