بخشی از مقاله
چکیده
نیاز به بازیافت یون های فلزی از فاضلاب های صنعتی در سال های اخیر هم از نظر اقتصادی؛ به واسطه فروش یا بازیافت فلزات؛ و هم از نظر زیست محیطی؛ به واسطه ی جلوگیری از تأثیر فلزات سنگین سمی بر رشد ریز موجودات و تغییر در زنجیره غذایی که شامل انسان ها هم می شود؛ مورد توجه قرار گرفته است. در زمینه حذف فلزات سنگین از فاضلاب های صنعتی به روش ترسیب شیمیایی، تبادل یونی و روش های بیولوژیکی تحقیقات زیادی صورت گرفته است ولی کاربرد سیستم های غشایی نظیر نانوفیلتراسیون امروزه به عنوان یک روش مناسب و کارآمد مطرح بوده و تحقیقات بسیاری در این زمینه در حال انجام می باشد.
در این تحقیق برای جداسازی یون نیکل از محیط آبی، از غشای نانوفیلتراسیون پلیمری 20 درصد پلی اترسولفون با ضخامت 110 میکرومتر استفاده شد و تاثیر افزودن پلیمر پلی ونیل پیرولیدون و همچنین فشار عملیاتی روی شار عبوری از غشا و همچنین میزان زدایش یون نیکل مورد بررسی قرار گرفت. غشاهای مذکور به روش وارونگی فازی ساخته شدند و خواص آن ها با استفاده از آزمایش زاویه تماس و آزمایش تراوایی ارزیابی شد.
نتایج آزمایش زاویه تماس نشان داد که با افزایش مقدار پلی ونیل پیرولیدون زاویه تماس کاهش یافته است که نشان دهنده ی افزایش خصلت آب دوستی غشای تهیه شده میباشد. نتایج آزمایش تراوایی نشان داد که افزایش پلی ونیل پیرولیدون سبب افزایش شار تراویده و همچنین کاهش درصد زدایش یون نیکل شده است. همچنین با افزایش فشار، شار تراویده افزایش یافته و از طرفی افزایش فشار سبب افزایش جزیی درصد زدایش یون نیکل شده است. در شرایط بهینه پلی ونیل پیرولیدون و فشار، میزان زدایش نیکل معادل 82 درصد و شار 11/5 لیتر بر متر مربع بر ساعت بدست آمد.
مقدمه
امروزه آلودگی محیط زیست یکی از دغدغه های اساسی انسان است. حضور فلزات سنگین در فاضلابهای صنعتی مشکلی عمده در تخلیه آنها به آب های سطحی به حساب می آید چرا که برخی از فلزات سنگین مانند جیوه، سرب، کادمیوم، مس، کروم و نیکل حتی در مقادیر بسیار جزیی نیز سمی هستند. نیکل یکی از این فلزات سمی است - یغماییان، - 1381 که در فرایندهای صنعتی مختلفی مانند پرداخت فلزی، فولاد، وسایط موتوری، هواپیمایی، چاپ، صنایع شیمیایی در تولید آلیاژهای مختلف و آبکاری کاربرد دارد. نیکل به عنوان یک فلز سنگین می تواند به صورت پساب صنایع مختلف وارد محیط زیست شده و موجب آلودگی خاک و آبهای زیرزمینی شود.
این عنصر برخلاف ترکیبات آلی در محیط زیست پایدار است و با ورود به آب و محصولات کشاورزی وارده چرخه غذایی شده و با تجمع در بافت های بدن میتواند موجب آسیب به مغز و سیستم عصبی، ریه، کلیه، پوست، ترکیبات شیمیایی خون و همچنین سرطان شود. در محلول های آبی، غالبا نیکل به صورت Ni - H2O - 2+ - تعداد مولکول های آب 6 عدد است - وجود دارد و حداقل حلالیت نیکل در محلول های آبی در pH نزدیک 10 درحدود 0/01 میلی گرم بر لیتر است - - Barnes et al, 1987.
علاوه بر این یون نیکلمعمولاً با اکسیژن، نیتروژن و گوکرد ترکیب شده و مجموعه ی گسترده ای از کمپلکسهای مختلف را در محلول تشکیل می دهد که از آن جمله می توان به هیدروکسیدها، کربناتها، کربوکسیلیک اسیدها، فسفاتها، آمین ها و تیولها اشاره کرد. سازمان بهداشت جهانی مقدار استاندارد نیکل را در آب آشامیدنی کمتر از 0/02 میلی گرم در لیتر اعلام نمودهاست؛ بنابر این حذف نیکل از پسابها امری ضروری و غیر قابل اجتناب است - . - Nezamzadeh and Kabiri , 2014
برای حذف یون نیکل از محلول های آبی روشهای مختلفی همچون ته نشینی شیمیایی، تبادل یونی، انعقاد و شناورسازی الکتریکی، جذب، اکسیداسیون، لخته سازی و فرآیندهای غشایی وجود دارد - زمانی، . - 1382 از میان این روش ها، فرآیندهای غشایی با داشتن مزایایی چون کاهش مصرف انرژی به دلیل عدم تغییر فاز، حجم کم، تنوع در شکل و اندازه، مشکلات عملیاتی کم، عدم نیاز به مواد افزودنی و حلال ها، ساده بودن ساخت و طراحی وسهولت کاربرد آنها در مقیاس های صنعتی از سایر روش های جداسازی متمایز شده اند و استفاده از آنها به منظور تصفیه پساب های صنعتی، به سرعت رو به گسترش است.
