مقاله جذب نیترات از آب توسط نانورس بنتونیت

بخشی از مقاله

چکیده

آلودگی آبهای سطحی و زیرزمینی توسط نیترات رو به افزایش است و یافتن راه حلهایی برای حذف آن از آبها و خاک ضروری به نظر میرسد. آزمایشات بهینه سازی جذب برای حذف نیترات از آب بررسی شدند و بعد ایزوترمهای جذب مورد بررسی قرار گرفت. میزان حذف نیترات توسط رس بنتونیت در pH=4، غلظت برابر با 1 گرم در لیتر، دمای 15 درجه سانتیگراد و زمان تعادل 60 دقیقه بیشترین مقدار و به ترتیب برابر با28/7، 24/6، 31/8 و 46/2 درصد بود. معادله ایزوترمی لانگ مویر در مقایسه با فروندلیچ نیز با ضریب تبیین R2 =0/979 بر داده ها برازش بهتری پیدا کرد. بر اساس مدل لانگ مویر ظرفیت جذب 30/8 میلی گرم بر گرم بدست آمد.

مقدمه

در اثر مصرف آب آشامیدنی که دارای نیترات بیش از حد مجاز باشد در سیستم گوارشی نیتروزآمین تولید میشود که عامل سرطان بوده و همچنین احتمال بروز بیماریهایی چون متهموگلوبینا در اطفال و نوزادان را افزایش میدهد. بدلیل اینکه نیترات به عنوان مهمترین شاخص آلودگی آبهای زیرزمینی در نتیجه فعالیتهای کشاورزی شناخته میشود، بررسی غلظت نیترات در آبهای زیرزمینی کم عمق و آبهای سطحی ضروری به نظر میرسد - موسوی و همکاران، . - 1389 در دهه های اخیر برای حذف اینگونه آلودگی ها روش های متفاوتی استفاده میشود که یکی از آنها جذب سطحی است.

جذب یک روش ساده و قابل دسترس میباشد که بسیار مناسب به نظر میرسد. یک جاذب برای حذف همه انواع آلودگی مناسب نیست اما استفاده از جاذب جهت حذف آلودگی نسبت به روشهای دیگر حذف ارجحیت دارد . - Csanady and Straub, 1994 - ذرات نانو دارای اندازه کوچک، واکنش بالا، سطح بزرگ، جداسازی آسان و مکانهای دارای فعالیت برای واکنش با اجزاء مختلف هستند. این ویژگیها با بیشترین سطح و انرژی سطح و ظرفیت فعالیت بالا، باعث افزایش ظرفیت جذب این ذرات میگردد.

- Huang & etal,2006, Deliyanni & etal, 2004 - رس ها را میتوان به عنوان عامل ضد آلودگی به دلیل خواص فیزیکی و شیمیایی آنها محسوب کرد برای مثال سطح ویژه بزرگ، ظرفیت تبادل کاتیونی بالا و میل جذب برای یونهای آلی و غیر آلی. رس بنتونیت عمدتاً از ذرات ریز کریستالی مونت موریلونیت تشکیل شده است که جزئ رسهای معدنی 2:1 است یعنی دارای دو صفحه تتراهدرال و یک صفحه اکتاهدرال مرکزی میباشد. از آنجا که ذخایر عظیم بنتونیت وجود دارد، پتانسیل بسیار زیادی برای استفاده آن در تصفیه خانه فاضلاب وجود دارد - . - Randelovic & etal, 2011 در این تحقیق نیز از نانو رس بنتونیت جهت بررسی حذف آلودگی نیترات از آب استفاده شد. هدف از این پژوهش بررسی پتانسیل رس نانو جهت حذف نیترات از آب تحت شرایط بهینه میباشد.

مواد و روشها

در این تحقیق برای ساختن محلول نیترات از نمک نیترات پتاسیم استفاده شد که از شرکت مرک آلمان خریداری شده بود و جاذب مورد استفاده نانو رس بنتونیت بود که از شرکت سیگما آلدریج خریداری شد. آنالیز نیترات به روش رنگ سنجی  - نیتراور - 5 انجام گردید که با استفاده از دستگاه اسپکتروفتومتر در طول موج 400 نانومتر انجام شد - Jones and Benton,2001 - بعد از انتخاب نانوذرات آزمایشات بهینه سازی جذب که شامل چهار بخش - اثر غلظت، اثر دما، اثر پ هاش و اثر زمان تماس - میباشد انجام گردید.

