بخشی از مقاله
چکیده
در این تحقیق قابلیت رنگبري رنگزاهاي بازیک آبی - BB41 - 41 و بازیک قرمز - BR18 - 18 از پساب با استفاده از نانوذرات مغناطیس فریت کبالت مورد مطالعه قرار گرفت. از اسپکتروفوتومتر فرابنفش-مرئی براي براي بررسی حذف رنگزا استفاده شد. تاثیر متغیرهاي موثر بر فرآیند رنگبري مانند مقدار جاذب و غلظت اولیه رنگزا بررسی شد. رنگبري محلولهاي رنگی با استفاده از نانوذرات به صورت کامل انجام شد. نتایج نشان داد ایزوترم جذب سطحی رنگزاها روي نانوذرات مغناطیس فریت کبالت از ایزوترم لانگمویر تبعیت می کند. همچنین سینتیک جذب از سینتیک مرتبه دوم تبعیت می کنند.
کلمات کلیدي: جذب سطحی رنگزا، نانوذره فریت کبالت، جاذب، پساب.
-1 مقدمه
جذب سطحی شامل تجمع مولکولهاي حل شده یک ماده در یک حلال بر روي سطح ذره جامد می باشد. به طور کلی جذب سطحی یک فرآیند انتقال جرم است و به عنوان تراکم مواد در هنگام تماس دو فاز تعریف میگردد. مواد شیمیایی موجود در فاز مایع که ترجیحا روي سطح جامد غیر اشباع تجمع پیدا کردند سبب میشود که مواد شیمیایی از فاز مایع خارج شود. موادي که ترکیبات شیمیایی روي آن جذب گردد به جاذب و ترکیباتی که جذب میشوند - مانند مواد آلاینده - به مواد جذب شونده معروف هستند. در طول فرآیند جذب سطحی، مولکولهاي حل شونده از محلول خارج شده و توسط جاذب، جذب میشوند.
بخش زیادي از مولکولها روي سطح تخلخلهاي جاذب، جذب شده و به مقدار نسبتاً کمتري روي سطح بیرونی ذره، جذب میشوند. انتقال جذب شونده از محلول بر روي جاذب تا زمانی ادامه پیدا میکند که غلظت حل شونده باقیمانده در محلول با غلظت حل شونده جذب شده توسط جاذب در حال تعادل باشد. زمانی که تعادل برقرار گردد انتقال جذب شونده متوقف می شود. ماهیت واکنش جذب سطحی را می توان با ظرفیت جذب سطحی - جرم جزء جذب شده به ازاي واحد جرم جاذب - با غلظت تعادلی جزء حل شده باقیمانده در محلول، بیان نمود. توزیع تعادل جسم حل شونده بین فاز جامد و مایع خاصیت مهمی از سیستم جذب است و به تعریف ظرفیت یک سیستم ویژه کمک میکند.
خاصیت مهم دیگر براي مهندسان، سینتیک سیستم است که سرعت برقراري تعادل را شرح میدهد. سرعت جذب سطحی، زمان ماند مورد نیاز براي تصفیه و بنابراین اندازه سیستمهاي تماسی جاذب را تعیین میکند .[5-1] نانوذرات مغناطیس خواص منحصر به فردي دارند که سبب کاربرد روز افزون آنها در محیط زیست، میکروالکترونیک، بیوتکنولوژي و سایر زمینه ها می شود. از مزایاي آنها میتوان به مساحت سطح بزرگ، گروه فعال زیاد و خواص مغناطیسی نام برد. این خواص منجر به بازدهی بالا، سرعت بالاي جذب آلایندهها و آسان بودن جداسازي توسط میدان مغناطیسی نام برد .[5-1] مرور مقالات نشان داد که نانوذرات مغناطیس فریت کبالت به عنوان جاذب براي رنگبري رنگزاهاي بازیک استفاده نشده است. رنگزاهاي بازیک آبی 41 و
بازیک قرمز 18 به این دلیل در این تحقیق استفاده شدند که هم از رنگزاهاي پرمصرف در ایران هستند و هم داراي بار مثبت می باشند که براي جذب سطحی روي نانوذرات داراي با منفی مناسب هستند. در این تحقیق، رنگبري با استفاده از نانوذرات مغناطیس فریت کبالت انجام و تاثیر عوامل موثر بر بازده مانند مقدار جاذب و غلظت رنگزا بررسی خواهد گردید. همچنین ایزوترم و سینتیک رنگبري مطالعه خواهد شد.
-2 بخش تجربی
-1-2 مواد
رنگزاي بازیک آبی - BB41 - 41 و بازیک قرمز - BR18 - 18 از شرکت سیبا تهیه شد و با گرید تجاري و بدون خالصسازي مورد استفاده قرار گرفت. ساختار شیمیایی رنگزاها در شکل - 1 - ارائه شده است. سایر مواد شیمیایی از شرکت مرك آلمان خریداري شدند.
