بخشی از مقاله
چکیده
به منظور بررسی جذب مس توسط کیتوزان، آزمایشات ناپیوسته ایزوترم مس در 12 غلظت 0mg/L - تا - 200 در محلول زمینه نیترات سدیم 0/03 مولار انجام شد. دادههای جذب با معادلات لانگمویر فروندلیچ و تمکین برازش داده شدند. همچنین مدلهای سنتیکی شبه درجه اول، شبه درجه دوم، ایلوویچ و دوثابته برای بررسی داده های جذب بکار برده شدند . نتایج مطالعات ایزوترم و سنتیک جذب مس بوسیله کیتوزان نشان داد ایزوترم لانگمویر و مدل سنتیکی شبه درجه دوم برازش بهتری با دادههای آزمایش دارند - . - R2=0/99 بیشترین میزان جذب مس توسط کیتوزان در زمان 60 دقیقه برابر %83 به دست آمد. همچنین حداکثر جذب - qmax - مس 122 - mg/g - و ضریب تمایل جذب لانگمویر 0/20 - L/mg - - KL - بدست آمد. با در نظر گرفتن نتایج، بیوپلیمرکیتوزان میتواند به عنوان جاذبی موثر برای حذف مس از محلولهای آبی به کار رود.
واژه های کلیدی: کیتوران، مس، جذب، سنتیک
مقدمه
فلزات سنگین به دلیل غیر قابل تجزیه بودن و آثار زیان بار فیزیولوژیک بر جانداران، اهمیتی ویژه در آلودگی زیست بوم دارند. فلزات سنگین مثل کادمیوم، سرب، مس و نیکل از جمله بیش ترین آلودگیهای عمومی هستند که در فاضلابهای صنعتی یافت می شود. این فلزات حتی در غلظتهای کم نیز میتواند برای موجودات زنده که انسان را هم شامل میشودسمی باشد . - Malkoc and Nuhoglo,2005 - مس یکی از عناصر ضروری کم مصرف برای گیاهان و حیوانات است اما مقدار زیاد آن برای تمامی موجودات زنده ایجاد سمیت میکند. فعالیتهای بشری مانند: معدن کاوی، ذوب فلزات، کاربرد لجن فاضلابهای خانگی و صنعتی در زمین های کشاورزی، استفاده از مس به عنوان قارچ کش و آفت کش موجب آلوده شدن آب و خاک به این فلز میشود - Xu et al., . - 2006
طبق قانون آب آشامیدنی سالم حد مجاز مس برای مصرف کننده حدود 1/3 mg/dm3 گزارش شده است - Kosa et . - al., 2011 براین اساس حذف و کاهش مس از فاضلاب خروجی صنایع و آب آشامیدنی آلوده، امری اجتناب ناپذیر است. در طی دهههای اخیر جستجو برای استفاده از جاذبهای ارزان قیمت و در دسترس افزایش یافته است . - Han et al., 2006 - اخیرا تولید بیوپلیمرها به دلیل عدم سمیت محیط، در دسترس بودن و هزینه پایین به عنوان ابزاری برای جذب عناصر سنگین مورد توجه اکثر محققان قرار گرفته است . - Wang et al., 2008 - کیتوسان یکی از بیوپلیمرهای فراوان و ارزان جهان است که دارای ویژگیهای زیادی به عنوان یک جاذب ایده آل برای حذف آلودگیها از آب های آلوده است . - Vakili et al., 2014 -
کیتوسان مشتقی از گلوکان با واحدهای تکرار شونده کیتین است. کیتین پس از سلولز فراوان ترین پلیمرهای موجود در طبیعت به شمار می آید که در پوست حشرات، دیواره سلولی قارچ ها و همچنین پوست سخت پوستان و یا اسکلت موجودات دریایی ازجمله ماهی، میگو، خرچنگ، لابستر، گاماروس یافت می-شود . - Gavhane et al., 2013; Muzzarelli et al., 1994 - کیتوسان پلیمری آب دوست و کاتیونی است که از حذف گروههای استیل کیتین در محیط های بازی به دست می آید . - Jun et al., 2013; Khor, 2001 - کیتوسان به واسطه جذب، تبادل یونی و کیلیت شدن قادر به ترکیب با یونهای فلزی است.
به همین خاطر به طور گسترده برای جذب یونهای فلزات سنگین استفاده شده است . - Krajewska, 2004 - جذب یونهای اورانیم، نیکل، وانادیم، کروم، کادمیوم و مس با کیتوسان مطالعه گردیده است . - Guibal et al., 1994; Kyzas et al., 2009 - این تحقیقات نشان داده اند که کیتوسان میتواند به عنوان جاذب به واسطه وجود گروه های آمین و هیدروکسیل به عنوان مکانهای کی لیت کننده در حذف فلزات سنگین استفاده گردد. هدف این مطالعه بررسی ظرفیت جذب کیتوزان در حذف مس از محلول های آبی، بررسی ایزوترمهای جذب و سنتیک جذب در سیستم ناپیوسته - Batch - میباشد.
مواد و روشها
این تحقیق یک مطالعه آزمایشگاهی است که در سیستم ناپیوسته - Batch - برای حذف مس از محلولهای آبی با استفاده از کیتوزان - %95 - انجام گردید. جهت بررسی زمان تعادل فلز مورد مطالعه، 0/05 گرم از کیتوزان در داخل لولههای سانتریفیوژ 50 میلیلیتری ریخته و به هر یک از لولهها 25 میلیلیتر محلول فلزی با غلظت - mg/L - 100 در محلول زمینه NaNO3 0/03 مولار با pH برابر 6 در زمانهای مختلف 0، 10، 20، 40، 60 ثانیه 2، 5، 10، 20، 40 دقیقه 1، 2، 4، 6، 24 ساعت شیک انجام شد. سپس محلول رویی برای تعیین غلظت مس باقی مانده توسط دستگاه جذب اتمی آنالیز شد.
سنتیک جذب
برای تطابق دادههای تجربی مربوط به جذب فلز، مدلهای سنتیکی متفاوتی از جمله معادلات سنتیکی شبه درجه اول - Lagergren, 1898 - ، شبه درجه دوم - Ho and McKay, 1999 - ، ایلوویچ - Juang and Chen, 1997 - و دوثابته - Ho and - McKay, 2002 گزارش شده است. در این مطالعه مقایسه بین دادههای حاصل از آزمایش زمان تعادل مدلهای مذکور انجام شد - جدول. - 1
اثر غلظت اولیه یون فلز
آزمایش جذب در غلظتهای مختلف مس 0 - ، 10، 20، 40، 60، 80، 100، 120، 140، 160، 180، - mg/L 200 در قدرت یونی 0/03 مولار نیترات سدیم در pH برابر 6 انجام شد. 0/05گرم کیتوزان در داخل 12 لوله سانتریفیوژ 50 میلی-لیتری ریخته و به هر یک از لولهها 25 میلیلیتر از محلولهایی با سری غلظتی تعیین شده در محلول زمینه نیترات سدیم افزوده شد و به مدت 2 ساعت در دمای 25 درجه سانتیگراد شیک شدند. پس از سانتریفیوژ نمونهها در دور 3000 دور در دقیقه به مدت 5 دقیقه محلول رویی با کاغذ صافی جدا شده و غلظت مس در نمونهها با استفاده از دستگاه جذب اتمی - Shimadzu 6300 AA - اندازه گیری شد.
مقدار فلز جذب شده از طریق معادله 1 محاسبه شد و ویژگیهای جذب مس درحضور کیتوزان با استفاده از مدلهای جذب سطحی غیر خطی لانگمویر - - - Langmuir, 1916معادله - 2، فروندلیچ - Freundlich, - 1906 - معادله - 3، تمکین - Tempkin and Pyzhev, 1940 - - معادله - 4 مورد بررسی قرار گرفت.Ce غلظت تعادلی جذب شونده - mg/L - ؛ Ci غلظت اولیه جذب شونده - mg/L - ؛ qe وزن جذب شونده در واحد وزن جذب کننده - mg/g - ؛ KL ضریب لانگمویر و نشانگر قدرت اتصال جذب شونده به ماده جاذب و qmax حداکثر جذب تک لایهای لانگمویر KF . - mg/g - و n ضرایب معادله فروندلیچ که به ترتیب نمایانگر ظرفیت و شدت جذب میباشند، RT/b=B و A ضرایب معادله تمکین میباشند.
نتایج و بحث
اثر زمان تعادل
نتایج حاصل از بررسی زمان تعادل در شکل 1 نشان داده شده است. براساس نتایج، با افزایش زمان تماس میزان جذب مس توسط جاذب کیتوزان افزایش پیدا کرد و زمان لازم برای ایجاد تعادل میان فلز جذب شده روی سطح جامد و کسر باقی مانده در محلول برای فلز مورد مطالعه حدود 60 دقیقه بود. همانطور که در شکل 1 مشاهده میشود، حداکثر جذب مس در زمان 60 دقیقه دیده شد . - 42 mg/g - بعد از این زمان، مقدار یونهای جذب شده بر روی جاذب با افزایش زمان تغییر قابل توجهی پیدا نکرد .
مدلهای سننتیک جذب
پارامترهای سنتیکی جذب مس توسط کیتوزان در جدول 3 نوشته شده است و همچنین منحنی های برازش یافته به مدل های سنتیکی در شکل2 نشان داده شده است. در مقایسه چهار مدل سنتیکی مورد مطالعه، معادله مرتبه دوم ظرفیت جذب مس توسط جاذب مورد مطالعه را در مقایسه با مدلهای سنتیکی مرتبه اول، ایلوویچ و دوثابته بهتر و نزدیکتر به مقدار مشاهده شده در طی آزمایش تخمین میزند و دارای ضرایب تبعین - R2=%99 - بالایی است - شکل - 2 و لذا بهتر توانسته است فرایند جذب مس توسط جاذب کیتوزان را توجیه کند. تبعیت دادههای آزمایشی از مدل شبه درجه دوم نشان دهنده این
