بخشی از مقاله
چکیده
آلودگیهای ناشی از آرسنیک موجود در محیط زیست - آبهای زیر زمینی، آبهای سطحی، پسابهای شیمیایی، و گیاهان و خاک - یکی از تهدیدات بسیار جدی برای سلامتی جانداران بشمار میرود. روشهای متعددی برای حذف این آلاینده به کار میرود که جذب سطحی، یکی از تکنیکهای ساده و موثر در تصفیه آب و فاضلاب میباشد. بنابراین توسعه جاذبهای جدید، دوستار محیط زیست و ارزان قیمت برای حذف و کاهش غلظت فلزات سنگین در پسابهای صنعتی یکی از چالش-های مهم در زمینه شیمی تجزیه میباشد. در این کار تحقیقاتی امکان استفاده از پوستهی تخم مرغ دوپه شده با نانو ورقهای اکسید گرافن به عنوان جاذب برای حذف نمونهی آرسنیک در پسابهای صنعتی مورد بررسی قرار گرفته است. ساختار پلیمری و متخلخل پوستهی تخم مرغی، در حضور نانو ورقهای گرافن اکسید، بستری مناسب برای جذب و در نهایت حذف آرسنیک در پسابهای شیمیایی و نمونههای آبی میباشد.
برای افزایش اندرکنش اکسید گرافن و پوستهی تخم مرغ از امواج اولتراسونیک استفاده شده است. هم چنین شرایط متعدد از جمله مقدار جاذب، دما، مدت زمان تماس نمونه با جاذب، pH نمونه، غلظت اولیهی نمونه مورد بررسی قرار گرفته و شرایط بهینه به منظور حذف حداکثر آرسنیک انتخاب شد. نتایج مربوط به مقادیر حذف با استفاده از تکنیک ولتامتری برهنهسازی - Stripping Voltamm etry - مورد ارزیابی قرار گرفت و ظرفیت جاذب در شرایط بهینه 26.6 mg.g-1 بدست آمد. در نهایت و با استفاده از نتیجههای جذب بدست آمده روی بستر مورد مطالعه، 2 مدل فروندلیچ و لانگمیور مورد تحلیل قرار گرفت و مشاهده شد که، مقادیر جذب در مدل لانگمیور نسبت به فروندلیچ، بهتر صدق میکند.
کلمات کلیدی: پوستهی تخم مرغ، نانو ورقهای اکسید گرافن ، کادمیم، جذب سطحی
.1 مقدمه
وجود فلزات سنگین سمی در آبهای سطحی و زیر زمینی موجب به خطرافتادن سلامتی موجودات زنده شدهاست.آرسنیک یکی از فلزات سنگین است که سطح سمیت بالایی دارد. این عنصر به سه فرم فلزی، سه ظرفیتی و پنج ظرفیتی وجود دارد. میزان سمیت هر یک از فرمهای آرسنیک به سرعت دفع آن از بدن و درجه تجمع در بافتهای سلولی بستگی دارد. میزان سمیت آرسنیک آلی کمتر بوده در مقابل آرسنیک غیر آلی تمایل بیشتری به برقراری پیوند با پروتئینهای حاوی گروه SH دارد و بههمین جهت سمیتراست .[1]آرسنیک ممکن است بوسیله تجزیه رسوبات و سنگهای معدنی - که آرسنیک غیرآلی دارند - وارد دریاچهها، رودخانهها و آبهای زیرزمینی طبیعی گردد.آرسنیک از طرق دیگری نیز، همچون تخلیه مستقیم فاضلابهای صنعتی، تهنشینی ذرات ارسنیک موجود در گردوغبار هوا و باران یا برف وارد آبها میشود.
این ذرات آرسنیک شاید بوسیله احتراق سوختهای فسیلی - بویژه زغال سنگ - محصولات فلزی - برای مثال طلا و فلزات اصلی معدنی را میتوان را نام برد - ، مصارف کشاورزی - مانند آفتکشها و افزودنیهای خوراکی - یا خاکستر زبالهسوزها و فاضلابها، وارد هوا شوند. روشهای متعددی برای حذف آرسنیک از فاضلابها و محیطهای آبی مورد بررسی قرار گرفته است .[2] روش-های غشایی مانند اسمز معکوس، الکترو دیالیز، اولترافیلتراسیون بهعلت قیمت بالا، فرایندهای پیچیده و بازده پایین، برای حذف آرسنیک مناسب نیستند.[3] جذب سطحی یکی از روشهای کارآمد در حذف فلزات سنگین از فاضلابها و محیطهای آبی است که درآن از جاذبهای متعدد نظیر کربن فعال، الیاف خرما، خاک اره، سبوس جو، پوسته برنج وکیتوزان استفاده می-گردد.[7-4]
با توجه به هزینه بالای تهیه کربن فعال و مشکلات مرتبط با احیاء جاذبهای اشباعشده، در سالهای اخیر کاربرد جاذبهای ارزان قیمت توسعه یافتهاست. پوسته تخممرغ از جمله این مواد ارزان است که متشکل از کلسیم هیدروکسی آپاتیت بوده وبهدلیل ساختار حفرهای میتواند بهعنوان یک جاذب مناسب جهت حذف آلایندههای زیست محیطی مورداستفاده قرار گیرد. ساختار این ماده دارای 4 درصد ترکیبات آلی، 94 درصدکربنات کلسیم و 2درصد باقی مانده شامل فسفات کلسیم و کربنات منیزیم می باشد.[10-8] همچنین کاربرد پوسته تخممرغ را بهعنوان جاذب جهت حذف مس، سرب، نیکل و کادمیوم از محلولهای آبی گزارش کردهاند.[7] در مطالعهانجام شده توسط زهنگ و همکارانش از کربنات هیدروکسی آپاتیت سنتز شده از پوسته تخممرغ بهعنوان جاذب فلزات برای حذف کادمیوم و مس 2 ظرفیتی از محلولهای آبی استفاده شد. نتایج مطالعه نشان داد که این ترکیب به ترتیب دارای راندمان حذف 94 و93,17 درصد برای کادمیوم و مس می باشد.[11] در مطالعه حاضر، دوپه کردن نانو ورق های گرافن اکسید در ساختار پوسته تخم مرغی با روش اولتراسونیک و قرار دادن پوسته ی تخم مرغ در محلول گرافن اکسید، بهمنظور افزایش جذب سطحی انجام گرفته شدهاست.
