بخشی از مقاله
چکیده
در این مطالعه از بیوچار چوب کاج تهیه شده در دمای 300 و 600 درجه سانتیگراد برای جذب سطحی کروم استفاده گردید. آزمایشات جذب سطحی به صورت تعادلی با میزان جاذب 10 گرم بر لیتر و غلظت کروم از 5 تا 500 میلیگرم بر لیتر انجام گردید. نتایج برازش مدلهای جذب سطحی لانگمویر و فروندلیچ نشان داد که مدل لانگمویر با ضریب همبستگی بیشتر و خطای استاندارد کمتر بهترین توصیف را از دادههای جذب سطحی در مورد هر دو نوع جاذب داشت. بر این اساس، ظرفیت جذب کروم توسط بیوچارهای تهیه شده در دماهای 300 و 600 درجه سانتیگراد به ترتیب 8/83 و 10/73 میلیگرم بر گرم به دست آمد. با افزایش دما ساختار بیوچار تخریب و سطح ویژه آن افزایش مییابد. جذب بهینه کروم بر روی بیوچار خام به دلیل کاهش هزینههای ناشی از فعالسازی بیوچار از لحاظ اقتصادی مقرون به صرفه میباشد.
کلمات کلیدی: بیوچار، کاج، کروم، جذب سطحی
مقدمه
آلودگی آب و خاک توسط فلزات سنگین به دلیل به مخاطره انداختن سلامت موجودات زنده، از جمله معضلات جدی عصر حاضر به شمار میآید. فلزات سنگین به صورت مستقیم یا غیرمستقیم وارد چرخه آب و خاک شده و به دلیل تجزیه-ناپذیری و سمیت در غلظتهای بالا، امنیت آب و خاک و متعاقبا سلامت محیط زیست را مورد تهدید قرار میدهند. کروم از طریق پساب صنایع مختلف مانند دباغی، آبکاری فلزات و عکاسی وارد محیط زیست میشود . - 7 - بر اساس دستورالعمل ارائه شده توسط آژانس حفاظت محیط زیست، غلظت کل کروم در آب آشامیدنی نمیبایست از 100 میکروگرم بر لیتر تجاوز نماید. - 8 - بیوچار جامدی غنی از کربن است که به عنوان یک محصول حدواسط از فرآیند تجزیه گرمایی زیست توده در شرایط بدون اکسیژن تولید میشود.
بیوچار مقاومت بالایی در برابر تجزیه شیمیایی و زیستی دارد و چنانچه به خاک افزوده شود به عنوان یکی از عوامل کاهش تغییرات اقلیمی عمل میکند . - 5 - کاربرد بیوچار به عنوان یک جاذب ارزان قیمت جهت حذففلزات سنگین از آب و خاک آلوده توسط پژوهشگران متعددی گزارش شده است. اغلب این پژوهشها بر روی غیرمتحرک-سازی کاتیونهای فلزی نظیر سرب، مس، نیکل و کادمیوم متمرکز شده است 2 - و . - 3 پژوهشهای معدودی بر روی حذف کروم توسط بیوچار صورت گرفته است. شن و همکاران - 2012 - ، کاربرد بیوچار را جهت حذف کروم شش ظرفیتی از آببررسی و نتیجه گرفتند که بیوچار میتواند کروم را تا 123 میلیگرم بر گرم جذب کند. هدف از انجام این پژوهش، بررسی قابلیت دو نوع بیوچار تولید شده از چوب کاج در دماهای 300 و 600 درجه سانتیگراد در جذب کروم از محیط آبی میباشد.
مواد و روشها
بیوچارهای مورد استفاده در این پژوهش از چوب کاج تهیه گردیدند. پس از جمعآوری مخروطهای کاج، پولکهای آنها جداسازی و مورد شستشو قرار گرفته و به مدت 24 ساعت در آون در دمای 80 درجه سانتیگراد خشک شدند. سپس چوبهای کاج در آسیاب خرد شده و پس از عبور از الک 60 مش به میزان مشخص توزین و درون کوره تحت جریان گاز آرگون تادماهای 300 و 600 درجه با سرعت 10 درجه بر دقیقه گرمادهی شده و به مدت نیم ساعت در دماهای مذکور نگهداری و مورد تجزیه گرمایی قرار گرفتند.آزمایشهای جذب سطحی کروم بر روی بیوچارهای تولیدی به صورت تعادلی صورت پذیرفت.
بدین ترتیب که مقادیر0/1 گرم بیوچار توزین و به لوله سانتریفیوژ منتقل گردید. سپس 10 میلیلیتر محلول کلریدسدیم 0/01 مولار حاوی غلظت-های مختلف کروم 5 - ، 10، 30، 50، 100، 200، 300 و 500 میلیگرم بر لیتر - به آنها افزوده و به مدت 24 ساعت در دمایاتاق بر روی شیکر تکان داده شدند. پس از سانتریفیوژ و عبور از کاغذ صافی محلول زلال رویی جداسازی و غلظت کروم درآن توسط دستگاه جذب اتمی قرائت گردید. میزان کروم جذب سطحی شده از اختلاف غلظت اولیه و تعادلی محاسبه و هم-دماهای جذب سطحی فروندلیچ و لانگمویر با استفاده از نرم افزار GraphPad Prism 6 بر روی دادهها برازش داده شدند.
نتیجهگیری
مدل لانگمویر فرآیند جذب سطحی را با فرض ثابت بودن مکانهای جذبی بر روی سطح جاذب و تک لایهای بودن سطح جاذب توصیف میکند. این مدل سطح جاذب را همگن در نظر گرفته و برهمکنش میان مولکولهای جذب سطحی شده را درنظر نمیگیرد. در حالی که مدل فروندلیچ سطح جاذب را غیرهمگن و فرآیند جذب را چندلایهای در نظر میگیرد. پس ازترسیم غیرخطی معادلات مذکور و برازش آنها با دادههای حاصل از آزمایش، پارامترهای هر معادله استخراج و بهترین معادله برازش یافته از طریق مقایسه ضرایب همبستگی و خطای استاندارد انتخاب شد - شکل . - 1همانگونه که در جدول 1 مشاهده میشود، معادله لانگمویر با دارا بودن ضرایب همبستگی بالاتر و مقادیر خطای استاندارد کمتر، توصیف بهتری از جذب سطحی کروم توسط بیوچارهای مورد استفاده نسبت به معادله فروندلیچ نشان داده است.
این امر را میتوان به توزیع همگن مکانهای جذبی بر روی سطوح بیوچارهای مورد استفاده نسبت داد. طبق معادله لانگمویر، میزان حداکثر جذب سطحی کروم بر روی بیوچارهای تولید شده در دماهای 300 و 600 درجه به ترتیب 8/83 و 10/73 میلیگرم بر گرم میباشد. گزارشهایی مبنی بر جذب سطحی کروم توسط بیوچارهای مختلف ارائه گردیده است. به عنوان مثال، ظرفیت جذب کروم توسط بیوچار حاصل از پوست پسته، مخلوط مواد خام و آلومینا و زئولیت طبیعی به ترتیب 3/53،3/97 و 6/08 میلیگرم بر گرم گزارش گردیده است - دوسی و همکاران، . - 2013 موهان و همکاران - 2011 - ، ظرفیت جذب کروم توسط بیوچار حاصل از پوست بلوط را 4/09 میلیگرم بر کیلوگرم گزارش کردند. بیوچار حاصل از پوست بادام زمینی ظرفیت جذبی معادل و یا نصف - زیر 10 میلیگرم بر گرم - نسبت به بیوچار مغناطیسی شده نشان داد . - 1 -
