بخشی از مقاله
خلاصه
هدف از این پروژه بررسی استخراج سرب به وسیله غشای مایع امولسیونی به عنوان روش جایگزین موثر و بهصرفهای برای روشهای معمول استخراج سرب بود. این روش مزایای بسیاری چون گزینشپذیری بیشتر، صرفه جویی در میزان انرژی، تغلیظ و جداسازی همزمان محصول نهایی، فلاکس بالاتر و سرمایه اولیه و عملیاتی پایینتر برخوردار میباشد. امولسیون شامل دی--2 اتیل هگزیل فسفریک اسید - - به عنوان حامل، ترکیب پارافین و نفت سفید به عنوان حلال آلی، Span 80 به عنوان امولسیفایر و اسید سولفوریک به عنوان فاز عریانساز انتخاب شدند. در این پروژه هفت فاکتور موثر در استخراج سرب انتخاب و مقدار بهینشان بدستآمد که شامل ترکیب حجمی فاز غشا، سرعت هموژنایزر، سرعت همزن، غلظت اولیه سرب در فاز خارجی، غلظت اسید سولفوریک در فاز داخلی، غلظت حامل و غلظت سورفکتانت بود. در تمام این آزمایشها pH اولیه فاز خارجی برابر 4 و نسبت حجمی فاز آلی به فاز داخلی - - برابر 1 در نظر گرفته شد.
کلمات کلیدی: استخراج سرب، غشای مایع امولسیونی، پساب، فلزات سنگین.
-1 مقدمه
غشای مایع امولسیونی - ELM1 - برای اولینبار در سال 1968 توسط لی معرفی شد و در ابتدا بیشترین کاربردشان در جداسازی فلزات سنگین و فنلها بود. جداسازی روی، مس، طلا، کروم و ترکیباتی مانند فنل به خوبی توسط انواع غشاهای مایع انجام گرفت .[5-1] با انجام مطالعات گسترده نهتنها قابلیت این غشاها در جداسازی ترکیبات بیولوژیکی بلکه در زمینههای مختلف زیستپزشکی نیز شناخته شد .[ 1] اگر بتوان فرآیندهای پاییندستیای را طراحی و اجرا نمود که جداسازی و تغلیظ، هر دو را ترجیحاً در یک مرحله به انجام رسانند میتوان صرفهجویی اقتصادی قابلتوجهی انجام داد .[2] غشاهای مایع این قابلیت بالقوه را دارند.
یعنی میتوان تخلیص و تغلیظ را در یک مرحله انجام دهند .[1] از میان غشاهای مایع، غشاهای مایع امولسیونی ارزانترین و کاراترین هستند و قابلیت استفاده در مقیاس صنعتی را دارند 1]و.[2 تنها عیب این غشاها ناپایداری آنها میباشد که باعث از دسترفتن ماده استخراجشده و آلودگی محیط تخمیری میگردد .[3-1] غلبه بر این مشکل نیازمند بررسیهای بیشتر در مورد خصوصیات یک امولسیون پایدار، خصوصیات مواد مورد استفاده در ساخت غشا و شرایط عملیاتی فرآیند استخراج میباشد. با غلبه بر این مشکل میتوان انتظار داشت که غشاهای مایع امولسیونی به خوبی جایگزین روشهای مرسوم شوند.
این روش از مزایای بسیاری چون گزینشپذیری بیشتر،صرفهجویی در میزان انرژی، تغلیظ و جداسازی همزمان محصول نهایی، فلاکس بالاتر و سرمایه اولیه و عملیاتی پایینتر برخوردار میباشد1]و.[6بطور کلی فرآیند غشای مایع امولسیونی از چهار مرحله عملیاتی که در شکل - 1 - نشان داده شده است تشکیل میشود.اولین مرحله از این فرآیند، تشکیل امولسیون اولیه است. این کار با افزودن امولسیفایر به فاز غشا و و حاملهای شیمیایی مناسب آغاز شده و سپس فاز داخلی به آن اضافه میشود که دارای یک واکنشگر شیمیایی برای جلوگیری از برگشت حل شونده به داخل خوراک است. در این مرحله شدت همزدن باید به گونهای باشد که یک امولسیون با پایداری مناسب تولید شود. مرحله دوم شامل پراکندن امولسیون اولیه در فاز خوراک است.
