بخشی از مقاله
چکیده
هدف از این مطالعه بررسی سینتیک جذب فسفر توسط پوسته چوبی گردو اصلاح شده - جاذب - در شرایط بهینه میباشد. حداکثر راندمان جذب فسفر - %56 - در pH= 6 با استفاده از غلظت جاذب 4 گرم بر لیتر در زمان 60 دقیقه و دمای 25 درجه سانتیگراد به دست آمد. سینتیک جذب فسفر به خوبی توسط مدل شبه مرتبه دوم توصیف شد . - R2=1 - مقدار qe و k به ترتیب 10/87 میلیگرم بر گرم و -0/016 گرم بر میلیگرم دقیقه بهدست آمد. با توجه به هزینه پایین، در دسترس بودن و قابلیت جذب بالا، پوسته چوبی گردو اصلاح شده میتواند برای جذب فسفر از محلولهای آبی استفاده شود.
مقدمه
فسفر نسبت به دو درشت مغذی نیتروژن و پتاسیم، به رشد گیاهان، رشد بدن انسان و بقای زندگی آبزیان بیشتر کمک میکند . - Yadave et al., 2015 - فسفر به عنوان یک ماده مغذی غیرقابل تعویض برای رشد گیاهان است، زیرا اجازه انتقال انرژی در داخل سلول گیاهی را میدهد. فسفر در سطح مناسب، برای تحریک رشد و ایجاد تغییرات در بلوغ گیاه ضروری است . - Yadave et al., 2015 - فسفر به عنوان یک جزء در کود NPK - نیتروژن، فسفر و پتاسیم - حضور دارد.
ذخایر فسفر در خاک اساساً به دو شکل فسفات معدنی و فسفات آلی وجود دارند . - Havlin et al., 2005 - بیش از حد بودن فسفر در آب باعث تحریک رشد جلبک و دیگر پوششهای گیاهی که اکسیژن زیادی را مصرف میکنند، میشود و در نتیجه مقدار اکسیژن کافی برای زندگی آبزیان باقی نمیماند و منجر به بروز پدیده اتروفیکاسیون میشود که خطری جدی برای ساکنان آب و به طور گستردهتر کل اکوسیستم در آینده است .
- Nguyen et al., 2012 - فسفر کیفیت آب و زندگی آبزیان را تحت تأثیر قرار میدهد و همچنین هزینههای تصفیه آب را افزایش میدهد . - Yadave et al., 2015 - حد مجاز فسفر برای جلوگیری از رشد جلبکها 0/05 میلیگرم بر لیتر است - Benyoucef and Armani, 2011b - و در مقادیر بیشتر از این حد، پدیده اتروفیکاسیون اتفاق میافتد، چندین مطالعه گزارش کردند که حتی کیفیت آب زیرزمینی نیز کاهش مییابد . - Kumar et al., 2011 - آبشویی فسفر از طریق خاک به آبهای زیرزمینی، کیفیت آب آشامیدنی را تحت تأثیر قرار میدهد و منجر به خطرات جدی برای سلامتی انسان و حیوانات میشود . - Ravidra and Garg, 2015 - آسیب دیدن کلیه و پوکی استخوان به دلیل مصرف غلظت بالایی از فسفر گزارش شده است .
- Oliveria et al., 2012 - تخلیه مداوم فسفر به اکوسیستمهای آبی رشد مواد سمی را در آب تحریک میکند - Zhang et . - al., 2011 بدین علت حذف فسفر برای کنترل پدیده اتروفیکاسیون و توسعه فنآوریهای مقرون به صرفه برای داشتن آب با کیفیت مطلوب، ضروری است. مطالعات مختلف نشان میدهد که از پسماندهای کشاورزی گوناگونی مانند ساقه موز - Anirudhan - et al., 2006، ضایعات پرتقال - Biswas et al., 2007 - ، بقایای گندم - Xu et al., 2009 - ، باگاس نیشکر - Carvalho et al., 2011 - ، ضایعات درخت خرما - Ismail et al., 2012 - ، الیاف پوسته نارگیل - de Lima et al., 2012 - و خاکستر پوسته برنج - Mor et al., - 2016 برای جذب فسفر از محلولهای آبی استفاده شده است.
