بخشی از مقاله
مقدمه
پیشرفت روزافزون صنایع در دهه اخیر مهم ترین عامل آلودگی محیط زیست بوده و پسابهای آلوده صنایع مختلف مانند استخراج معادن و پتروشیمی باعث ورود مقدار زیادی فلزات سنگین مانند کروم، کادمیوم، نیکل، کبالت، روی و سرب به محیط زیست میگردد .حضور فلزات سنگین در محیط، اثرات زیانباری بر سلامت انسان و حیوانات داشته و موجب بر هم خوردن تعادل و نظم اکوسیستم میشود. از این رو مطالعه روشهای حذف این آلایندهها بسیار ضروری است. بررسیها نشان داده است که روش های شیمیایی و فیزیکی مانند اکسیداسیون-احیاء، رسوب دادن شیمیایی، فیلتراسیون، تیمارالکتروشیمیایی، تبخیر، تبادل یونی و فرآیند اسمزمعکوس محدودیت هایی دارند و از نظر اقتصادی مقرون به صرفه نیستند. همچنین بازیافت فلزات از آنها نسبت به روشهای دیگر دشوار است. به نظر می رسد تصفیه زیستی، جانشین و یا دست کم مکمل مناسبی برای دیگر روشها باشد جذب زیستی جایگزین مناسبی برای روش های فیزیکی و شیمیایی مرسوم برای حذف فلزات سمی از آبهای آلوده و پسابها است . - Malik, 2004 -
بسیاری از انواع توده های زیستی و میکروبی ظرفیت جذبی خوبی برای فلزات سنگین نشان دادهاند و بسیاری از آنها بعنوان پایه های تصفیه فاضلاب های حاوی فلز پیشنهاد میشوند. محصولات جانبی فعالیتهای کشاورزی از جمله جاذبهایی هستند که به منظور تصفیه فاضلابها مورد استفاده قرار گرفتهاند. ایران یکی از بزرگترین تولیدکنندگان و صادرکنندگان پسته و انار در جهان میباشد. تولید پسته در ایران در حدود 200000 تن در سال برآورد میشود - دفتر آمار و فن آوری اطلاعات، . - 1387 از این رو، زائدات تولیدی حاصل از پردازش و فراوری پسته و انار از اهمیت اقتصادی بالایی برخوردار میباشند. با توجه به مطالب فوق، هدف از این تحقیق بررسی تاثیر pH بر جذب کادمیم توسط جاذبهای زیستی شامل پوسته میوه پسته و پوسته انار و تعیین ویژگیهای جذبی این جذب کننده-ها برای کادمیم بر اساس همدماهای جذب بود.
مواد و روشها
آزمایشات جذب کادمیم درقالب دو آزمایش جذب وابسته به pH و همدمای جذب انجام شد. تمامی آزمایشهای جذب در دمای آزمایشگاه 25 1 - درجه سلسیوس - با دو تکرار و به روش پیمانهای در الکترولیت زمینه نیترات کلسیم 0/01 مولار انجام شد. قبل از شروع آزمایشات جذب مقدار 0/1 گرم از جاذب زیستی مورد نظر به ظروف پلی اتیلنی حاوی 10 میلی لیتر فلز سنگین اضافه شد. آزمایشات جذب وابسته به pH در یک غلظت ثابت 8 میلیگرم بر لیتر فلز سنگین انجام شد. این آزمایش در 3 سطح 5 - pH، 6 و - 7 انجام شد. تنظیم pH بر اساس منحنیهای تیتراسیون پیش آزمایشها، با اضافه کردن مقادیر معینی از اسید نیتریک یا هیدروکسید سدیم 0/03 مولار به سوسپانسیونهای حاوی مقادیر ثابتی از کادمیم 8 - میلیگرم بر لیتر - و مقادیر ثابتی از ماده مورد نظر انجام شد.
