بخشی از مقاله
چکیده:
هدف از این پژوهش بررسی امکان استفاده از کربن فعال به عنوان جاذب برای حذف استیک اسید از محیط های آبی در سیستم ناپیوسته است و اثر پارامتر های مهم نظیر زمان تماس ، مقدار جاذب، دما و غلظت اولیه اسید مورد بررسی قرار گرفت. زمان تعادل برای کربن فعال 75 دقیقه تعیین گردید. نتایج نشان داد که با افزایش دما و افزایش غلظت اولیه اسید، درصد حذف کاهش یافته و با افزایش مقدار جاذب، درصد حذف افزایش یافته و مقدار بهینه جاذب 1,8 گرم برای 61,46 درصد جذب استیک اسید - برای 40 میلی لیتر از محلول - به دست آمد .مدل های همدمای تمکین و فروندلیچ جهت آنالیز داده های تعادلی به کار گرفته شدند که همدمای فروندلیچ بیشترین انطباق را داشت. برای توصیف سینتیک جذب، مدل های سینتیکی شبه مرتبه اول و شبه مرتبه دوم انتخاب شدند.
واژه های کلیدی: جذب سطحی،کربن فعال، استیک اسید، هم دماهای تعادلی .
مقدمه
یکی از مهم ترین آلاینده ها و ترکیباتی که در نتیجه فعل و انفعالات شیمیایی در صنایع مختلف با آب ترکیب می شود، ترکیبات آلی اسید های کربوکسیلیک می باشد که از طریق پساب های مختلف وارد صنعت می شوند.[1] کربوکسیلیک اسید ها را می توان با روش های مختلفی از جمله تقطیر، استخراج مایع-مایع، جذب سطحی، و فرآیند های غشایی جداسازی کرد. هریک از روش ها به نوبه خود دارای مزایا و معایبی می باشند. اغلب این روش ها مراحل دشوار دارند و به مقدار زیادی آب و حلال های آلی نیازمندند که عموما سمی و سرطان زا هستند. اما در حال حاضر تکنولوژی جذب به صورت گسترده برای حذف آلاینده های آلی و معدنی از فاز آبی استفاده می شود، چرا که علاوه بر مقرون به صرفه بودن، طراحی آسان، کارایی بیشتری دارد.[2-3] در این روش ذرات جذب شونده در سطح منافذ جاذب هایی غیر قابل حل در حلال، جذب سطحی می شوند.
امروزه جاذب هایی نظیر کربن فعال، سیلیکاژل، زئولیت و ضایعات کشاورزی نظیر سبوس برنج، خاک اره و غیره،به دلیل مزایایی مانند در دسترس بودن، ارزانی، قابلیت احیا و استفاده مجدد، جذب سریع و ظرفیتبالای جذب و امکان اصلاح جاذب ها به منظور افزایش ظرفیت جذب، توجه زیادی را به خود جلب کرده است.[4-5] با این پیش زمینه، در پژوهش حاضر، جذب سطحی استیک اسید از محیط آبی با استفاده از کربن فعال مورد بررسی قرار گرفته است. روش انجام آزمایش ها ناپیوسته بوده و اثرات غلظت اولیه اسید، زمان تماس، مقدار جاذب و دمای فرآیند جذب بررسی می شود. در پایان هم مدل های لانگمویر و فروندلیچ، همچنین مدل های سینتیکی شبه مرتبه اول و شبه مرتبه دوم بدست می آیند.
بخش تجربی
در این پژوهش آزمایش های جذب به روش تیتراسیون با سود 0,1 مولار انجام گرفت و از غلظت های 3g/L, 5.3g/L, 7.6g/L, 9.9g/L برای آزمایش ها استفاده شد. همچنین از کربن فعال گرانولی با قطر 1,5 میلی متر نیز استفاده شد.