Yadave et at - 2015 - گزارش کردند که حداکثر راندمان جذب فسفات - % 95/85 - برای بقایای میوه فعال در pH= 6، غلظت جاذب 3 گرم بر لیتر و زمان تماس 3 ساعت به دست آمد. در مطالعهای که توسط Xu et al - 2009 - روی جذب فسفات توسط بقایای گندم اصلاح شده انجام شد، حداکثر جذب فسفات %92/5 به دست آمد که در غلظت جاذب 2 گرم بر لیتر و زمان تماس 5 - 15 دقیقه اتفاق افتاد. Zhang et al - 2012 - حداکثر راندمان جذب فسفات توسط باگاس نیشکر اصلاح شده را 21/30 میلیگرم بر گرم گزارش کردند.
Mor et al - 2016 - سینتیک جذب فسفات توسط خاکستر پوسته برنج را در زمانهای 60 تا 210 دقیقه بررسی کردند و معادله شبه مرتبه دوم با بالاترین میزان R2 بهترین توصیف را از دادههای جذب داشت. در طی مطالعهای Xu et al - 2009 - سینتیک جذب فسفات با استفاده از بقایای گندم اصلاح شده را مورد بررسی قرار دادند و دادههای جذب به مدل سینتیکی شبه مرتبه دوم برازش یافتند. هدف از این مطالعه، بررسی امکان استفاده از پوسته چوبی گردو اصلاح شده به عنوان جاذب برای جذب فسفر از محلولهای آبی، به دست آوردن حداکثر جذب فسفر در شرایط بهینه مانند pH، زمان تماس و غلظت جاذب، و بررسی سینتیک جذب فسفر میباشد.
مواد و روشها
پوسته چوبی گردو جمع آوری شده، ابتدا با آب مقطر شسته شد و در دمای 60 درجه سانتیگراد خشک شد، سپس آسیاب شد و از الک 0/25 میلیمتر عبور داده شد. به منظور آماده سازی جاذب، پوسته چوبی گردو توسط روش Cao et al - 2011 - اصلاح شد. درنتیجه اصلاح، سطح جاذب دارای بار مثبت شد. این روش را میتوان برای بقایای کشاورزی که شامل سلولز، همی سلولز و لیگنین هستند، استفاده نمود.
به منظور مطالعه شرایط بهینه مؤثر در جذب فسفر توسط پوسته چوبی گردو اصلاح شده - جاذب - ، غلظت بهینه جاذب، pH بهینه، و زمان تماس بهینه به دست آمدند. سینتیک جذب فسفر توسط پوسته چوبی گردو اصلاح شده و pHZPC نیز مورد بررسی قرار گرفتند. به منظور تعیین غلظت بهینه جاذب، از غلظت اولیه 100 میلیگرم بر لیتر فسفر استفاده شد. جذب فسفر با استفاده از غلظت جاذب 1 تا 8 گرم بر لیتر در دمای 25 درجه سانتیگراد، زمان 24 ساعت و سرعت همزدن 200 دور در دقیقه انجام شد.
برای به دست آوردن pH بهینه، مقدار جذب فسفر با استفاده از غلظت بهینه جاذب به دست آمده و غلظت اولیه 100 میلیگرم بر لیتر فسفر، در pH بین 4 تا 8، در دمای 25 درجه سانتیگراد، زمان 24 ساعت و سرعت همزدن 200 دور در دقیقه، مورد مطالعه قرار گرفت. اندازهگیری pHzpc با استفاده از 50 میلی لیتر محلول سدیم کلرید 0/01 مولار انجام شد - Feizi and Jalali, . - 2015 مطالعات جذب فسفر به عنوان تابعی از زمان جذب 5 -1440 - دقیقه - در pH بهینه و غلظت بهینه جاذب به دست آمده و با استفاده از غلظت اولیه 100 میلیگرم بر لیتر فسفر در دمای 25 درجه سانتیگراد مورد بررسی قرار گرفت. غلظت فسفر نمونهها با استفاده از دستگاه اسپکتروفتومتر در طول موج 820 نانومتر اندازهگیری شد . - Murphy and Riley, 1962 - به منظور توصیف نتایج به دست آمده از مطالعات سینتیک جذب فسفر، از مدلهای شبه مرتبه اول - Lagergren, 1898 - و شبه مرتبه دوم - Ho et al., 2000 - استفاده شد.
