بخشی از مقاله
خلاصه
یکی از انواع مهم آلودگی های محیط زیست وآب که سمی و پایدارند فلزات سنگین هستند . هیدروژل ها پلیمر های آبدوستی هستند که قابلیت جذب آب و محلول های آبی را دارند . هیدروژل سدیم آلژینات به دلیل قابلیت جذب آب در حدود چندین برابر وزن خود و همچنین ظرفیت جذب بالای فلزات برای حذف یون مس در محلول های آبی به کار گرفته شد . در این پژوهش ساختار جاذب سنتز شده توسط طیف FTIR شناسایی گردید. اثر پارامتر غلظت اولیه مس در مقادیر مختلف 500 ppm - و - 100 300 در سیستم پیوسته مورد بررسی قرار گرفته شد. نتایج نشان داد که با افزایش غلظت از100ppm به 500ppm میزان حداکثر ظرفیت جذب از 17/49 mg/g به 43/81 mg/g افزایش یافته است. همچنین با افزایش غلظت زمان خستگی ستون - زمان تعادل - از 260min به 190min کاهش یافته است . مطالعه ترمودینامیکی بر روی داده های آزمایشگاهی انجام شد و نتایج نشان داد که داده های آزمایشگاهی با مدل ایزوترم لانگمیر به خوبی تطبیق داده شده است . - R2 = 0/991 -
کلمات کلیدی : سدیم آلژینات هیدروژل یون مس جذب سطحی ایزوترم های جذب
.1 مقدمه
بسیاری از صنایع مقادیر زیادی از فلزات سنگین را وارد فاضلاب ها می کنند. این فلزات سنگین می تواند در اندام های موجودات زنده انباشته شود با توجه به رشد سریع این صنایع تصفیه فاضلاب ها مورد توجه قرار گرفته است. با توجه به مطالعات سم شناسی بسیاری از فلزات سنگین سمی و سرطان زا هستند. یون های مس به طور عمده از صنایعی نظیر آفت کشی، آبکاری، دباغ خانه،علف کش ها و ساخت کاغذ به پساب ها وارد میشوند . برای حذف فلزات سنگین از فاضلاب ها تکنولوژی های مختلف همانند رسوب مواد شیمیایی تبادل یونی جذب سطحی فیلتراسیون غشایی انعقاد یا لخته سازی استفاده شده است .[1-3]
روش جذب دارای مزایایی همچون انعطاف پذیری در طراحی و بهره برداری تولید پساپ بهتر برای استفاده مجدد بدون آلاینده دیگری مناسب است. بنابراین بسیاری از مواد همچون خاک رس زئولیت پوست درخت خاک اره کیتوزان و غیره برای حذف فلزات سنگین مورد بررسی قرار گرفته می شوند 4]ب.× در ستون بستر ثابت جاذب به طور مداوم در تماس با مقدار معینی از محلول تازه است. ستون بستر ثابت به طور گسترده در فرآیند های کنترل آلودگی مانند حذف یون ها به وسیله ی تبادل یونی ویا حذف ترکیبات سمی آلی به وسیله ی جذب سطحی مورد استفاده قرار می گیرد ب5 ب. هیدروژل ها شبکه های پلیمری سه بعدی هستند که کاربردهای زیادی همچون سنسورها تفکیک غشا جاذب مواد پزشکی و داروسازی به عنوان سیستم دارورسانی در حل برخی مسائل بیولوژیکی و محیط زیست و همچنین در فن آوری های مدرن دارند ب6ب. پلیمرها با ساختار شبکه ای خود توانایی جذب و نگه داری مقادیر زیادی از محلول های آبی را دارند و حتی تحت فشار نیز از هم پاشیده نمی شوند ب7ب.
در سال 2016 توسط Nishil Mohammed و همکارانش رفتار جذب متیلن بلو به وسیله ی دانه های هیدروژل سلولزی نانو بلور آلژینات در ستون بستر ثابت مورد بررسی قرار گرفته شد.پارامتر های غلظت اولیه طول بستر دبی مورد مطالعه قرار گرفتند. نتایج نشان داد که حداکثر ظرفیت جذب ستون 255,5 میلی گرم بر گرم است. داده های آزمایشگاهی با مدل ایزوترم لانگمیر به خوبی تطبیق داده شده است Yongfeng Zhu .[8] و همکارانش در سال 2015 هیدروژلی بر پایه کیتوزان ساختند که از آن به عنوان جاذب در جذب سطحی La - III - و Ce - III - از محلول های آبی بکار گرفتند. نتایج نشان داد که حداکثر ظرفیت جذب برای La - III - و Ce - III - به ترتیب 333/33 و 243/9 میلی گرم بر گرم است. همچنین برای هیدروژل پس از 5 مرحله احیا باز هم توانایی جذب خوبی برای La - III - و Ce - III - نشان داده شد .[9]
در سال Ting Lu 2015 و همکارانش بر روی دانه های سدیم آلژینات مطالعه کردند. آن ها مشاهده کردند که داده های بدست آمده با ایزوترم فرندلیچ به خوبی تطبیق داده شده اند Suhong Chen .[10] و همکارانش در سال 2012 از ساقه ذرت به عنوان جاذب برای جذب Cr - VI - از محلول های آبی استفاده کردند. اثر پارامتر های طول بستر دبی غلظت و pH در نظر گرفتند. مشاهده شد که با افزایش طول بستر و کاهش دبی و غلظت زمان خستگی - تعادل - ستون افزایش می یابد. نتایج بدست آمده نشان داد که داده های آزمایشگاهی با مدل های سنتیکی توماس و یون نلسون به خوبی تطبیق داده شده است .[11]در این پژوهش به مطالعه آزمایشگاهی حذف یون مس از محلولهای آبی با استفاده از جاذب هیدروژل پلیمری سنتز شده از زئولیت بر پایه سدیم آلژینات پرداخته شده است .
