بخشی از مقاله
خلاصه
در این تحقیق از برگ درخت نارنج خام و اصلاحشده بهعنوان جاذب ارزانقیمت برای بررسی جذب آرسنیک محلول از نمونههای پساب مصنوعی صنعتی استفاده شد و اثر پارامترهای مختلفی همانند pH ، دوز جاذب، مدتزمان تماس و غلظت جاذبها در محلول مورد آزمایش و بررسی قرار گرفت. نتایج بهدستآمده نشان میدهد که جذب برای هر دو جاذب به میزان قابلتوجهی به pH محلول بستگی دارد و بیشترین میزان جذب آرسنیک توسط هر دو جاذب تهیهشده در شرایطی حاصل میشود که pH در محدوده 4 تا 7 قرار گیرد که مقدار pH محلول برای جاذب خام 6 و برای جاذب اصلاحشده 5/63 به دست آمد.
همچنین نتایج بهدستآمده نشان میدهد که برای برگ نارنج خام و اصلاحشده زمان 120 دقیقه بهعنوان زمان تماس بهینه و دوز بهینه برای هر دو جاذب به مقدار 0/5 گرم در لیتر به دست آمد. همچنین با توجه به نتایج بهدستآمده مشخص گردید که جذب آرسنیک توسط جاذب تهیهشده در این تحقیق از مدل ایزوترم جذب سطحی لانگمیر تبعیت میکند. همچنین با محاسبه ضرایب همبستگی برای تمامی غلظتهای مختلف آرسنیک، مدل سینتیک درجه دوم بهتر از سینتیک درجه اول جذب آرسنیک را توصیف میکند.
.1 مقدمه
در چند دهه اخیر آلودگی محیطزیست به انواع ترکیبات شیمیایی آلی و معدنی به دلیل توسعه سریع صنایع شیمیایی و ورود انواع ترکیبات سمی و خطرناک به منابع طبیعی به یک تهدید جدی تبدیلشده است .با توجه به گسترش صنایع و توسعه کشاورزی نوین و ایجاد پسابهای صنعتی و کشاورزی و نظر به اثرات سوء مواد آلاینده موجود در این پسابها بر سلامتی انسان و تهدیداتی که برای آلودگی آبوخاک دارند، سبب مطالعات گستردهای درزمینه کاهش و حذف این عناصر از پسابها قبل از ورود به محیطزیست شده است . [1 ]
جذب فلزات سنگین مثل آرسنیک از پسابها یکی از مباحث مهم زیستمحیطی محسوب میشود. آرسنیک به خاطر حالتهای شیمیایی متفاوتی که دارد میتواند اثرات چندگانه و سوئی بر سلامت انسان داشته باشد آرسنیک باعث مسمومیت حاد و مزمن میشود مسمومیت مزمن آرسنیک شامل علائم غیر مشخص مانند ضعف ،از دست دادن عمل غیرارادی ،خستگی ،گاستریت ،کولیت،بیاشتهایی ،کاهش وزن و ریزش مو میشود. مسمومیت حاد آرسنیک باعث استفراغ ،خشکی دهان و گلو ، گرفتگی عضلانی ،دردهای شکمی ، احساس سوزن شدن دستوپا ،اختلال در گردش خون ،ضعف اعصاب شوکهای کشنده در زمانهای کوتاه به دلیل نارسایی کلیه و کبد و یا حمله قلبی میتواند منجر به مرگ شود. [2 ]
در 1974 که قانون آب پاک تصویب شد ، آژانس حفاظت محیطزیست موظف به تعیین حد مجاز مواد شیمیایی موجود در آب که مشکلاتی را برای سلامتی ایجاد نمیکنند گردید. غلظت مجاز تعیینشده آرسنیک در آب آشامیدنی توسط سازمان جهانی بهداشت و آژانس حفاظت محیطزیست ایالاتمتحده 10 میکروگرم در لیتر است . [3 ] همچنین حد مجاز آرسنیک در استاندارد 1053 ایران نیز همین مقدار است. [4 ] تاکنون روشهای مختلفی برای جذب این فلزات موردتوجه قرارگرفته است که استفاده از جاذبهای طبیعی ازجمله این روشها به شمار میرود این امر به دلیل اقتصادی بودن ،دستیابی راحت و منطبق با استاندارهای زیستمحیطی است . [5 ]
