بخشی از مقاله
چکیده
آلودگی آبهای سطحی و زیرزمینی توسط نیترات رو به افزایش است و یافتن راه حل هایی برای حذف آن از آبها و خاک ضروری به نظر میرسد. در این تحقیق برای حذف نیترات از محلولهای آبی از دو نانو ذره ZnO و Al - OH - 3 با متوسط اندازه کریستالی به ترتیب: 31/4 و 42/2 نانو متر استفاده گردید. اثرات زمان تعادل، پ هاش، غلظت جاذب و دما بر روی حذف نیترات از آب بررسی شدند و بعد ایزوترمهای جذب را که برحسب موارد بهینه به دست آمده بود مورد بررسی قرار گرفت. میزان حذف نیترات در نانوذره ZnO در PH=2، در غلظت برابر با 4 گرم در لیترجاذب، دمای 25 درجه سانتیگراد و در زمان تعادل 50 دقیقه بیشترین مقدار و به ترتیب برابر با 43/95، 29/85، 33/25 و 49/3 درصد بود.
همچنین برای نانوذره Al - OH - 3 در PH=2، غلظت برابر با 5 گرم در لیترجاذب، دمای 15 درجه سانتیگراد و در زمان تعادل 60 دقیقه بیشترین مقدار و به ترتیب برابر با 36/45، 30/65، 30/65و 51/95 درصد به دست آمد. ایزوترمهای جذب بر اساس این موارد بهینه انجام شد همچنین معادله ایزوترمی لانگ مویر در مقایسه با فروندلیچ نیز با ضریب تبیین R2 =0/953 برای ZnO و R 2 =0/966 برای Al - OH - 3 بر داده ها برازش بهتری پیدا کردند. بر اساس مدل لانگ مویر برای دو نانو ذره: ZnO و Al - OH - 3 ظرفیت جذب به ترتیب : 76/9 و 71/4 میلی گرم بر گرم بدست آمد.
واژه های کلیدی: حذف، نیترات، نانوذره، اکسید روی، هیدروکسید آلومینیوم.
مقدمه
آب یکی از عناصر اصلی برای فعالیتهای حیاتی است. متأسفانه کیفیت منابع آب به دلیل رشد جمعیت، صنعت، تمدن، فعالیتهای کشاورزی و دیگر تغییرات زمینشناسی و محیطی در حال بدتر شدن است .[1] بنابراین آلودگی آب یک موضوع جدی مؤثر بر تمامی فعالیتهاست. آب شامل ده ها آلودگی آلی، غیرآلی - معدنی - و زیستی است. بعضی از این آلودگیها اثرات سوء و سمی دارند و برای انسانها و شرایط آبی و اکوسیستم زمین بسیار خطرناکند.آلودگی آبهای سطحی و زیرزمینی به نیترات یکی از مشکلات محیطی در بسیاری از مناطق دنیا از جمله ایران است. نیترات از طریق تجزیه و فساد پسماندههای انسانی و حیوانی، تولیدات صنعتی و روانآب حاصل از کشاورزی وارد آبهای سطحی و زیرزمینی میشود. از مهمترین منابع آلودگی نیترات استفاده از کودهای ازته است
که در کشاورزی و برای حاصلخیزی زمین استفاده میشود.
