بخشی از مقاله
چکیده:
پیشرفت ها و توسعه جوامع انسانی همزمان با افزایش نیاز انسان به صنایع مختلف، باعث آلودگی محیط زیست و مخصوصا محیط های آبی شده است. گروهی از این آلاینده ها رنگهای آلی می باشند. جذب سطحی یکی از فرایندهای مهم در حذف رنگ از پساب ها می باشد. در این تحقیق توانایی جذب سطحی رنگ پرکاربرد قرمز اسیدی88از محیط آبی توسط پسماند دانه کنجد طلایی ایرانی پس از روغن گیری، در شرایط مختلف اعم از تغییر در مقادیر pH اولیه محلول جرم اولیه جاذب غلظت اولیه محلول رنگ و مدت زمان تماس جاذب و رنگ در دمای آزمایشگاه مورد مطالعه قرار گرفته است. نتایج حاصل نشان می دهد که با افزایش جرم جاذب و کاهش غلظت اولیه رنگ، مقدار بازده جذب افزایش می یابد. همچنین مشاهده گردید که در pH های نسبتا اسیدی راندمان جذب افزایش می یابد. افزایش زمان تماس جاذب و رنگ نیز سبب افزایش بازده جذب می گردد .در نهایت نتیجه ی کلی این آزمایش نشان دهنده ی حذف رنگ قرمز اسیدی 88 از محلول آبی توسط پسماند دانه کنجد طلایی ایرانی با بازده بالای 90 درصد می باشد.
واژه های کلیدی: جذب سطحی، قرمز اسیدی 88، پسماند کنجد طلایی ایرانی، تصفیه پساب،حذف رنگ
مقدمه
آلودگی آب یکی از مهمتری مشکلات زیست محیطی است که زندگی بشر و موجودات زنده دیگر را تهدید می کند. آلاینده های مختلف از طرق متفاوت و بویژه از طریق ضایعات و پساب های صنایع، همه روزه به پیکره آبهای سطحی و زیر زمینی وارد می شوند.از بارزترین مصادیق آلودگی آبها، آلودگی به مواد رنگی است که از مهمترین رنگها رنگهای آلی می باشند که مصرف گسترده ای در صنایع مختلف از جمله صنایع نساجی چرم کاغذ داروسازی آرایشی بهداشتی پلاستیک و ... دارند. حدود صد هزارعدد از رنگهای آلی سنتزی بصورت تجاری دردسترس هستند که سالانه متجاوز از یک میلیون تن از آنها تولید و به نقاط مختلف دنیا ارسال میگردند .[1] وجود رنگ در آب باعث کاهش نفوذ نور خورشید به داخل آن می شود که باعث کاهش میزان فتوسنتز و ایجاد مشکلات فراوان برای رشد موجودات آبزی میگردد.
همچنین رنگهای آلی بعد از ورود به محیط آبی با یونهای فلزی موجود در آن تشکیل ترکیبات شلاته می دهند که برای ماهیان و آبزیان بسیار خطرناک می باشند .[2] رنگهای آلی اغلب جهش زا و مقاوم به تجزیه بیولوژیکی و تجزیه نوری می باشند و میتوانند تحت شرایط بی هوازی تخریب شده و تبدیل به آمین های آروماتیک سرطانزا گردند3]و.[4 ورود این رنگها به بدن باعث بروز علائمی مانندشدید، تهوع، آسیب به کلیه ، اسهال حاد، حساسیت و حتی از دست دادن مغز استخوان میگردد.[5] تحقیقات نشان داده است که %12 از رنگ مصرفی در صنایع نساجی به شکل پساب وارد فاضلاب کارخانه می گردد که %20 آن حتی بعد از تصفیه به طبیعت وارد می شود .[6]
به دلیل اثرات بیماری زایی پسابهای آلوده به رنگ، حذف آنها از محیط آبی یکی از ضروریات داشتن محیط زیستی سالم بشمار می رود. البته روشهای مختلفی برای حذف رنگهای آلی از محیط آبی وجود دارد که استفاده از نانو کاتالیزورهای نوری فتوفنتون اوزوناسیون صاف کردن جذب با کربن فعال و تصفیه بیولوژیکی از روشهای معمول تصفیه این نوع پسابها می باشند .[7] در سال های اخیر استفاده از جاذبهای ترکیب شده با مواد مغناطیسی، کاربرد گسترده ای یافته است که سرعت جذب رنگ آلی را افزایش داده و به آسانی قابل جداسازی از محیط آبی می باشد .[5] البته برخی از روشهای مذکور، کارایی کمی دارند و یا از نظر اقتصادی مقرون به صرفه نیستند. جذب سطحی فرایندی است که در اثر نامتعادل بودن نیروهای سطحی در سطح مواد جاذب اتفاق می افتد .این فرایند توسط نیروهای فیزیکی مانند نیروی واندروالسی و همچنین پیوند های شیمیایی بوجود می آید.
