بخشی از مقاله
چکیده
کاهش مقدار فلزات سنگین از پساب به حد مجاز قبل از تخلیه آنها در نهرها و رودخانهها برای سلامت انسان و محیط زیست بسیار مهم است. روشهای مرسوم برای از بین بردن فلزات فاضلاب شامل، فنآوریهای تصفیه فیزیکی- شیمیایی مانند تبادل یونی، الکترو دیالیز، فیلتراسیون غشایی، اسمز معکوس، رسوب شیمیایی و جذب سطحی است. امروزه روش جذب زیستی روش فنی اقتصادی برای حذف فلزات سنگین است. توانایی جذب فلزات توسط زیست توده غیر زنده و زنده مورد بررسی قرار گرفته است.
در این راستا امکان سنجی استفاده از فلس ماهی کد آتلانتیک - Gadus morhua - و کاتلا - Catla catla - به عنوان یک جاذب برای حذف فلزات سنگین هم موفیت آمیز بوده است . تصویر SEM به دست آمده توسط محققان برای فلس های کاتلا نشان میدهدکه غنی از مواد غیر آلی که حاوی نسبت های بالایی از کلسیم و فسفر و نیز غنی از پروتئین است و حاوی نسبت بالایی از کربن اکسیژن و گوگرد است. گروه های عملکردی شیمیایی مختلف از جمله کربوکسیل، هیدروکسیل، آمید و غیره که مسئول جذب یونهای فلزی هستند نیز وجود داشتند. همچنین فرآیند جذب فلس ماهی بستگی به پارامترهای مختلف از جمله اثر دوز، اثر زمان و اثر pH محلول دارد. بنابراین طبق تحقیقات صورت گرفته فلس ماهی به عنوان یک جاذب عمل می کند و می تواند در سطح صنعتی برای تصفیه فاضلاب مورد استفاده فرار گیرد.
-1مقدمه
آلودگی محیط زیست با توجه به حضور فلزات سنگین سمی در هوا، خاک و آب معضل بزرگ جهانی است. فلزات سنگین تخریب و یا نابود نمیشوند، از این رو در تمام بخشهای محیط زیست پایدار هستند - سریویدیا و موهانتی، . - 2009 این فلزات از طریق فعالیت های مختلف صنایعی مانند ذوب و تصفیه فلزات، آبکاری صنایع نساجی، باطری سازی، نیروگاه ها، معادن، سرامیک و شیشه وارد محیط زیست می شوند - هولان و ولسکی، - 1995 کاهش مقدار این فلزات از پساب به حد مجاز قبل از تخلیه آنها در نهرها و رودخانه ها برای سلامت انسان و محیط زیست بسیار مهم است - سریویدیا و موهانتی، . - 2009 بنابراین توسعه روشهایی که بتواند فلزات سنگین را از محیط زیست حذف کند بسیار مهم است.
روش های مرسوم برای از بین بردن فلزات فاضلاب شامل، فنآوری های تصفیه فیزیکی و فیزیکی- شیمیایی مانند تبادل یونی، الکترو دیالیز، فیلتراسیون غشایی، اسمز معکوس، رسوب شیمیایی و جذب سطحی است - هان و همکارن2007 ؛ تینلای و همکاران، . - 2005 معایب اصلی روش های مرسوم تصفیه، سرمایه گذاری بالا، حذف ناقص فلز، تولید لجن سمی یا دیگر مواد زائد که نیاز به دفع ایمن دارد می باشد. در جستجوی مداوم برای سایر روشها توجه به جذب زیستی نظر محققان را جلب کرد این روش یک روش فنی اقتصادی برای حذف فلزات سنگین است - وگلیو و بیولچینی، - 1997 همه روشهای شیمیایی نسبت به جذب زیستی هزینه بیشتر تر و کارایی کمتر دارند.
