بخشی از مقاله
چکیده
در این تحقیق با استفاده از طراحی آزمایش تاگوچی و نرم افزار Qualitek4 جذب یون کروم و مس در پساب سنتزی با استفاده از کیتوزان انجام شد. برای شناسایی جاذب از تصاویر میکروسکوپ الکترونی استفاده گردید. کلیه آزمایش ها در یک سیستم ناپیوسته و محلول حاوی دو یون فلزی انجام شد. تاثیر پنج پارامتر شامل pH، زمان تماس، غلظت اولیه، دما و دوز جاذب در سطوح مختلف بررسی شد در این رابطه از روش طراحی آزمایش تاگوچی مدل "OA-16" استفاده گردید. طبق نتایج این تحقیق، حداکثر ظرفیت جذب کروم و مس به ترتیب 95/8و 98/95، در شرایط زمان واکنش 90 و 60 دقیقه، pH برابر 3 و 6، دوز جاذب 0/16 g، غلظت 20ppm و دما 25درجه سانتیگراد برآورد شد. روش فرآیند جذب سطحی با استفاده از کیتوزان می تواند به عنوان گزینه ای مناسب به هنگام طراحی و انتخاب روش حذف کروم جهت دستیابی به استاندارد های زیست محیطی مد نظر قرار گیرد.
کلمات کلیدی: کیتوسان، تاگوچی، کروم، مس، جذب سطحی
-1مقدمه
مطالعات زیادی در زمینه حذف کروم و مس از پساب سنتزی به روش فرآیند جذب سطحی با استفاده از کیتوزان صورت گرفته است که همگی نشانگر بازدهی بالای این روش هستند. از طرفی مطالعات نشان می دهد که روش مورد بحث بازدهی بالایی در حذف سایر فلزات سنگین دارد. لیلا صفی خانی و همکارانش - 2014 - به بررسی اثر پارامترهای مختلف در جذب فلزات سنگین توسط کیتوزان پرداختند. آزمایش های جذب در سیستم ناپیوسته انجام شد. اثر pH اولیه محلول در محدوده 3 تا 7 مورد بررسی قرار گرفت. درصد حذف یون های فلزی با افزایش pH، افزایش می یابد. جذب یون های فلزی به مقدار زیادی به پروتونه شدن یا غیر پروتونه شدن گروه های آمین موجود در ذرات کیتوزان وابسته است.
با افزایش زمان تماس میزان جذب و درصد جذب افزایشیافت. در غلظت های پایین بسیاری از مکان های فعال جاذب، اشباع نشده که منجر به کاهش ظرفیت جذب می شود، اما در غلظت های بالا، مکان های جذب توسط تعداد بیشتری از یون های فلزی احاطه شده و در نتیجه ظرفیت جذب افزایش می یابد. بیشترین مقدار جذب بر روی جاذب همواره تابعی از سطح ویژه و یا سطح خارجی جاذب است. مقدار جذب یون فلزی به مقدار قابل توجهی به توزیع اندازه ذرات جاذب بستگی دارد و با کاهش اندازه ذرات میزان جذب افزایش می یابد، بنابراین می توان گفت سطح ویژه موثر در فرآیند جذب بر روی کیتوزان سطح خارجی جاذب است. با ازدیاد سطح خارجی مقاومت نفوذی برای جذب یون ها به درون جاذب کاهش می یابد .[1]
ساناز بهنام و همکارانش - 2014 - به بررسی توانایی کیتوزان در جذب یون های فلزی مس و کروم از محلول های آبی پرداختند. جاذب مورد استفاده در این تحقیق ازشرکت بیولوگ آلمان خریداری شد. کیتوزان میگویی آسیاب شده از مش با اندازه کمتر از 0/5 میلیمتر عبور داده و در آزمایشات استفاده شد. اثر pH بر جذب برای مقادیر بیشتر از 3 بررسی شد زیرا کیتوزان در محلول های فلزی با pHهای پایین تر حل می شود و در pH بالاتر از 5/5 یون فلزی به صورت هیدروکسید رسوب می کند. جذب کیتوزان برای فلز مس وابستگی زیادی به pH دارد. در pH پایین، رقابت بین H3O+ و یون های مس ظرفیت جذب را کاهش می دهد. با افزایش pH بار منفی سطح کیتوزان افزایش یافته و پیوند یون های مثبت مس به سطح کیتوزان را آسان تر می کند. pH بهینه برای جذب مس برابر 5/5 به دست آمد .[2]
در این تحقیق با استفاده از نرم افزار Qualitek4 به روش تاگوچی شرایط آزمایش برای رسیدن به بازده ماکزیمم با درنظر گرفتن پنج پارامتر اصلی pH، زمان تماس، دما، غلظت آلاینده و دوز جاذب که پارامترها دارای 4 سطح و 2 سطح می باشند، بررسی شده است. از مزایای طراحی آزمایش جذب، انجام حداقل آزمایش به منظور بررسی و تعیین اثرات پارامترهای مختلف به طور همزمان بر میزان جذب است که نه تنها منجر به صرفه جویی در وقت و هزینه می شود، بلکه می توان به کمک آن به طور آماری، اثرات متقابل چندین پارامتر را ارزیابی نمود . [4-3] در این مطالعه ابتدا طرح آزمایش های جذب با استفاده از روش تاگوچی طراحی شد. طرح تاگوچی در این نوع آزمایش ها بر مبنای آرایه های اورتوگونال توسعه یافته اند. هدف از انجام این تحقیق، بدست آوردن شرایط بهینه برای جذب کروم و مس به روش طراحی آزمایش تاگوچی بوده است.
-2روش تحقیق
کیتوزان تجاری تهیه شده از شرکت سیگما آلدریچ که دارای خصوصیات ویسکوزیته 600 سانتی پویز - محلول % 1 در اسید استیک 1 % - ، وزن مولکولی متوسط، با درجه دی استیله شدن % 85 و محدوده اندازه ذرات 1-10 ʽm است. برای تهیه محلول ها، از محلول استوک با غلظت 1000 ppm با خلوص % 99/9 - شرکت مرک - استفاده شده است. pH اولیه محلول ها با محلول سود و اسیدسولفوریک به ترتیب 1 نرمال و 4 مولار تنظیم گردید. پارامترها و سطوح انتخاب شده عوامل مختلف بر فرآیند جذب کروم و مس در جدول - 1 - آمده است. در کلیه آزمایش ها آب دوبار تقطیر مورد استفاده قرار گرفت.
علت استفاده از آب مقطر برای ساخت محلول کروم و مس بررسی حذف این فلزها بدون تداخل سایر مواد بود که در برخی تحقیقات دیگر نیز از این روش استفاده شده است .[8-5] همچنین حجم پساب مورد استفاده در کلیه آزمایش ها 50 میلی لیتر در نظر گرفته شد. با استفاده از طراحی انجام شده، اثر ترکیبی هر پنج متغییر به طور همزمان بر ظرفیت جذب تعادلی - Qe - و درصد جذب هر فلز - R% - که در این طراحی به عنوان پاسخ از آن ها یاد خواهد شد، مورد بررسی و مدل سازی قرار گرفت.
جدول 2 مراحل آزمایش های بررسی عوامل مؤثر در جذب کروم و مس را نشان می دهد. به منظور بررسی پارامترهای مختلف بر میزان و ظرفیت جذب، آزمایشات مطابق شرایط جدول 2 انجام شد. پس از به تعادل رسیدن فرآیند جذب، غلظت آلاینده ها در محلول صاف شده اندازه گیری و پارامترها ظرفیت جذب تعادلی و درصد جذب طبق روابط - 1 - و - 2 - محاسبه شد .[10-9] تنظیم دما با استفاده شیکر حرارتی و دماسنج انجام گرفت. لازم به ذکر است دور همزن در تمام آزمایشات ثابت و برابر با 100 دور بر دقیقه - rpm - در نظر گرفته شده است. برای اندازه گیری کروم و مس از دستگاه جذب اتمیک AA240 به همراه مولد تولید هیدرید - VGA 77 - ساخت شرکت Varian استرالیا استفاده شد.
