بخشی از مقاله
چکیده
به منظور بررسی جذب عنصر نیکل توسط کانی موسکوویت، در یک مطالعه آزمایشگاهی، آزمایش جذب وابسته به زمان در یک غلظت ثابت فلز سنگین 10 - میلیگرم بر لیتر و در 7 سطح زمانی 0/5 - تا 48 ساعت - انجام شد و به منظور توصیف رفتار عنصر نیکل بر روی کانی، معادلات لانگمویر و فروندلیچ مورد ارزیابی قرار گرفت. نتایج نشان داد در زمانهای اولیه مقدار جذب سریع بوده و سپس با رسیدن به تعادل، جذب با سرعت کمتر ادامه مییابد. براساس مقادیر R2 و SE، همدمای لانگمویر جذب نیکل توسط کانی موسکوویت را بهتر توصیف کرد. این مطالعه نشان داد کانی موسکوویت توانایی خوبی برای جذب عنصر نیکل از محلول های آبی را دارد و با توجه به هزینه کم و فراوانی زیاد آن می تواند به عنوان یک عامل اصلاح کننده به کار رود.
کلمات کلیدی: سینتیک جذب، لانگمویر، فروندلیچ
مقدمه
همگام با رشد روزافزون صنعت و تکنولوژی، ورود آلایندههای زیست محیطی و در صدر آنها فلزات سنگین به خاکها، موجب نگرانی رو به رشد جامعهی جهانی پیرامون خطرات احتمالی آلودگی خاک شده است - 4 - فلزات. سنگین عموماً شامل عناصری با چگالی بزرگتر از 5 گرم بر سانتیمترمکعب - به استثنای آرسنیک، سلنیم و بور - شامل عناصر ضروری بیولوژیکی - مانند روی، کروم، مس، منگنز، نیکل و کبالت - و غیرضروری - مانند جیوه، سرب و کادمیوم - میباشند . - 14 - فلز نیکل که سهم بسزایی در آلودگی آبهای سطحی دارد، در غلظتهای پایین یعنی 0/13 تا 0/2 میلی گرم بر لیتر، باعث بروز مشکلات فراوانی از جملهمشکلات تنفسی، افزایش حساسیتهای پوستی، افزایش بروز ناهنجاری و سقط جنین در انسان و حیوانات میشود . - 7 - عوامل زیادی بر جذب فلزات مؤثر هستند به طوری که به جز نوع و مقدار کلوئیدهای خاک، عوامل کنترل کنندهای نظیر pH، قدرت یونی محلول، غلظت فلز، حضور کاتیونهای فلزی رقابتکننده و وجود لیگاندهای آلی و معدنی در آن نقش دارند . - 5 -
غیرمتحرک کردن عناصر سنگین در خاک میتواند به روشهای مختلفی صورت گیرد به عنوان مثال اضافه کردن مواد شیمیایی سنتزی و طبیعی مانندمواد قلیایی، کانیهای فسفاتی، اکسیدهای آهن و منگنز، آلومینوسیلیکاتها و خاکستر زغالسنگ میتواند مورد استفاده قرار گیرد . - 12 - کیکیلا و همکاران - 9 - گزارش کردند که غیرمتحرک سازی عناصر سنگین در خاکهای آلوده باعث افزایش تنفس، افزایش تجزیه مواد آلی و فعالیت میکروبی میشود. کاربرد جذبکنندههای طبیعی در مقایسه با سایر روشها مانند استفاده از فرایند تبادل یونی و رسوب یک روش سودمند و ارزان برای خارج کردن عناصر سنگین از آبهای زائد است . - 15 - مواد طبیعی به دلیل هزینه کم و فراوانی زیاد آنها و به دلیل دارا بودن گروههای عامل از قبیل هیدروکسیل، کربوکسیل و فنل میل ترکیبی قوی با فلزات سنگین دارند . - 13 -
از جمله مواد طبیعی کانیهای رسی موجود در خاک هستند که به دلیل داشتن سطح ویژه زیاد، پایداری مکانیکی و شیمیایی، ساختمان لایهای و ظرفیت تبادل کاتیونی بالا پتانسیل بالایی برای جذب آلودهکنندههای محیطی مانند عناصر سنگین دارند . - 6 - در سالهای اخیر مطالعات زیادی برای حذف فلزات سنگین از جمله نیکل از محلولهای آبی با روشهای مختلف صورت گرفته است. محمدیگلهزن و شاهمحمدی - 3 - جاذبهای کربن فعال، خاک اره، پوسته فندق و پوسته بادام در حذف نیکل از محیط آبی را با هم مقایسه کردند. نتایج آنها نشان داد سرعت جذب سطحی نیکل به صورت پوسته بادام > خاک اره >پوسته فندق > کربن فعال است. راجی و رحیمی - 2 - حذف یون فلزی نیکل از محلولهای آبی بهوسیله جاذب نانو ساختار MCM-41 و اصلاح شده با نمک کلرید روی را مورد مطالعه قرار دادند.