علاوه بر این، روش های شیمیایی بار آلودگی محیط زیست را افزایش میدهند. از مزایای عمده روش جذب زیستی کارایی بالا، حذف کامل فلزات حتی در غلظت های کم، هزینه کم عملیات، زمان کوتاه عملیات و بهبود انتخاب برای حذف فلزات سنگین از پساب صرف نظر از سمیت است - توزن و ساری، . - 2008 جذب زیستی جذب سطحی فیزیکی- شیمیایی است که به موجب آن یونهای فلزی به سطح زیست توده ضمیمه میشوند.
بررسی مطالعات نشان می دهد که توانایی جذب فلزات توسط بسیاری از مواد مواد بیولوژیک مانند زیست توده غیر زنده مانند پوست، لیگنین، کاه برنج، پوسته بادام زمینی، پوسته نارگیل و همچنین زیست توده زنده مانند قارچ ها، باکتری ها، جلبک ها، مخمر، خزه، گیاهان آبزی و جلبک مورد بررسی قرار گرفته اند. بنابراین با توجه به این که مواد زیستی مختلف از نظر خصوصیاتشان در جذب زیستی بررسی شده اند و انواع مختلف زیست توده جذب فلز را به اندازه کافی بالا نشان دادهاند تحقیقات بیشتری در این زمینه در حال انجام است - موهانتی و همکاران، 2006؛ نوربخش و همکاران، 1994؛ وانگ و همکاران، . - 2008 امکان سنجی استفاده از فلس ماهی به عنوان یک جاذب برای حذف فلزات سنگین توسط مستفیض - 2003 - مورد بررسی قرار گرفت.
اثرات بیولوژیک جذب فلزات سنگین مانند سرب، آرسنیک و کروم با استفاده از فلس ماهی کد آتلانتیک - Gadus morhua - - نیلانجانا و همکاران، - 2008 مورد مطالعه قرار گرفته است. همچنین جذب سرب - II - با فلس ماهی توسط نادیم و همکاران - 2008 - مورد بررسی قرار گرفت. در تعدادی از تحقیقات از فلس ماهی کاتلا - Catla catla - به عنوان جاذب استفاده شده است. - سلیمون و همکاران، 2008؛ سریویدیا و موهانتی ، . - 2009 جذب زیستی ثابت شده که برای حذف یونهای فلزی از محلول آلودهکاملاً موثر بوده و ضمن هزینه های پایین، شیوه ای دوستانه با محیط است.
نه تنها برای حذف فلزات سمی بلکه برای بازیابی فلزات گرانبها مانند طلا و نقره استفاده میشود. در این مقاله به کاربرد فلس ماهی به عنوان جاذب فلزات سنگین اشاره شده است که به نحوه تهیه جاذب، آماده سازی محلول و پارمترهای موثر بر جذب پرداخته میشود. مقادیر زیادی فلس در بازارهای ماهی روزمره تولید شده و دور انداخته میشود که می توان از آنها در فرآیند جذب زیستی فلزات سنگین استفاده کرد. همچنین می توان از طیف سنجی FTIR و تصاویر SEM برای پیدا کردن گروههای مختلف عملکردی در دیواره سلولی جاذب برای بررسی مورفولوژی سطحی جاذب استفاده کرد.
-2تهیه جاذب و محلول استوک - محلول مادر - در فرآیند جذب زیستی
فلسها عموماً از بازار ماهیگیران جمع آوری میشوند. برای حذف گرد و غبار و ناخالصیهای محلول از سطح فلس چند بار با آب مقطر شسته شده سپس فلس ماهی به مدت دو روز در زیر آفتاب خشک میشود. فلس های خشک شده سپس توسط آسیاب به پودر تبدیل میشوند . این ذرات ریز در آون در دمای 70 درجه سانتیگراد به مدت 2 ساعت برای از بین بردن رطوبت نگهداری می شوند. با استفاده از الک ذرات پودر شده از الک 100، 120، 150، 200 و 240 گذرانده شده تا جاذب با اندازه ذرات همگن به دست آید. این پودر جاذب در ظروف پلی اتیلن محفوظ از هوا برای استفاده بیشتر حفظ میشود.
