بخشی از مقاله
چکیده
جذب بیولوﮊیکی فلزات سنگین یک روش موثر برای جداسازی و بازیابی فلزات سنگین از محلولهای آبی می باشد. پسابهای معدنی و هسته ای مقادیر زیادی اورانیوم وارد محیط زیست می کنند. وجود مقادیر کمی از اورانیوم طبیعی در آبهای سطحی علیرغم رادیواکتیویته ضعیف آن به خاطر سمیت بالا خطرات زیادی به همراه دارد. در این مقاله جذب بیولوﮊیکی اورانیوم توسط جلبک قهوه ای سیستوسریا در دمای ۰۳ درجه سانتیگراد و غلظت بیوماس عَ؟۲ بررسی شد. تاثیر دژ بر میزان جذب تعادلی سه جلبک معمولی ، پروتونه شده و تصفیه شده با کلرید کلسیم در محلولی با غلظت اورانیوم عَ؟ع ۰۵۳ نشان داد که در هر سه مورد بیشترین میزان جذب در دژ حدود ۵/۴ - ؟َ؟ع ۰۴۲ - حاصل می شود. همچنین مشاهده شد که جلبک پروتونه شده میزان جذباورانیوم بالاتری نسبت به دو نوع جلبک دیگر دارد. مدلسازی ایزوترم جذب تعادلی اورانیوم به کمک معادلات دو پارامتری لانگمیر و فرندلیچ و معادله سه پارامتری ردلیش- پترسون انجام گردید و مشاهده شد که مدل ردلیش- پترسون انطباق بهتر ی با داده های تجربی دارد.
کلمات کلیدی: جذب بیولوﮊیکی، جلبک قهوه ای، سیستوسریا، اورانیوم، مدلسازی تعادلیش
مقدمه
ورود پسابهای حاوی فلزات سنگین از فرایندهای صنعتی مختلف نظیر صنایع هسته ای، آب فلزکاری، باطری سازی، رنگ سازی، استخراج فلزات از معادن و غیره به سیستمهای آب طبیعی باعث ایجاد مشکلات زیست محیطی شده است. صنایع هسته ای و معادن اورانیوم مقادیر زیادی اورانیوم وارد محیط زیست می کنند]ک .[ اورانیوم از خطرناکترین فلزات آلاینده می باشد که نه به خاطر رادیواکتیویته اش بلکه به خاطر سمیت بالا ، سلامت محیط زیست را تهدید می کند]لتذ .[ اثرات بیولوﮊیکی فلزات آلاینده با ایجاد تغییر در ساختار پلانکتونها شروع می شود، چرا که جذب فلزات سنگین توسط میکرو ارگانیسمها ، منبع تغذیه پلانکتونها واقعیتی مسلم است]ص.[ گیاهان از پلانکتونها، جانوران از گیاهان و انسانها از گیاهان و جانوران تغذیه می کنند، بدین ترتیب فلزات آلاینده طی زنجیره غذایی تمام موجودات زنده را تحت تاثیر خود قرار می دهند.
این مسئله موجب شده است که کاربرد روشهای مختلف مثل استخراج با حلال، رسوب گذاری، اکسیداسیون یا احیای شیمیایی، تبادل یونی، اسمز معکوس، جداسازی غشایی، تصفیه الکتروشیمیایی و تبخیر برای جداسازی، حذف و بازیابی فلزات سمی یا گرانبها رو به گسترش و توسعه بنهد. ولی در مورد پسابهای رقیق و خیلی رقیق روشهای مذکور ناکارا و پرهزینه هستند و به همین دلیل امروزه فرایندهای جداسازی بیولوﮊیکی که نسبت به روشهای مذکور بازدهی وکارایی بالایی دارند و از نظر اقتصادی نیز مقرون به صرفه می باشند، توجهات زیادی را به خود جلب کرده استش]مت،تظتس.[جداسازی بیولوﮊیکی فلزات دارای مزایایی چون هزینه های عملیاتی پایین، بازدهی بالا، ظرفیت بالای پذیرش فلز، انتخاب پذیری و عدم تولید لجنهای شیمیایی می باشد ]ه.[
جذب فلز توسط میکروارگانیسمها می تواند با سیستمهای مرده١ - جذب بیولوﮊیکی - یا زنده٢ - تجمع بیولوﮊیکی - صورت بگیرد. مطالعات امکان سنجی برای کارهای با مقیاس بزرگ نشان می دهند که فرایندهای جذب بیولوﮊیکی کاراتر از فرایندهای تجمع بیولوﮊیکی می باشند]ککتشک.[ در سیستمهای زنده تقاضای بیولوﮊیکی و شیمیایی به اکسیژن و غذا بالا است ، از طرفی دیگر سمیت فلز و دیگر عوامل نامناسب ، نگهداری آنها را به صورت زنده مشکل می سازد.جلبکها به عنوان مواد تجدید پذیر، قابل دسترس و فراوان در طبیعت، به خاطر ارزان بودن، داشتن سطح نسبتا زیاد و میل ترکیبی بالا قادر به جذب بیولوﮊیکی فلزات سنگین و رادیونوکلئیدها با راندمان بالا و هزینه پایین هستند.