علیرغم مزایا و معایب روش های سنتی جداسازی یونهای فلزی؛ امروزه محققین به دنبال استفاده از روش های نوین برای حذف یونهای فلزی از پساب های صنعتی می باشند. یکی از این روش ها، روش استفاده از فرایندهای نانوفیلتراسیون می باشد که اخیرا توجه محققین زیادی را به خود معطوف کرده است. غشاهای مورد استفاده در این فرایند صنعتی عمدتا نامتقارنند و معمولا از دو لایه تشکیل می شوند. لایه نازک و متراکم - لایه ی فعال - که عمل جداسازی را کنترل می کند و زیر لایه ی متخلخل که نقش پایه را بازی می کند. نانوفیلتراسیون می تواند در مواردی که حذف بالای مواد آلی موردنیاز است و همچنین در حذف متوسط مواد معدنی، کاربرد داشته باشد.
این روش قادر به تغلیظ شکر، نمک های دوظرفیتی و پروتئین ها می باشد ولی در جداسازی ترکیبات آلی با جرم مولکولی پایین مانند متانول، موفق نیست - . - Srikanth, 2008 از جمله مزایای استفاده از فرایند نانوفیلتراسیون در تصفیه آب و پساب می توان به موارد زیر اشاره کرد: حذف نمکهای چند ظرفیتی - از قبیل آهن، منگنز، اورانیم و برخی آفت کش ها - ، امکان تولید آب تصفیه شده در مقیاس وسیع، از بین بردن همزمان انواع باکتری، ویروس و میکروارگانیزم ها، حذف آلاینده های آلی، از بین بردن اثرات مخرب زیست محیطی، حذف کدورت، سختی و شوری آب، پایین بودن هزینه تصفیه و عدم نیاز به افزودن مواد شیمیایی زیان آور برای محیط زیست و انسان محققان در سال 2000 در مطالعه ای از نانوفیلتراسیون فشار پایین به منظور تصفیه آب زیرزمینی آلوده به آرسنیک استفاده کردند و دریافتند فرایند نانوفیلتراسیون فشارپایین با پیش اکسایش آرسنیت به آرسنات و یا فرایند اسمز معکوس را می توان برای تصفیه آب زیرزمینی آلوده به آرسنیک در مناطقی که تأمین الکتریسیته عملی نیست به کار برد.
همچنین محققان در سال 2004 تحقیقی در زمینه استفاده ی بالقوه از غشاهای نانوفیلتراسیون در تصفیه فاضلاب صنعتی حاصل از آب کاری نیکل را به صورت غیرانتخابی انجام دادند و دریافتند به طور کلی دفع نیکل صرف نظر از وجود یون های دیگر زیاد می باشد. - . - Wahab Mohammad et al, 2004 محققان چینی در سال 2006 ازغشاهای نانوفیلتراسیون الیاف میان تهی پلی بنزیمیدازول به منظور حذف کروم از فاضلاب استفاده نمودند و دریافتند که یون های کروم می توانند به طور مؤثری از محلول قلیایی به وسیله ی این نوع غشا با حفظ پایداری مکانیکی و شیمیایی آن ها تحت فشار و قلیاییت بالا حذف شوند - . - Wang & Chang, 2006 گوها و همکارانش در سال 2008 از غشاهای نانوفیلتراسیون برای حذف کروم چند ظرفیتی - - Cr 6+ استفاده کردند. آن ها دریافتند که درصد دفع کروم با افزایش pHمحلول ورودی افزایش می یابد.
در کار تحقیقاتی حاضر حذف یون نیکل از محیطهای آبی با استفاده از سیستم غشای مسطح و فرآیند نانوفیلتراسیون مورد ارزیابی قرار میگیرد. غشای بکار رفته از جنس پلیاترسولفون با غلظت ٪20 است که با استفاده از روش وارونگی فازی مرطوب تهیه میشود. برای افزایش آبدوستی غشاهای نانوفیلتراسیون از پلیوینیلپیرولیدون - PVP - در تهیه غشا استفاده شده و اثر آن و همچنین اثر پارامتر فشار عملیاتی بر راندمان جداسازی و شار مورد بررسی قرار میگیرد.