در این مرحله قابلیت جذب جاذب آماده نسبت به فلزات مختلف با استفاده از محلول های آبی مورد بررسی قرار میگیردمثلاً. برای کروم - VI - استوک - 1000mg/l - با حل کردن 2/8269گرم از K2Cr2O7 در 1000 mL آب دی یونیزه تهیه میشود. تکان دادن آن به مدت 15 دقیقه در rpm150 برای به دست آوردن انحلال کامل صورت میگیرد. محلول استوک در صورت نیاز برای به دست آوردن محلول های استاندارد غلظت در محدوده بین 10 و 100 mg/lرقیق میشود برلی تهیه محلول فلزی پایه ppm 1000 برای Zn - II - و Pb - II - از نمک Pb - NO3 - و Zn - NO3 - 2. 6H2O استفاده میشود.
برای تعیین غلظت دقیق محلول های نمکی میتوان از دستگاه جذب اتمی استفاده نمود. همچنین محلولهای استاندارد فلزات مس و نیکل نیز به وسیله حل کردن مقادیر مشخصی از نمکهای نیترات مس و نیکل با افزودن چند قطره اسید نیتریک و سپس آب دی یونیزه تهیه میشوند غلظت محلولهای استاندار 1000 میلی گرم بر لیتر به عنوان محلول مادر در نظر گرفته شده و برای تهیه محلولهای با غلظت کمتر، از این محلول استفاده میشود.
-3آزمایش های جذب ناپیوسته - Batch -
در این آزمایشها معمولاً از روش ناپیوسته استفاده میشود. آزمایشهای جذب برای مطالعات جنبشی در فلاسکهای -250 300 میلی لیتر انجام میشود. جاذب مادری املاًک خشک به صورت جداگانه با mL100 از محلول استوک با با غلظتهای متفاوتمثلاً - 10، 30 و 50 میلی گرم در لیتر - مخلوط شده و سوسپانسیون در دمای اتاق - 28 سانتی گراد - با استفاده از یک دستگاه انکوباتور تکان داده میشود.
mL5 نمونه از فلاسکها در فواصل زمانی مورد نیاز 20، 40، 60، 80،100 ، 120، 150،180، 210 و 240 دقیقه جمع آوری و از طریق فیلتر Whattman شماره 1 کاغذ فیلتر میشود. غلظت فلزات باقیمانده در محلول مورد تجزیه و تحلیل قرار میگیرد. مطالعات ایزوترم با تغییر غلظتهای اولیه فلزات مختلف از 1 تا 100 میلی گرم در لیتر در pH طبیعی محلول با اضافه کردن دوز مطلوب جاذب انجام میشود. پس از تکان دادن فلاسک تا زمان تعادل، محلول برای غلظت فلز باقی مانده تجزیه و تحلیل میشود.
-4تجهیزات
غلظت فلزات در محلول زیر صافی را به روش جذب اتمی سنجش میشود. گونه های فلزی مانند کروم - VI - در محلول توسط -UVاسپکتروفتومتر انجام میشود . تصویر SEM و طیف EDX به دست آمده با استفاده از اسکن میکروسکوپ الکترونی به دست می آید. تجزیه و تحلیل FTIR برای شناسایی گروه های شیمیایی کاربردی موجود در سطوح جاذب مورد استفاده قرا میگیرد.
-5جذب فلز
میزان فلز جذب شده در حالت تعادل از معادله زیر محاسبه می شود: در آن = Q ظرفیت جذب فلز در حالت تعادل - میلی گرم در گرم - است، V حجم محلول - لیتر - است و M جرم جاذب - گرم - ، Ci غلظت اولیه یون فلزی - میلیگرم بر لیتر - است و Ce غلظت تعادل یا نهایی یون فلزی - میلی گرم بر لیتر - است
: q جرم فلز جذب شده بر وزن سلول - - mg/g
Ce :غلظت فلز باقی مانده در محلول در حالت تعادل بعد از جذب - ppm
- ppm - : Ci غلظت اولیه فلز قبل از جذب V :حجم محلول - L -
M :جرم بیومس - - g