نتایج و بحث
نتایج حاصل از بررسی غلظت بهینه جاذب نشان داد که حداکثر راندمان جذب فسفر با استفاده از پوسته چوبی گردو اصلاح شده با استفاده از غلظت جاذب 4 گرم بر لیتر به دست آمد - شکل . - 1 از این رو، افزایش در مقدار جاذب، جذب فسفر به دست آمده از تعادل را افزایش نمیدهد. آزمایشات بعدی در غلظت بهینه جاذب 4 گرم بر لیتر، برای جذب فسفر انجام شدند. در مطالعهای که توسط Yadave et al - 2015 - روی پوسته برنج و بقایای میوه انجام شد، غلظت بهینه جاذب 5 گرم بر لیتر به دست آمد. در همین مطالعه غلظت بهینه جاذب برای پوسته برنج فعال و بقایای میوه فعال، 3 گرم بر لیتر به دست آمد.
pH محلول آبی یک پارامتر مهم در روند جذب است . همانطور که در شکل 2 نشان داده شده است ویژگیهای جذب جاذب به pH وابسته است. pH بهینه برای جذب فسفر توسط پوسته چوبی گردو اصلاح شده 5 به دست آمد و حداکثر راندمان جذب فسفر %53/5 بود. pH بالا منجر به انتقال بارهای منفی به سطح و در نتیجه دفع یونهای فسفر با بار منفی میشود. به عبارت دیگر، کاهش جذب فسفر برای pH قلیایی را نیز میتوان به رقابت بین یونهای هیدروکسیل و آنیونهای فسفر برای مکانهای جذب، نسبت داد. Biswas et al - 2007 - حداکثر جذب فسفر با استفاده از ضایعات پرتقال را در pH بین 5 تا 7 گزارش نمودند. اثرpH را میتوان با استفاده از pHZPC نیز توضیح داد.
در pH>pHzpc بار سطح منفی است، در حالیکه در pH<pHzpc بار سطح مثبت است. pHzpc برای پوسته چوبی گردو اصلاح شده 6 به دست آمد - شکل . - 3 در pH کمتر از 6 سطح پوسته چوبی گردو اصلاح شده دارای بار مثبت است و این به نفع جذب یونهای فسفر روی سطح پوسته چوبی گردو اصلاح شده که دارای بار مثبت هستند، میباشد. جذب آنیونها در pH کمتر از pHzpc اتفاق میافتد در حالیکه جذب کاتیونها در pH بیشتر از pHzpcاتفاق میافتد. این نشان میدهد که جذب فسفر در pH کمتر از مقدار pHzpc مربوطه اتفاق خواهد افتاد - Kumar et . - al.,2010 این نتیجه با نتایج دیگر مطالعات جذب فسفر با استفاده از جاذبهای زیستی مطابقت دارد. - Anirudhan et al - 2006، pHzpc برای ساقه موز اصلاح شده را 7/8 و pH بهینه را 6 گزارش نمودند.
جذب فسفر در سطح پوسته چوبی گردو اصلاح شده در زمانهای تماس مختلف بررسی شد و نتایج در شکل 4 ارائه شده است. حداکثر جذب فسفر - % 56 - در زمان 60 دقیقه به دست آمد و از زمان 120 دقیقه به بعد میزان جذب تقریبا ثابت است و جذب به تعادل رسیده است. Xu et al - 2009 - اثر زمان روی جذب فسفر توسط بقایای گندم اصلاح شده را بررسی نمودند و گزارش کردند که، در آغاز فرآیند 0 - 5 - دقیقه - یک روند صعودی با شیب تند برای جذب فسفر وجود داشت، سپس افزایش کمی در جذب فسفر در زمان بین 5 تا 15 دقیقه مشاهده شد و پس از آن جذب به تعادل رسید.