نتایج و بحث
الف - بررسی اثر زمان تماس
برای بررسی اثر زمان تماس در هر مرحله مقدار 1,8 گرم کربن فعال در 40 میلی لیتر محلول استیک اسید با غلظت 3 گرم بر لیتر اضافه شد و نمونه ها برای زمان های مختلف توسط دستگاه همزن مغناطیسی هم زده شدند. نتایج بدست آمده در شکل 1 نشان می دهد که از زمان 75 دقیقه تا 115 دقیقه تغییری در ظرفیت جذب استیک اسید مشاهده نمی شود. پس زمان کافی برای رسیدن به تعادل را می توان 115 دقیقه در نظر گرفت. در زمان های ابتدایی به دلیل خالی بودن مراکز فعال جذب، نرخ جذب بسیار سریع می باشد اما رفته رفته با کاهش مراکز جذب فعال، کاهش می یابد و در نهایت ثابت می شود.[6-7]
ب - بررسی اثر مقدار جاذب
برای مقادیر مختلف 2,25-0,45 گرم از جاذب و غلظت اولیه 3 گرم بر لیتر درصد حذف، استیک اسید بررسی شد. نتایج به دست آمده در شکل 2 نشان می دهد که با افزایش مقدار جاذب، به دلیل افزایش جایگاه ها و مراکز فعال جذب، میزان جذب استیک اسید افزایش می یابد تا این که رفته رفته از شدت آن کاسته می شوند. اما با افزایش بیش از حد مقدار جاذب، تجمع ذرات سبب تداخل و خالی ماندن جایگاه های فعال شده که سبب ثابت شدن میزان جذب می شود.
ج - بررسی غلظت اولیه استیک اسید
در این پژوهش اثر غلظت های 3، 5,3، 7,6، 9,9 گرم بر لیتر بر میزان جذب استیک اسید مورد بررسی قرار گرفت. نتایج آن در شکل 3 نشان می دهد که به افزایش غلظت اولیه استیک اسید، درصد حذف آن کاهش یافته است زیرا با افزایش غلظت اسید در محلول مکان های جذبی فعال روی سطح جاذب با مقادیر زیاد جذب شونده احاطه می شوند، پس با کاهش دسترسی به این مکان های فعال مواجه می شوند و درصد حذف استیک اسید از محلول به تدریج کاهش می یابد.
د - بررسی اثر دما روی جذب استیک اسید
به منظور بررسی اثر دما روی فرآیند جذب سطحی، دما در محدوده 298، 308، 318 درجه کلوین تغییر داده شده. نتایج این بررسی در شکل 4 نشان می دهد که با افزایش دما، درصد حذف اسید کاهش می یابد که نشانگر گرمازا بودن فرآیند جذب سطحی است.
ه - بررسی همدما ها ی جذب
ه- - 1 همدمای فروندلیچ
مدل همدمای فروندلیچ به بررسی جذب به صورت چند لایه می پردازد و برای توصیف جذب روی سطوح ناهمگن به کار می رود. در این مدل فرض بر این است که سطح جاذب دارای مراکز جذب با میزان تمایلات متفاوت است و در ابتدا مراکز جذب مستحکم تر پر شده و بقیه به ترتیب استحکامشان پر می شوند-[8 .9]که در آن ها Kf ثابت فروندلیچ با واحد - mg/g - - L/mg - n و n ثابت بدون بعد فروندلیچ است.با رسم log - qe - بر حسب log - Ce - خطی راست با شیب 1/n و عرض از مبدا logKf به دست می آید. نتایج به دست آمده در جدول 1 آورده شده است.پارامترهای همدمای فروندلیچ برای جذب سطحی استیک اسید توسط کربن فعال در دمای 298 کلوین
ه- - 2 همدمای تمکین
این همدما یک همدمای دو پارامتری است که برای جذب تک جزئی از آن استفاده می شود. این همدما دارای فاکتوری است که به صورت صریح به برهمکنش میان جاذب و جذب شونده اشاره می کند.در این روابط R ثابت جهانی گازها T, - 8.314 J/molK - دمای مطلق بر حسب کلوین و AT بر حسب - L/g - و bT ثوابت همدمای تمکین می باشند. با رسم qe بر حسب lnCe نموداری خطی به دست می آید.[10]پارامترهای همدمای تمکین برای جذب سطحی استیک اسید توسط کربن فعال در دمای 298 کلوین