در این مرحله، حل شونده مورد نظر ابتدا در فاز غشا حل شده و سپس با فاز داخلی واکنش داده و امکان برگشت دوباره به فاز غشا و خوراک را از دست میدهد. شدت همزدن در این مرحله بایستی به گونهای باشد که گویچههای بسیار ریزی تشکیل شود تا سطح انتقال جرم افزایش یابد. همچنین وارد کردن تنش بیش از حد به گویچههای امولسیونی میتواند باعث شکست آنها و در نتیجه آزاد شدن فاز داخلی شود که دلخواه نمیباشد. در مرحله سوم، فاز امولسیون اولیه از فاز پسماند جداسازی میشود. این کار با تهنشینی فاز سنگینتر در مخزن تهنشینی صورت میگیرد .[7]در این پروژه کارهای تجربی انجام شده شامل مراحل زیر میباشد:
- 1 انتخاب امولسیفایر مناسب و تهیه امولسیونهای لازم.
- 2 دستگاهها و تجهیزات لازم برای استخراج یون سرب.
3 انجام عملیات استخراج توسط امولسیونهای مناسب و بررسی عوامل موثر بر این فرآیند.
-2 بخش تجربی
-2-1 مواد
پارافین مایع بهداشتی با وزن مخصوص 0/818 - 0/880 گرم بر سانتیمترمکعب و گرانروی 25- 80 سانتیپواز در 20 از شرکت صنایع شیمیایی دکتر مجللی تهیه گردید. سورفکتانت غیریونی با نام شیمیایی سوربیتان مونواولئات و نام تجاری Span80 و ماده حامل کاتیونی از شرکت Sigma و نیتراتسرب از شرکت Merck خریداری شد. نفت سفید از بازار خریداری و بدون هیچ فرآیند اضافی مورد استفاده قرارگرفت. اسیدسولفوریک آزمایشگاهی نیز با درجه خلوص %98 از شرکت شیمیایی پرشین تهیه شد.
-2-2 تجهیزات
برای ساخت امولسیون اولیه از یک دستگاه هموژنایزر آزمایشگاهی مدل SR30 ساخت شرکت Mtops کره با دور متغیر 3000 تا 27000 دور بر دقیقه استفاده شد.برای پراکندن امولسیون در فاز خارجی از همزنی با حداکثر دور 3000 rpm ساخت شرکت Mtops مجهز به پره پروانهای و برای انجام آزمایش از یک بشر شیشهای 250 ml استفاده شد. برای تنظیم pH از pH متر AZ-8685 ساخت کمپانی AZ و برای جداسازی امولسیون از فاز خارجی، از سانتریفیوژ 8 شاخه ساخت شرکت نوآوران تجهیز با دور rpm 3000 استفاده گردید. برای اندازه گیری غلظت سرب نیز از دستگاه اسپکتروفتومتر با طول موج 460 nm استفاده شد.
-2-3روش آزمایش
الف - تهیه محلول سرب : مقدار مشخصی از نیتراتسرب آزمایشگاهی خریداری شده از شرکت Merck - دارای فرمول به وزن مولکولی - 331/21 را در آب مقطر حل کرده تا محلولی با غلظت معین بهدست آید.
ب - تهیهی امولسیون اولیه : به منظور تهیهی امولسیون آب در روغن ابتدا مقدار مشخصی از پارافین، نفت سفید، سورفکتانت و ماده حامل با یکدیگر مخلوط و سپس محلولی حاوی درصد مشخصی از اسیدسولفوریک به عنوان الکترولیت و تامین کنندهی نیروی محرکه مورد نیاز برای استخراج به آهستگی به آن اضافه شد و با دور 12000 rpm به مدت 5 دقیقه بهمزده شد. مقادیر مواد با درصد حجمی و نسبت حجمی روغن به فاز داخلی با نشان داده میشود.
ج - استخراج سرب : حجم مشخصی از امولسیون تازه تهیه شده به کمک همزن مکانیکی با دور معین در فاز خوراک پراکنده شد تا با تشکیل امولسیون ثانویه عمل استخراج انجام شود. پس از شروع عمل اختلاط، در فاصلههای زمانی معین از سامانه نمونه برداری شده و پس از جداسازی لایه امولسیونی، غلظت سرب باقیمانده در آن تعیین شد.
-3 نتیجهها و بحث
-3-1 اثر ترکیب فاز غشا
تفاوت درصد حجمی پارافین و نفت سفید در واقع به معنای تفاوت در ویسکوزیتهی فاز غشا است. افزودن یک سیال ویسکوز مانند پارافین به فاز روغنی، آشکارا ویسکوزیتهی امولسیون را افزایش میدهد. تورم حاصل از بهدام افتادن فاز خارجی با افزایش ویسکوزیته امولسیون کاهش مییابد. در بهدام افتادن فاز خارجی در گلبولهای امولسیون، سطح گویچهها نقش مهمی دارد. با افزایش اندازه گویچهها بهدام افتادگی آب کاهش مییابد و افزایش اندازه گویچهها نتیجه افزایش ویسکوزیته است. افزایش ویسکوزیته میتواند لحظهای را که امولسیون شروع به تورم میکند به تاخیر بیندازد.