.2 روش انجام کار
این مطالعه یک پژوهش کاربردی است که به صورت تجربی و در مقیاس آزمایشگاهی انجام گرفته است. در این تحقیق از پوسته تخم مرغ دوپه شده با نانو ورق های گرافن اکسید به عنوان جاذب طبیعی استفاده گردید. برای آمادهسازی جاذب ابتدا پوسته تخم مرغ با آب مقطر - دوبا ر تقطیر - شسته شد و سپس به مدت 2 ساعت در محلول گرافن اکسید در شرایط اولتراسوند قرار گرفت .سپس در دمای آزمایشگاه خشک گردید. جهت خرد کردن پوسته های تخم مرغ از آسیاب برقی با تناوبهای زمانی 15 ثانیه وجهت دانه بندی اجزاء خرد شده از الکهای استاندارد استفاده شد.[13] مطالعه به صورت منقطع - ارلنهای حاوی 100 میلیلیتر نمونه - بر روی نمونههای آماده شده حاوی غلظتهای60-40-20-10 میلیگرم بر لیتر آرسنیک انجام شد. در این مطالعه تأثیر جرم جاذب،اسیدیته محیط، دما و زمان واکنش در راندمان حذف نمونه بررسی گردید. جداسازی ذرات جاذب از محلول فاضلاب سنتتیک با استفاده از سانتریفوژ با سرعت 3200 دور در دقیقه و زمان 10 دقیقه انجام شد. در این تحقیق سنجش مقدار حذف شده با استفاده از روش برهنه سازی ولتامتری با استفاده از منحنی استاندارد تهیهشده با غلظتهای 2و4و6و8و10و12و14و16و18و20 میلیگرم بر لیتر با دستگاه AUTOLAB PGSTAT-100 - potentiostat/galvanostat - انجام پذیرفت - شکل. - 1 با توجه به معادله بهترین خط برازش بهدست آمده و ضریب همبستگی مناسب - R2=0.96 - در سایر مراحل تحقیق، برای تعیین غلظت های مجهول نمونه در فاضلاب مصنوعی از این رابطه استفاده گردید. تمامی نمونه های مورد استفاده شده از آرسنیک بااستفاده از نمونه شرکت مرک آلمان و در آب مقطر تهیهشده است.
.3 بحث و نتایج
در مطالعات جذب تعیین دوز مناسب جاذب یکیاز مهمترین مسائلی است که باید مورد توجه قرار گیرد. میزان حذف آرسنیک بر اثر تماس با جاذب بهعنوان تابعی از جرم جاذب در شکل 2 ارائه شدهاست. دراین مرحله غلظت اولیه نمونه آرسنیک 20 میلیگرم برلیتر، جرم جاذب 1 تا 7 گرم،اسیدیته محیط 3، حجم محلول 100 میلیلیتر و مدت زمان تماس 10 دقیقه میباشد. مطابق شکل 2 با افزایش جرم جاذب حذف آرسنیک افزایش یافت، بهطوریکه برای جرمهای جاذب 5 گرم، میزان حذف 81,6 درصد میباشد و باافزایش مقدار جاذب به 7گرم میزان حذف تقریبا ثابت میماند و بنابراین مقدار 5 گرم بهعنوان مقدار بهینه جاذب انتخاب میشود.این پدیده با افزایش سطح قابل دسترس برای جذب آلاینده مرتبط میباشد. با توجه به اینکه تعیین زمان مناسب تعادل آزمایش جذب یا اشباع جاذب یک پارامتر مهم در طراحی ستون های جذب میباشد، در این مطالعه جهت تعیین تاثیر این عامل در حذف آرسنیک از غلظتهای 60-40-20-10 میلی گرم در لیتر نمونه و جرم جاذب 5 گرم استفاده شد. جهت تعیین زمان مناسب تماس نمونه با جاذب برای حذف ،نمونه برداری و تعیین راندمان