بهمنظور تعیین همدماهای جذب کادمیم، 0/1 گرم از هر جاذب به ظروف پلیاتیلنی 15 میلیلیتری حاوی 10 میلیلیتر الکترولیت زمینه نیترات کلسیم 0/01 مولار حاوی 7 سطح غلظت کادمیم، 15 تا 100میلیگرم در لیتر اضافه گردید. pH نهایی همه نمونهها 6 0/2 بود. نمونهها به مدت 24 ساعت بهوسیلهی شیکر تکان داده شدند. بعد از اتمام این مدت، pH نهایی تعلیقها اندازهگیری و محلول تعادلی آنها بهوسیلهی سانتریفیوژ با سرعت دورانی 4000 دور در دقیقه به مدت 20 دقیقه، از بخش جامد جدا گردید و غلظت کادمیم در محلولهای تعادلی بهوسیلهی دستگاه جذب اتمی اندازهگیری شد.مبنای فرآیند جذب هم مثل خیلی از دیگر پدیدهها ترمودینامیک میباشد.
تلاشهای زیادی برای مدل کردن این پدیده به کمک ترمودینامیک شده و هنوز هم ادامه دارد - Jossens et al.,1987 ; Najm et . - al.,1991 میزان کادمیم جذب شده بهوسیلهی جاذبها در هر نمونه با توجه به غلظتهای اولیه و تعادلی کادمیم بر اساس رابطهی زیر محاسبه شد.که در این رابطه qe میزان کادمیم جذب شده توسط جاذب - میلیگرم بر گرم - ، Ci و Ce غلظتهای اولیه و تعادلی کادمیم - میلیگرم بر لیتر - ، V حجم محلول حاوی فلز - میلی لیتر - و M جرم جاذب - گرم - میباشد. فروندلچ و لانگمویر اولین افرادی بودند که مدلهای ابتدایی در این زمینه را در حدود صد سال پیش ارائه کردند. برازش همدمای لانگمویر با استفاده از روش رگرسیون غیرخطی بهکمک نرمافزار Prism انجام شد. شکل کلی معادلهی تجربی لانگمویر عبارت است از:که در آن q max حداکثر جذب - میلیگرم در گرم - ، qe مقدار عنصر جذب شده - میلیگرم در گرم - ، Ce غلظت عنصر در حال تعادل - میلیگرم در لیتر - می باشند. ثابت KL بیانگر قدرت پیوند میباشد - Chong and. - Volesky, 1995
نتایج و بحث
اثر pH بر جذب کادمیم توسط جاذب های زیستی در شکل 1 ارائه شده است. جذب کادمیم به وسیلهی جاذب ها درpH های مورد مطالعه افزایش یافت بطوریکه پوسته پسته در دامنه pH مورد مطالعه مقدار بیشتری از کادمیم را از محلول نسبت به پوسته انار جذب جذب کرد. به طور متوسط 90 و 65 درصد از کادیم به ترتیب توسط پوسته پسته و پوسته انار از محلول حذف گردید. در مطاله جدب زیستی ما همیشه تلاش میکنیم تا از جدا کردن میکرو ذرات جامد از مایع و توزیع آن در ظرفیت جذب ، به وسیله ثابت نگه داشتن pH در حدود 4/5 تا 5 جلوگیری کنیم. کنترل pH مهم است چرا که علاوه بر تاثیر روی شکل یونی جذب شونده در محلول ،روی شکل مکانهای فعال یونی جاذب نیز موثر است. در pH های کم به دلیل فراوانی پروتون مکانهای تبادل یون در جاذب پروتونی میشوند.
در نتیجه رقابت پروتونی مانع از جذب کادمیم به وسیله جاذب می شود اما با افزایش pH به دلیل کمتر شدن رقابت پروتون با کادمیم و افزایش بار وابسته به pH جاذبها، میزان کادمیم جذب شده به وسیله جاذبها افزایش یافت . - Hamidpour et al., 2010 - شکل 2 همدماهای جذب کادمیم را روی پوسته پسته و انار نشان میدهند. مشاهده میشود که جذب کادمیم بوسیله پوسته پسته بیشتر از پوسته انار میباشد. ثابتها، ضرایب تبیین و خطای استاندارد حاصل از برازش مدل لانگمویر بر داده های جذب در جدول 1 ارائه گردیده است. مدل لانگمویر به خوبی جذب کادمیم بهوسیلهی جاذبهای زیستی مورد مطالعه را توصیف کرد . - R2 = 0/97 - ضریب KL این مدل که شاخصی از قدرت پیوند
