بخشی از مقاله
چکیده
زمینه و هدف: مواد آلی طبیعی از جمله آلاینده های سمی و خطرناک در آب و پساب می باشد، حضور مواد آلی طبیعی Noms بر روی کیفیت آب مانند رنگ و بو و غیره تاثیر می گذارد. حضور این مواد در آب باعث کاهش راندمان قرآیندهای تصفیه پیشرفته آب می شود . همچنین به علت واکنش با ضد عفونی کننده ها و تولید محصولات جانبی و سرطان زا برای سلامتی انسان مضر است. هدف از این کار بررسی امکان سنجی پتانسیل خاک رس تقویت شده با نانو ذرات آهن صفر ظرفیتی جهت حذف اسید هیومیک به عنوان نماینده - Noms - در محلول های آبی می باشد و توانایی آن ها را در جذب اسید هیومیک از آب مورد بررسی قرار می دهد.
روش بررسی: خاک رس فعال شده به روش حرارتی در 400 درجه سانتی گراد و خاک رس تقویت شده با استفاده از اضافه کردن خاک رس فعال شده به محلول کلراید آهن و احیاء آن توسط سدیم بوروهیدرید ساخته شد.
یافته ها: مشخصات فیزیکی و شیمیایی خاک رس فعال شده و خاک رس تقویت شده و صفر ظرفیتی بودن نانو ذرات آهن با استفاده از آنالیز SEM، EDS ، XRF وXRD تعیین شد سپس آزمایشات ناپیوسته به منظور ارزیابی اثر pH، دما، غلظت HA، مقدار جاذب ها و زمان تماس محاسبه گردید.
نتیجه گیری : نتایج مربوط به حذف اسید هیومیک با استفاده از خاک رس فعال شده و تقویت شده نشان داد که ماکزیمم راندمان در pH=5 و غلظت اولیه 0/5mg/l اسید هیومیک - HA - و غلظت جاذب 3mg، زمان تماس 60 دقیقه به دست آمد.زمان تعادل برای جاذب فعال شده 120 دقیقه و جاذب تقویت شده 90 دقیقه می باشد. میانگین کارایی حذف - HA - با استفاده از خاک رس فعال شده 47/2 درصد در حالیکه این میانگین برای خاک رس تقویت شده 84 درصد است.
واژگان کلیدی: مواد آلی طبیعی،اسید هیومیک، نانو ذرات آهن صفرظرفیتی، جذب سطحی
مقدمه:
مواد آلی طبیعی، عمومیترین آلایندههای آلی در آب خام طبیعی هستند که به دلیل اثرات تجزیه ای گوناگون بر روی آب آشامیدنی - رنگ، بارآلی و تجزیه بیوشیمیایی در شبکههای توزیع آب - مورد توجه زیادی قرار گرفتهاند. مواد هیومیک بخش مهمی از مواد آلی طبیعی را تشکیل می دهند و مهمترین پیش سازها برای ترکیبات جانبی گندزدایی به شمار میروند. موادهیومیک معمولاً به صورت طبیعی وارد محیطهای آبی میشوند و فرایندهای معمول تصفیه قادر نیستندبه مقدار قابل توجهی آنها را حذف کنند. حذف موثر موادآلی" پیش سازهای محصولات جانبی گندزدایی" یکی از چالش
های مهم در تصفیه آب میباشد.
تلاش برای حذف مواد هیومیک از آب آشامیدنی زمانی قوت گرفت که مشخص شددر طی کلر زنی آب حاوی این مواد، ترکیبات هالوژنه آلی جهش زا و سرطانزای بسیاری تولید میشود. هر چند توجه اولیه در حذف این دسته از مواد به خاطر رفع رنگ و بوی بد آب بوده است، اما با وضع قانون گندزداها / فراوردههای جانبی گندزدایی، بیشترین توجه به رفع مشکل مواد پیشساز معطوف شده و به این لحاظ راهکارهای متعددی به تصفیهخانههای آب معرفی گردیده است. یکی از بهترین روشهایی که در تصفیه خانههای آب برای کنترل مواد آلیوتشکیل فرآوردههای جانبی ناشی از گندزدایی اعمال میشود استفاده از جاذبها میباشد. با توجه به افزایش کاربرد فناوری نانو در صنعت آب و فاضلاب، یکی از به روزترین و کارامدترین جاذبها، جاذبهایی با ساختار نانو میباشد. در این مطالعه از خاکرس به عنوان پایههای تقویت کننده نانو ذرات آهن ظرفیت صفر استفاده شده است.