محققین انواع مختلفی از جلبکها را برای جذب بیولوﮊیکی فلزات مورد آزمایش قرار داده اند که از این بین جلبکهای قهوه ای بسیار موثرتر از دیگر گونه های آن نشان داده اند]لکتذک.[ در کار حاضر یک نوع جلبک قهوه ای دریایی بنام سیستوسریا٣ مورد آزمایش قرار می گیرد. از نقطه نظر کاربردی توسعه مدل ریاضی برای تشریح رفتار تعادلی و سینیتیکی یک سیستم جذب به منظور استفاده در طراحیهای صنعتی ضروری می باشد . بدین منظور مدلهای جذب لانگمیر٤ و فرندلیچ٥ با وجود سادگیشان در تشریح رفتار تعادلی سیستمهای جذب بسیار موفق نشان داده اند]ذکزص.[هدف از کار حاضر ارزیابی توان و ظرفیت جلبک قهوه ای سیستوسریا در جذب بیولوﮊیکی اورانیوم ، بررسی تاثیر عواملی مثل غلظت اولیه فلز و جp سیستم ، اثر پیش تصفیه جاذب در میزان جذب فلز و اندازه گیری داده های تعادلی به منظور مدلسازی فرایند جذب با استفاده از مدلهای تعادلی لانگمیر و فرندلیچ و ردلیش-پترسون٦ ، به عنوان ابزار اولیه لازم برای طراحی برجهای جذب بیولوﮊیکی می باشد.
مدلسازی تعادل جذب بیولوﮊیکی
به منظور طراحی یک سیستم جذب برای جداسازی یونهای فلزی ، یافتن رابطه ای مناسب برای تشریح نتایج آزمایشات تعادلی در جذب بیولوﮊیکی ضروری است . در این کار مدلهای تعادلی لانگمیر، فرندلیچ و ردلیش-پترسون برای برازش داده های تعادلی مورد آزمایش قرار گرفته اند. مدل لانگمیر بصورت رابطه ایزوترم هیپربولیک زیر می باشد :
که qmax ماکزیمم مقدار جذب شده تحت شرایط داده شده وb ضریبی است که به میل ترکیبی جاذب و جذب شونده بستگی دارد. رابطه ایزوترم لانگمیر راشمی توان باشرسم qب۱ برحسبش eلاب۱ یا qبeلا برحسب شeلا خطی کرد و ثابتهای مدل با استفاده از فرم خطی آنشبه راحتی قابل تعیین هستند.مدل فرندلیچ بصورت رابطه نمایی زیر می باشد:که k و n ثابتهای مدل فرندلیچ می باشند و با استفاده از فرم خطی آن به راحتی قابل تعیین هستند. رابطه فرندلیچ یک رابطه تجربی است که بر عکس مدل لانگمیر ماکزیمم ظرفیت جاذب را مشخص نمی کند و فقط در غلظتهای پایین تا متوسط کاربرد دارد.در این مطالعه از مدل سه پارامتری ردلیش- پترسون نیز برای بهبود کیفیت برازش داده های تجربی استفادهشد. این مدل بصورت رابطه زیر می باشد:که a ، b و n ، پارامترهای ردلیش- پترسون می باشند. مقدار n مابین صفر تا یک قرار دارد ، که برای مقدار یک معادله - ۳ - به معادله لانگمیر تبدیل می شود. ثابتهای این مدل برخلاف مدلهای دو پارامتری لانگمیر و فرندلیچ بصورت نمودار خطی قابل تعیین نیست و باید از روشهای غیر خطی و حداقل کردن مربعات خطا تعیین شوند.