برگ درخت نارنج مادهای کشاورزی است که به دلیل فراوانی و همچنین ارزش اقتصادی آن کم بوده و استفاده از آن بهعنوان جاذب ، راهکار نویدبخشی برای حذف آلایندههای پساب بوده و در ضمن دارای مزایای محیط زیستی و کشاورزی نیز است . [6 ] ناهید رستگار فر و همکارش در سال 1393 جذب یونهای فلزی نیکل و کادمیوم دو ظرفیتی توسط سرشاخههای حاصل از هرس باغات گیلاس و پوست راش را مورد آزمایش قراردادند . در آخر مشاهده کردند پوست درخت راش توانایی جذب بهتری برای نیکل و کادمیم دو ظرفیتی دارد. [7 ] محمد چیبان همکارانش در سال 2009 از درختی بومی در جنوب مراکش برای حذف آرسنیک استفاده کردند در آخر مشاهده کردند این درخت بومی مراکش جاذب خوبی برای آرسنیک هست.
[8] در تحقیقی دیگرمامتازودین و همکارش در سال 2012 حذف آرسنیک بهوسیله سه پوست درخت بومی را موردبررسی قرارداد از میان سه پوست درخت جمبو بیشترین ظرفیت حذف آرسنیک را دارا است و به دنبال آن انبه و چریش به ترتیب درختان بعدی در جذب آرسنیک بودند. [9] دریکی آزمایش دیگر عامر شفیق و همکارانش در سال 2012 حذف آرسنیک از آب بهوسیله برگ درخت کاج موردبررسی قراردادند و مشاهده کردند که مدل لانگمیر و فلوری به یک تناسب در ایزوترم جذب تطابق داشت و در آخر دیدند پوست درخت کاج جاذب خوبی برای آرسنیک هست.
[10] در مطالعهای توسط رحمانی و همکاران در سال1394 ،سه نوع خاکاره درخت راجی ،صنوبر و بید موجود در شهر همدان بهعنوان جاذب ارزانقیمت در حذف آرسنیک و سیانید از پساب مقایسه شدهاند. با توجه به بازدهی بالا در دز جاذب و زمان کمتر و عدم نیاز به اصلاح PH و همچنین قابلیت دسترسی و ارزان بودن خاکاره ، استفاده از خاکاره اصلاحشده بلوط ،بهعنوان جاذبی مؤثر در حذف آرسنیک از محیطهای آبی پیشنهاد میشود. [11] در این مطالعه سینتیک جذب آرسنیک بهوسیله برگ درخت نارنج خام اصلاحشده موردبررسی قرارگرفته است برگ درخت نارنج به دلیل کشت وسیع این درخت در نواحی مختلف به مقدار فراوان موجود بوده است.همچنین تأثیر متغییرهای PH، دزجاذب ، زمان تماس و غلظت اولیه آرسنیک پنج ظرفیتی و ایزوترم های جذب و سینیتیک جذب در فرایند جذب سطحی تعیین شد.
.2 مواد و روش ها
این تحقیق یک مطالعه تجربی بود که در مقیاس آزمایشگاهی ودر سیستم ناپیوسته انجام شد و تاثیر فاکتورهای شامل PH، زمان تماس ، دز جاذب و غلظت اولیه آرسنیک در مراحل جداگانه در طول تحقیق در شرایط ازمایشگاهی بر کارایی حذف مورد بررسی قرار گرفت. به منظورتهیه محلول آرسنات ،از آرسنات سدیم Na2HAsO4.7H2O محصول شرکت مرک آلمان استفاده شد. ماده جاذب در این پژوهش شامل دو نوع برگ نارنج خام واصلاح شده درخت نارنج بود پس از تهیه برگ خام درخت نارنج از باغات به منظور بر طرف کردن گرد و خاک ودیگر آلودگی ها چندین بار با آب دو بار مقطر به خوبی شسته و در آون در دمای 103 درجه سلیسیوس قرار داده شد تا خشک شود.
برای اصلاح یرگ درخت نارنج ، 100 گرم ازنمونه خام اسید نیتریک 0,1 مولار به حجم 2 لیتر رسانده و سپس روی شیکر گذاشته شد و در انتها محلول با آب مقطر به خوبی شسته شد و در آون با دمای 60 درجه سلسیوس خشک می شود.بعد از خشک شدن با استفده ازالک اندازه برگ درخت خام بین 30 و70انتخاب شد. برای انجام این آزمایشها از نرم افزار مینی تب 16,2,4 استفاده شده است با دادان اطلاعات اولیه به نرم افزار نرم افزار تعداد این ازمایش ها را پیش بینی میکند . بعد از تهیه محلول استاندارد آرسنیک با توجه به جدول طراحی آزمایش نرم افزار ،PH محلول توسط اسید هیدروکلریدریک یا هیدروکسیدسدیم 0,1 مولار به ترتیب آزمایش تنظیم می شود. سپس مقدار دز جاذب با توجه به جدول به محلول ها به ترتیب اضافه می شود.
نمونه ها بروی دستگاه همزن به مدت مورد نظر در جداول با سرعت ثابت 200 دور بر دقیقه قرار می گیرد. درنهایت با استفاده از قیف شیشه ای و کاغذ صافی واتمن 0,45 میکرون نمونه ها عبور داده می شود . سرانجام 10 cc از محلول صاف شده را درون ظرف پنیسیلین 10 میلی لیتری ذخیره می کنیم و جهت اندازه گیری غلظت نهایی آرسنیک به دستگاه جذب اتمی می دهیم تا بدین وسیله کارایی جاذب در جذب فلز آرسنیک ازپساب مصنوعی مشخص شود.
همچنین جهت محاسبه درصد حذف آرسنیک از معادلعه - - 1استفاده می شود: - 1 - که در آن CO غلظت اولیه و Ce غلظت نهایی آرسنات سدیم در محلول است .در نهایت با مشخص شدن غلظت ها نهایی بار دیگر به کمک نرم افزار مینی تب با داشتن این غلظت ها به بررسی میزان تطابق اطلاعات حذف آرسنیک و همچنین با بدست آوردن شرایط بهینه از نرم افزار مدل جذب و سینیتیک جذب را مورد بررسی قرار می دهیم .
نتایج وبحث
PH .3
PH محلول آبی یک پارامتر بسیار مهم در فرایند جذب است . اتصال یون های فلزی توسط گروههای سطحی به شدت وابسته به PH است . با توجه به اطلاعات بدست آمده از نرم افزار برای هر دو جاذب نشان می دهند با افزایش PH، از 4تا7 راندمان حذف آرسنیک افزایش و از 7 تا 11 راندمان حذف کاهش مییابد. این امر را میتوان بر اساس بار سطح جاذب و درصد یونهای هیدرونیوم در محلول بیان کرد.
در pH های کمتر از 2 ارسنات عمدتا به شکل H3AsO4. است که این فرم غیر یونی تمایلی به جذب الکتروستاتیک ندارد. از طرفی کاهش PH محلول باعث افزایش گروه های با بار مثبت روی سطح جاذب شده و دافعه الکترو ستاتیک بین یون های فلزی و گروه های با بار مثبت موجود روی سطح جذب می شود.در مقدار 4-3 PH ارسنات عمدتا به شکل. H2AsO4 و در مقدار بین 9-4عمدتا به شکل HAsO4-2 است.