-2-2 روش کار
در ابتدا هر کدام از عوامل موثر در جذب سطحی به تنهایی مورد بررسی قرار گرفت و کارایی جاذب براي رنگزاهاي مورد مطالعه تعیین شدهاند، سپس با تغییر یک عامل و ثابت نگه داشتن بقیه عوامل، مقدار بهینه آن مشخص شد. در طی آزمایشات جذب در فواصل زمانی مشخص از پساب نمونه برداري، سانتریفیوژ و غلظت رنگزا در پساب توسط اسپکتروفوتومتر UV-Vis تعیین گردید. میزان جذب محلول قبل و پس از افزودن جاذب و گذشت زمان مورد نیاز براي رسیدن به تعادل با در نظر گرفتن کلیه شرایط، اندازهگیري و بازده حذف مواد رنگزا محاسبه شد.
براي تعیین مقدار بهینه مقدار جاذب بر بازده رنگبري، اندازه گیریهاي جذب با مخلوط کردن مقادیر متفاوتی از جاذب در بشرهاي محتوي 250 mL از پساب حاوي 20 mg/L رنگزا با سرعت همزن 200 rpm در جارتست FC6S- VELP انجام گرفت. براي بررسی تاثیر مقدار غلظت رنگزا بر بازده رنگبري، اندازه گیریهاي جذب با مخلوط کردن جاذب در بشرهاي حاوي 250 mL از پساب با مقادیر متفاوتی از رنگزا 10 - ، 20، 30 و 40 mg/L رنگزا - با سرعت همزن 200 rpm انجام گرفت. بازده حذف رنگزا - % - R از فرمول زیر محاسبه شد :C0 - میزان غلظت رنگزاي موجود در زمان صفر - غلظت اولیه - و : Ct غلظت رنگزاي موجود در هر لحظه - .
-3 نتایج تجربی و بحث
در فرآیند جذب سطحی رنگزاها با جاذب فریت کبالت، مقدار جاذب و غلظت رنگزا به عنوان عوامل تاثیر گذار در فرآیند مطالعه شدند.
-1-3 تاثیر مقدار جاذب
مقدار جاذب، عاملی مهم و ویژه است زیرا مقدار رنگزاي حذف شده را تعیین می کند. افزایش مقدار جاذب سبب افزایش محلهاي جذب قابل دسترس می شود لذا مقدار جذب افزایش می یابد ولی مقدار ماده جذب شده به ازاي واحد جرم جاذب کاهش خواهد یافت. سطح ویژه می تواند به صورت قسمتی از سطح جاذب که در عمل جذب سطحی قابل دسترس باشد تعریف شود. از آنجایی که جذب سطحی یک پدیده مربوط به سطح می باشد، بنابراین مقدار آن به مساحت سطح جاذب وابسته است. در جاذبهاي متخلخل مساحت سطح بیشتر است بنابراین مقدار جذب سطحی به ازاي واحد وزنی بیشتر است 7]،.[6 تأثیر مقادیر مختلف جاذب در رنگبري رنگزاهاي کاتیونی مورد مطالعه قرار گرفت. نمودار درصد رنگزاي حذف شده در مقابل زمان در مقادیر متفاوت جاذب در شکل - 2 - نشان داده شده است. نتایج بیانگر این است که مقدار قابل توجهی از رنگزاها توسط جاذب حذف شد. افزایش در جذب با افزایش مقدار جاذب به دلیل افزایش سطح جاذب و میزان دسترسی بیشتر به مکانهاي جذب می باشد.
-2-3 تاثیر غلظت رنگزا
تاثیر غلظت اولیه رنگزا بر بازده فرآیند رنگبري مطالعه گردید - شکل . - 3 نتایج نشان می دهند که با افزایش غلظت رنگزا مقدار درصد حذف کاهش می یابد. اگر مقدار جاذب بدون تغییر باقی بماند مقدار رنگزاي جذب شده روي جاذب با افزایش غلظت اولیه رنگزاي موجود در محلول افزایش مییابد. در یک مقدار مشخص از جاذب، با افزایش غلظت محلول، مقدار ماده جذب شده افزایش و درصد جذب کاهش می یابد. به بیان دیگر، غلظت باقیمانده مولکولهاي رنگزا در غلظتهاي اولیه بالاتر، بیشتر است. در غلظتهاي پایین تر، نسبت تعداد اولیه مولهاي رنگزا به مکانهاي در دسترس جذب کم است در نتیجه مقداري از جذب، مستقل از غلظت اولیه خواهد بود 9]،.[8 در غلظتهاي بالاتر، تعداد مکانهاي در دسترس جذب کمتر و در نتیجه میزان حذف رنگزا به غلظت اولیه بستگی دارد