نتایج پژوهش آنها نشان داد که pH محلولشدیداً بر فرآیند جذب تأثیرگذار است بهطوریکه در محدوده pH اسیدی میزان جذب کم بوده و در محدوده pH بازی میزان جذب افزایش مییابد و در محدوده pH برابر 8-6 بیشترین جذب صورت میگیرد و ظرفیت جذب MCM-41 اصلاح شده با نمک کلرید روی بیشتر از نوع اصلاح نشده است. با وجود اینکه تحقیقات متعددی در مورد جذب فلزات سنگین روی کانیهای سیلیکاتی لایهای و اکسیدها و هیدروکسیدهای آهن، آلومینیوم و منگنز و همچنین برخی از کانیهای مناطق خشک همچون سپیولیت، پالیگورسکیت، کلسیت - 17 - ، زئولیت و بنتونیت - 8 - انجام پذیرفته، اطلاعات چندانی درباره جذب نیکل توسط کانیهای مسکویت وجود ندارد.
مواد و روش ها
جداسازی رس و تعیین نوع کانیهای رسی
نمونهی کانی مسکوویت مورد استفاده در این پژوهش از معادن همدان تهیه شد. نمونهی کانیها به وسیلهی آسیاب سنگشکن پودر و از الک با مش 0/05 - 270 میلیمتر - عبور داده شد.
سینتیک جذب سطحی
آزمایشات جذب وابسته به زمان در یک غلظت ثابت فلز سنگین 10 - میلیگرم بر لیتر - انجام شد. این آزمایش در 7 سطح زمانی 0/5 - تا 48 ساعت - انجام شد. تنظیم pH بر اساس منحنیهای تیتراسیون پیش آزمایشها، با اضافه کردن مقادیر معینی ازاسید نیتریک یا هیدروکسید سدیم 0/03 مولار به سوسپانسیونهای حاوی رس انجام شد. پس از مخلوط شدن در مدت زمان معینبهوسیلهی سانتریفیوژ با سرعت دورانی 4000 دور در دقیقه، بخش شفاف رویی از بخش جامد جدا گردید و غلظت فلز سنگین بهوسیلهی دستگاه طیف سنج اتمی اندازهگیری شد.
همدماهای جذب
به منظور تعیین همدماهای جذب عنصر سنگین، 0/1 گرم از رس موردنظر به ظروف پلی اتیلنی حاوی 10 میلی لیتر فلز سنگین با غلظتهای متفاوت 7 - سطح غلظت - افزوده شد، بهطوریکه غلظت رس در همهی ظروف ثابت و غلظت اولیهی عنصر سنگیندر نمونهها از 1 تا 10 میلی گرم در لیتر متغیر بود. pH سوسپانسیونها بهوسیلهی مقادیر ناچیزی از محلول 0/03 مولار اسید نیتریک بر اساس منحنیهای تیتراسیون پیش آزمایشها، تنظیم شد. بهطوریکه pH نهایی همهی نمونهها به 7 0/1 برسد.سوسپانسیونها به مدت 24 ساعت در دمای آزمایشگاه تکان داده شد و پس از سانتریفیوژ، 5 میلی لیتر از عصارهی تعادلی موجوددر هر ظرف بهوسیلهی پیپتور برداشته و در یخچال نگهداری شد. در این مطالعه هم دماهای فروندلیچ و لانگمویر برای توصیف جذب نیکل بر روی کانی موسکوویت مورد استفاده قرار گرفت.
شکل کلی معادله لانگمویر به صورت زیر است:که در آن qmax حداکثر مقدار ماده جذب سطحی شده - میلیگرم برگرم - ، qe مقدار ماده جذب شده - میلی گرم بر گرم - ، ceغلظت عنصر در حال تعادل - میلی گرم در لیتر - و KL نشان دهنده قدرت پیوند یا تمایل جذب سطحی کننده به تشکیل کمپلکس سطحی بوده بهطوری که هرچه این ثابت بزرگتر باشد تمایل جذب بیشتر است . - 10 - و شکل کلی معادله فروندلیچ به صورت زیراست:که در آن qe مقدار ماده جذب شده - میلیگرم بر گرم - ، ce غلظت عنصر در حال تعادل - میلیگرم در لیتر - و KF و n ضرایب معادله میباشند.
نتایج و بحث
سینتیک جذب سطحی نیکل توسط کانی موسکوویت