.2 مواد و روش ها
مواد و دستگاههای مورد استفاده در این تحقیق به شرح زیر هستند :
سدیم آلژینات محصول شرکت Sigma-Aldrich، هیدروکسی آپاتیت محصول شرکت Sigma-Aldrich، زئولیت ، سولفات مس 5 آبه، آمونیاک، نمک کلسیم کلراید سایر مواد ساخت شرکت Merck بودند، دستگاه جذب UV، ساخت شرکت JINWAY، مدل7115 Specterophotometr، دستگاه آلتراسونیک ساخت شرکت BANDELIN آلمان مدل DK203H، هیتر مگنت مدلRH b2 ساخت شرکت IKA آلمان.در این تحقیق ابتدا سنتز جاذب و سپس آزمایشهای جذب به منظور بررسی اثر پارامترهای مقدار جاذب دبی غلظت محلول مس انجام شدند. جذب با هیدروژل سنتزی سدیم آلژینات و زئولیت انجام شد.
.1-2 سنتز هیدروژل پلیمری سدیم آلژینات/زئولیت
برای ساخت هیدروژل ابتدا 0/8 گرم هیدروکسی آپاتیت را به همراه 200 میلی لیتر آب دیونیزه درون یک بالن ریخته و در دستگاه آلتراسنیک به مدت 15 دقیقه قرار داده شد. بعد هیدروکسی آپاتیت به همراه 6 گرم سدیم آلژینات به کمک دستگاه همزن مکانیکی مخلوط شدندتا زمانی که مخلوط همگن شد .پس از مخلوط شدن 1 گرم زئولیت را کم کم اضافه شد. پس از آن ژل آماده تزریق کردن در نمک است. ژل سنتز شده با سرنگ در محلول نمک کلسیم کلراید 0/1 مولار تزریق شد و گرانولهای سدیم آلژینات برای مدت دو ساعت به منظور دستیابی به شکل پایدار خود، در محلول آب نمک قرار داده شد . بعد از 2 ساعت گرانول ها با آب دیونیزه شسته شد. دانه های ژل شسته شده را درون ظرفی قرار داده شد تا در هوای محیط خشک شود . شکل 1 مربوط به مراحل سنتز هیدروژل است . همانطور که مشاهده می شود شکل - الف - مربوط به ژل تهیه شده شکل - ب - مربوط به تزریق گرانول ها در آب و نمک و شکل - ج - مربوط به گرانول هایی که در هوای محیط خشک شدند .
.2-2 محلول سازی
برای بدست آوردن غلظت های مورد نیاز مس از نمک سولفات مس 5 آبه استفاده شد. برای انجام آزمایش جذب محلول های 300 ppm 100 ppm و 500 ppm مس تهیه شدند. ابتدا 1000میلی لیتر محلول 500 ppm مس تهیه کرده و آن محلول به محلول های رقیق تر تبدیل شده است.
.3-2 شرح آزمایش
در این تحقیق برای بررسی میزان جذب مس توسط هیدروژل در ستون بستر ثابت و تاثیر پارامتر غلظت اولیه در میزان جذب آزمایش هایی انجام داده شد. برای بررسی اثر غلظت اولیه مس در میزان جذب آزمایش جذب در غلظت های 300ppm 100ppm و 500ppm مس انجام شد. ابتدا از محلول 500ppm مس درون مخزن ریخته و شیر مخزن را طوری تنظیم کرده که 5 میلی لیتر در 50 ثانیه از شیر خارج شود. ستون پیوسته 24,5 سانتی متر ارتفاع و 1/5 سانتی متر قطر داشته است. مقداری سرامیک درون ستون انداخته وسپس 4 گرم از جاذب درون ستون ریخته شد. 4 میلی لیتر نمونه در زمان های مختلف از خروجی ستون گرفته و 1 میلی لیتر معرف آمونیاک به آن زده و به کمک دستگاه جذب UV میزان جذب اندازه گیری شد. در جدول 1 شرایط آزمایش ها آورده شده است .