-1   بررسی اثر زمان تماس بر میزان جذب:

در بررسی اثر زمان تماس 0/025 گرم از هر جاذب وزن شد و از محلول 50 میلی گرم بر لیتر نیتروژن با پهاش اصلی محلول به آن اضافه شد و در بازه زمانی 10 تا180 دقیقه در حالت تعادل در دمای 25 درجه سانتیگراد قرار گرفت و بعد غلظت نیتروژن تعادلی در آن اندازهگیری شد.

-2   بررسی اثر پهاش بر میزان جذب:

پس از تنظیم pH محلول بر روی دامنه ای از پهاش بین 2 تا 8، 0/025 گرم از هر جاذب وزن شد و محلول 50 میلی گرم در لیتر با pH های مشخص به آن اضافه شد و بعد از 180 دقیقه تعادل در دمای 25 درجه سانتیگراد و شیک، غلظت نیتروژن در آن مورد اندازه گیری قرار گرفت.

-3   بررسی اثر غلظت نانوذره بر میزان جذب:

مقادیر مشخصی از نانوذره شامل 1 تا 5 گرم بر لیتر وزن شد و از محلول 50 میلی گرم در لیتر نیتروژن با پهاش اصلی محلول به آن اضافه شد بعد از 180 دقیقه تعادل در دمای 25 درجه سانتیگراد و شیک، غلظت نیتروژن در آن اندازه گیری شد.

-1   بررسی اثر دما بر روی میزان جذب:

مقدار 0/025 گرم از نانوذره وزن شد مقدار مشخصی از محلول 50 میلی گرم در لیتر نیتروژن با پهاش اصلی محلول به آن اضافه شد و به مدت 180 دقیقه در دامنه دمایی 15 تا 40 درجه سانتیگراد در حالت تعادل قرار گرفت و غلظت نیتروژن تعادلی اندازهگیری شد.

-2   بررسی ایزوترم جذب نیترات:

بعد از انجام آزمایشات بهینهسازی جذب، ایزوترم جذب براساس شرایط بهینه انجام گرفت. در این تحقیق برای توصیف دادهها از دو مدل فروندلیچ و لانگمویر استفاده شد که به قرار ذیل است: معادله خطی فروندلیچ:

که در این معادله:

:qe میزان جذبشونده در واحد وزن جاذب - - mg/kg :Ce غلظت تعادلی جذبشونده - mg/L -

:Kf ثابت فروندلیچ که بیانکننده ضریب جذب میباشد.

:n ثابت - بدون بعد - که بیانکننده شدت و درجه برهمکنش بین جاذب و ماده جذب شده میباشد. معادله خطی لانگ مویر:

که پارامترهای این معادله به قرار ذیل هستند:

Ce و :qe همانند معادله فروندلیچ که در بالا ذکر شده هستند. :qmax حداکثر جذب در حالت پوشش یک لایهای . - mg/g -

:KL ثابت لانگمویر که نشاندهنده میزان کمی قدرت پیوندهای مکانهای جذبی است . - Sparks, 2003 - - L/mg -

بحث و نتایج اثر غلظت جاذب و زمان تماس:

در این تحقیق نتایج حاصل از اثر غلظت جاذب و زمان تماس بر اساس شکل - 1 - و شکل - 2 - به دست آمد:

با توجه به شکل بالا با افزایش غلظت جاذب، کارایی جذب نیترات کاهش مییابد بطوریکه با افزایش غلظت جاذب از 1 تا 5 گرم در لیتر کاهش 19/7 درصدی در جذب نیترات روی داد که میتوان دلیل آن را فولکوله شدن ذرات و کاهش سطح ویژه و در نتیجه کاهش جذب بیان کرد، بیشترین راندمان جذب در غلظت 1 گرم بر لیتر به دست آمد که مقدار آن 24/6 درصد بود. در مورد اثر زمان با افزایش زمان تماس تا 60 دقیقه کارایی جذب افزایش مییابد و بعد از آن هر چه زمان تماس افزایش مییابد جذب کاهش مییابد بطوریکه بیشترین راندمان جذب نیترات را در زمان 60 دقیقه داشته و مقدار آن 46/2 درصد به دست آمد.