این کودها در اثر تجزیهشدن و انحلال در آبهای بارانکشاورزی در زمین جاری شده ونهایتاً به عمق زمین فرو میروند بنابراین میتواند آبهای سطحی و زیرزمینی را تحت تأثیر قرار دهد .[2] به دلیل آلودگی آب و بیماریهای ناشی از آن در انسان نیاز به حذف این آلودگیهاست که در دهه اخیر روشهای متفاوتی استفاده میشود که یکی از آنها جذب سطحی است 3]، 4، 5، .[6 جذب یک روش ساده و قابل دسترس میباشد که بسیار مناسب به نظر میرسد. به علاوه جذب جهت حذف آلودگی در محلولها و غیرمحلولهای آلی و معدنی و زیستی به کار میرود. جاذب همچنین میتواند در کلیه آبهای آلوده صنعتی و خانگی بکار رود. یک جاذب برای حذف کلیه انواع آلودگی مناسب نیست اما استفاده از جاذب جهت حذف آلودگی از تمامی روشهای دیگر حذف برتر است 7]، .[8
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. از نانوذراتی که در تصفیه آب به کار میرود میتوان به: آلومینیوم، اکسید مس، آهن، اکسیدآهن و هیدروکسیدآهن، سیلیسیم، سولفید روی، اکسید روی اشاره کرد 9] و .[10 تکنولوژی جذب بوسیله ذرات نانو میتواند آلودگی غیرآلی را از آب پاک کند که در این میان اکسید فلزات بخصوص اکسید آهن، آلومینیوم تیتانیوم مؤثر میباشند 9]، .[10 در این تحقیق نیز از دو نانوذره ZnO و Al - OH - 3 جهت بررسی حذف آلودگی نیترات از آب استفاده شد.
مواد و روشها
در این تحقیق برای ساختن محلول نیترات از نمک نیترات پتاسیم که از شرکت مرک آلمان خریداری شده بود استفاده گردید و جاذبها که دو نانوذره اکسیدروی و هیدروکسی آلومینیوم بودند که هر دو از شرکت DAEJUNG CHEMICALS & METALS خریداری شدند. آنالیز نیترات به روش رنگ سنجی - نیتراور - 5 و با استفاده از دستگاه اسپکتروفتومتر در طول موج 400 نانومتر انجام شد.بعد از انتخاب نانوذرات آزمایشات بهینه سازی که شامل چهار بخش - اثر غلظت، اثر دما، اثر پ هاش و اثر زمان - 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 زمانهای 10 تا180 دقیقه در حالت تعادل در دمای 25 درجه سانتیگراد قرار گرفت و بعد غلظت نیتروژن تعادلی در آن اندازهگیری شد و زمان تماس بهینه مشخص گردید.
-2 بررسی اثر PH 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 - 2، 3، 4، 5، 6، 7 و - 8 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 و PH بهینه مشخص گردید.
-3 بررسی اثر غلظت نانوذره بر میزان جذب:
مقادیر مشخصی از نانوذرات شامل 1 تا 5 گرم بر لیتر وزن شد و از محلول 50 میلی گرم در لیتر نیتروژن با پ-هاش اصلی محلول به آن اضافه شد بعد از 180 دقیقه تعادل در دمای 25 درجه سانتیگراد و شیک، غلظت نیتروژن در آن مورد آنالیز قرار گرفت و مقدار بهینه جاذب مشخص شد.
-4 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 - 15، 20، 25، 30، 35، - 40 در حالت تعادل قرار گرفت و غلظت نیتروژن تعادلی اندازهگیری شد.
-5 بررسی ایزوترم جذب نیترات:
بعد از انجام آزمایشات بهینهسازی جذب براساس غلظت جاذب بهینه، PH بهینه، دما و زمان بهینه، مقدار 4 گرم در لیتر از ZnO و 5 گرم در لیتر از جاذب Al - OH - 3 وزن شد مقدار مشخصی از محلول با غلظتهای مشخص 0 تا 50 میلی گرم در لیتر با پهاش 2 به آن اضافه شد و در دمای 25 درجه سانتیگراد برای ZnO و 15 درجه سانتیگراد برای Al - OH - 3 و زمان تعادل 50 دقیقه برای ZnO و 60 دقیقه برای Al - OH - 3 قرار گرفت و بعد غلظت نیتروژن تعادلی اندازهگیری و مقدار جذب محاسبه شد.در این تحقیق برای توصیف دادهها از دو مدل فروندلیچ و لانگمویر استفاده شد که به قرار زیل است: معادله خطی فروندلیچ به قرار زیر است:
