بخشی از مقاله
مقدمه
آرسنیک - As - عنصری سمی برای انسان و دیگر جانداران است که وجود مقادیر بسیار کم آن در خاک و آب می تواند نگران کننده باشد - . - Nriagu,1996 آرسنیک در آب های سطحی و زیرزمینی به دو فرم As - III - و As - V - موجود بوده که فرم سه ظرفیتی آن در محیط آب و خاک تحرک بالاتری داشته و همچنین سمیت بیشتری دارد. روش های متعددی برای پاکسازی آب های آلوده به آرسنیک وجود دارد. از جمله این روش ها می توان به روش اکسید و رسوب - Leupin and Hug, 2005 - ، انعقاد با آلومینیوم - Wickramasinghe et al., 2004 - ، اکسیدهای آهن گرانوله - Badruzzamana et al., 2004 - ، اسمز معکوس - .R XWL - et al., 2005 و استفاده از رزین ها - Kartinen et al., 1995 - اشاره نمود. به هر حال استفاده از روش های مذکور مقرون به صرفه اقتصادی نیست. فرآیندهای جذب عناصر سمی توسط مواد جاذب ارزان در سال های اخیر بسیار مورد توجه قرار گرفته است . - Biswas et al., 2008 -
به عنوان مثال استفاده از ماده جاذب ارزان قیمتی مانند بایوچار، به منظور جذب فلزات سنگین به کرات گزارش شده است - . - Rao et al., 2009; Beesley et al., 2010; Uchimiya et al., 2010; Xu et al.,2012 کاسوران و همکاران - 2012 - نشان دادند که کربن فعال تهیه شده از لجن فاضلاب قادر به جذب عناصری مانند مس، کادمیم و سرب از فاضلاب های صنعتی است. سامسوری و همکاران - 2013 - گزارش کردند که بایوچار تجاری ساخته شده ازسبوس برنج توانایی خوبی در جذب مس، روی و سرب از محلول دارد . در ارتباط با توانایی جذب آرسنیک توسط این نوع بایوچار اطلاعاتی در دسترس نیست. لذا هدف از این تحقیق بررسی جذب آرسنیک توسط بایوچار تولید شده از سبوس برنج و بایوچار دارای پوشش آهن بر جذب As - III - و As - V - بود.
مواد و روش ها
از آب میلی پور در تمامی مراحل آزمایش استفاده شد. Sodium arsenite و Potassium arsenate از Sigma-Aldrich خریداری گردید.
تعیین خصوصیات بایوچار
میزان رطوبت بایوچار با خشک کردن 5 گرم بایوچار در آون و دمای 80 درجه سانتیگراد اندازه گیری شد. pH بایوچار در سوسپانسیون 0.5:100 - w/v - بایوچار به آب تعیین گردید. غلظت عناصر پتاسیم، سدیم، کلسیم، منیزیم، فسفر، منگنز، آهن، مس با استفاده از روش - 2009 - ASTM D5 142 اندازه گیری شد. میزان خاکستر آن با سوزاندن بایوچار در کوره دارای دمای 1000 درجه سانتیگراد به مدت 12 ساعت به دست آمد. میزان کربن، هیدروژن، نیتروژن، گوگرد و اکسیژن بایوچار توسط دستگاه - Perkin Elmer 2400 Series II CHNSO Elemental analyzer - CHNSO Element Analzer تعیین شد.
پتانسیل زتا، سطح ویژه، گروه های عاملی و مورفولوژی سطح بایوچار به منظور تعیین پتانسیل زتا بایوچار، 0/02 گرم بایوچار در ارلن 250 میلی لیتر ریخته شد سپس 100 میلی لیتر محلول0/1 مولار کلرید سدیم به آن اضافه گردید. سپس سوسپانسیون هایی با pH های مختلف 2 pH - تا - 9 با کمک محلول های 0/1 مولار هیدروکسید سدیم و 0/1 مولار اسیدکلریدریک تهیه گردید. به منظور جدا سازی ذرات بایوچار سوسپانسیون های مذکور به مدت 2 ساعت در دستگاه التراسونیک - KHz 40 - در دمای 30 درجه سانتیگراد قرار داده شدند. سپس سوسپانسیون ها به مدت 24 ساعت بدون هیچ حرکتی نگهداری شد، پس از مدت مذکور حرکت الکتروفورزی ذرات بایوچار توسط دستگاه زتا پتانسیل اندازه گیری شد. سطح مخصوص بایوچار از روش جذب گاز N2 توسط دستگاه - Quantachrome AS1Win TM - اندازه گیری شد. مورفولوژی سطح بایوچار قبل و بعد از جذب آرسنیک توسط میکروسکوپ الکترونی - JEOL, JSM-6400 V, Japan - تعیین گردید.