پسماند های گیاهی بدلیل فراوانی، ارزان و در دسترس بودن می توانند برای جذب سطحی رنگ از محیط های آبی در مقیاس صنعتی مورد استفاده قرار گیرند. در این پژوهش توانایی پسماند دانه کنجد برای حذف رنگ قرمز اسیدی 88 از محیط آبی مورد بررسی قرار گرفت. کنجد گیاهی است علفی که بصورت گسترده در مناطق استوایی و مدیترانه ای به دلیل دانه خوراکی آن کشت میگردد. هرساله در جهان میلیونها تن دانه کنجد به دلیل خواص غذایی و دارویی آن تولید می شود. سرانه تولید کنجد در ایران دو برابر تولید جهانی و معادل 1100کیلوگرم بر هکتار می باشد .[8] به دلایل مذکور استفاده از پسماند دانه کنجد طلایی به دلیل فراوانی و ارزان بودن و توان بالای جذب رنگ قرمز اسیدی 88 ، یک پیشنهاد مناسب برای حذ ف این رنگ از محیط های آبی می باشد.
بخش تجربی
پسماند دانه کنجد طلایی ایرانی از مراکز روغن گیری در سطح شهر تبریز جمع آوری شد و پس از سه مرتبه جوشاندن در آب و یک مرحله اسید شویی، در آون در دمای 60 درجه سانتی گراد بمدت 48 ساعت خشک گردید و سپس کاملا سابیده شده و برای انجام آزمایشات با ترازوی حساس توزین گردید. رنگقرمز اسیدی، C20H13N2NaO 4S, molar mass 400.38 g/molبا ساختارمولکولی ارائه شده در شکل.1 تهیه گردید و طول موج جذب بیشینه ی آن با دستگاه اسپکتروفتومتر،برابر 507 nm تعیین شد. مقدار mL250 محلول مادر 1000 mg/L تهیه گردید و محلولهای بعدی با رقیق سازی و طبق رابطه ی هم ارزی از این محلول ساخته شد.
آزمایش ها دردمای آزمایشگاه با دواستوانه مدرج به حجم
400 mL که تا خط 300 ml با محلول رنگ پرگردید و مقدار معینی از جاذب به مجموعه اضافه گردید، انجام شد. از دو همزن مغناطیسی با دور 600 rpm جهت هم زدن محلول حاوی جاذب استفاده شد. نمونه برداری با فاصله زمانی معین و بعد از ته نشین شدن ذرات جاذب، از هر دو استوانه انجام گرفت و سپس با استفاده از سانتریفوژ، Shimifan.CE.148 محلول رنگ کاملا از ذرات معلق جاذب جدا شده و با معدل گیری از نتیجه طیف جذبی، بازده جذب نمونه در زمانهای مختلف محاسبه گردید. pH محلولها بااستفاده ازمحلولهای سدیم هیدروکسید و کلریدریک
اسید 0,1 mol/l با pH متر، pH meter Metrohm, Switzerlandتنظیم شد.
نتایج و بحث
این پژوهش در دمای آزمایشگاه اثر تغییرات 4 پارامتر غلظت اولیه رنگ، جرم جاذب، مدت زمان آزمایش و pH محلول را در بازده جذب بطور جداگانه مورد بررسی قرار می دهد.
تاثیر pH اولیه
تحقیقات زیادی تاثیر pH اولیه را بر جذب سطحی تائید کرده است. در این تحقیق محلولهای رنگی با غلظت اولیه 50 mg/l در pH های 2,5، 4,5، 6,5، 8,5 و 10,5 تهیه گردید و جرم برابری از جاذب معادل با 1,5 گرم در محلولها وارد شد و با مطالعه طیف جذبی در زمانهای معین، همانگونه که در شکل.2 نشان داده شده است، در pH های اسیدی بازده جذب افزایش یافته و در 4,5 pH بیشترین بازده جذب مشاهده گردید.
تاثیر جرم اولیه جاذب
برای بررسی تاثیر تغییر جرم اولیه جاذب مقادیر متفاوتی از جاذب را در غلظت برابر از محلول رنگ معادل با 50 mg/lدر 5 استوانه مجزا در pH برابر و معادل با 6,6 تهیه و مطابق بخش تجربی نمونه برداری انجام شد. نتایج نشان دهنده ی آن است که افزایش مقدار جاذب باعث افزایش بازده جذب می گردد که در شکل.3 ارائه گردیده است.
تاثیر غلظت اولیه رنگ
برای کنترل تاثیر این پارامتر مقدار 1,5 گرم از جاذب در pH 6,6 در پنج استوانه مدرج و بصورت مجزا و حاوی غلظت های مختلف از محلول رنگ وارد و در فاصله زمانی معین، نمونه برداری انجام شد و بازده حذف رنگ محاسبه گردید. شکل.4 بیانگر تاثیر غلظت رنگ در بازده حذف آن توسط جاذب می باشد. نتایج حاصل نشان می دهد که با کاهش غلظت رنگ بازده جذب آن توسط جاذب افزایش میابد.
تاثیر مدت زمان آزمایش
برای بررسی تاثیر زمان در بازده جذب، پارامرهای جرم اولیه جاذب، 1,5 گرم و pH محلول 6,6 در نمودار.4 و غلظت