پوشاندن سطح بایوچار توسط آهن
ابتدا بایوچار با آب مقطر شسته شد، سپس به مدت 48 ساعت در آون در دمای 50 درجه سانتیگراد خشک شد. محلول دارای 1000 میلی گرم در لیتر آهن سه ظرفیتی به 5 گرم بایوچار خشک شده افزوده شد. pH مخلوط مذکور توسط محلول های 0/1 مولار هیدروکسید سدیم و 0/1 مولار اسیدکلریدریک به 6 تنظیم گردید. مخلوط بایوچار و آهن سه ظرفیتی ابتدا به مدت 24 ساعت شیک شده سپس مخلوط با کمک کاغذ صافی فیلتر شد. بقایای بایوچار با آب مقطر به خوبی شسته شد بطوریکه غلظت آهن در آبشویه به حداقل مقدار مورد نظر کاهش یافت.
آزمایشات جذب آرسنیک
این آزمایش در دمای 25 1 درجه سانتیگراد انجام شد. مقدار 0/25 گرم بایوچار به داخل لوله های سانتریفیوژ حاوی 40 میلی لیتر محلول دارای غلظت 3 تا 300 میلی گرم در لیتر As - III - و As - V - افزوده شد. محلول حاوی As - III - دارای pH برابر 8 و محلول حاوی As - V - دارای pH برابر 6 بود. نمونه های مذکور به مدت 24 ساعت با سرعت 1000 rpm سانتریفیوژ شده سپس از فیلتر عبور داده شدند و غلظت آرسنیک توسط دستگاه - ICP - Perkin Elemer Optima 8300, ICP-OES اندازه گیری شد. برای ارزیابی و مقایسه میزان جذب As - III - و As - V - توسط بایوچار و بایوچار دارای پوشش آهن داده های بدست آمده توسط فرمول لانگمویر آنالیز شدند.
نتایج و بحث
جدول 1 برخی خصوصیات فیزیکی و شیمیایی بایوچار را نشان می دهد. درجه کربنی شدن را می توان با توجه به نسبت هیدروزن به کربن تعیین کرد . - Kuhlbusch et al., 1996 - نسبت H/C پایین نشان دهنده آن است که حین تولید بایوچار، سبوس برنج به خوبی کربنیزه شده است - . - Chun et al ., 2004 شاخص O/C بایوچار تولید شده از سبوس برنج بزرگتر از میزان گزارش داده شده برای برخی از انواع بایوچارهای دیگر است . - Chen et al., 2008 - بالا بودن شاخص O/C نشان دهنده خاصیت آبدوستی بایوچار تولید شده از سبوس برنج است.
پتانسیل زتا بایوچار
شکل 1 پتانسیل زتا بایوچار را در pH های مختلف محلول نشان میدهد. پتانسیل زتا در pH برابر 2 حدود -1 میلی ولت بود ولی با افزایش pH میزان آن منفی تر شد، بطوریکه در pH برابر 6 به حدود -14/3 رسید. در pH بالاتر از 6 تغییر معنی داری در پتانسیل زتا دیده نشد. میزان پتانسیل زتا اندازه گیری شده نشان می دهد سطح بایوچار دارای بار منفی است و مقدار بار منفی با افزایش pH افزایش یافت. یکی از دلایل وجود بار منفی سطح بایوچار می تواند بدلیل وجود گروههای عاملی اکسیژن دار باشد - جدول . - 1