- در تحقیق انجام شده توسط دولیا و همکاران، بنتونیت فعال شده به عنوان جاذب برای HA به کار برده شد. نتایج نشان داد در شرایط غلظت جاذب 4 گرم در لیتر کارایی حذف اسید هومیک، 16/7درصد و در شرایط غلظت جاذب12 گرم در لیتر کارایی به 46 درصد رسید. زمان تعادل 5 ساعت بود و سینتیک جذب سطحی از معادله شبه درجه دوم و نیز ایزوترم جذب از مدل لانگمایر تبعیت میکند .[1] در مطالعه گارسیا و همکاران، مواد هیومیک بر روی جاذب کربن فعال جذب سطحی شد. ایزوترم جذب در این مطالعه، تناسب بیشتری با مدل لانگویر داشته و ظرفیت جذبmg/g 324 تعیین شد. علاوه بر این اندازه ذرات HA در این بررسی - 4-1nm - گزارش گردید .[2] هدف از انجام این تحقیق سنتز نانوذرات آهن بر روی بستر خاک رس فعال شده و بررسی کارایی آن در حذف NOM از محلول آبی میباشد.
مواد و روش ها:
در بخش ناپیوسته، شرایط بهینه جذب بررسی شد. از اینرو پارامترهایی مثل غلظت های مختلف HA، زمانهای تماس مختلف، pH های مختلف و دماهای مختلف، در سطوح مشخص به عنوان متغیر مورد بررسی قرار گرفتند. بر این اساس و با توجه به چندین متغیر که هر کدام سطوح مختلفی دارند، برآورد تعداد نمونه صورت گرفت. تعداد نمونههای مورد نیاز برای انجام این مطالعه 91 نمونه تعیین شد.استوک اسید هیومیک با استفاده از پودر اسید هیومیک - HA - ، تولیدی شرکت - Aldrich - با درصد خلوص80 درصد استفاده شد. برای حل کردن این پودر در آب مقطر و تولید نمونه محلول از دمای 50 درجه سانتیگراد و شیکراستفادهشد و در نهایت غلظتهای 5ppm، 10ppm، 15ppm، 20ppm از محلول این ماده ساخته شد.به منظور فعالسازی حرارتی خاکرس روش بدون اکسیژن انتخاب گردید.
در این روش از یک محفظه دربسته استفاده گردید که این محفظه از خاکرس تهیه شده پر شده بود. سپس این محفظه در کوره با دمای 400 درجه سلسیوس قرارگرفت، پس از مدت یک ساعت محفظه از کوره خارج شد و محتویات آن به آرامی به صورت ضربههای آرام تخلیه وطی مدت 1 ساعت سرد شدند. محصول این عملیات، خاک رس فعال شده بود که برای مراحل بعدی و نیز بخشی ازآنها، به عنوان پایه نانوذرات آهن با ظرفیت صفر مورد استفاده قرار گرفت.نانوذرات ظرفیت صفر را به روشهای مختلفی میتوان تولید کرد اما پرکاربردترین روش برای اهداف زیستمحیطی، روش احیای سدیم بوروهیدرید است.[2]
روش تولید نانوذره در این مطالعه، بر اساس روش ارائه شده توسط وانگ وژانگ بود .[3 جاذبهای تقویت شده با نانوذراتآهن با ظرفیت صفر از طریق احیا آهن دوظرفیتی به آهن صفرظرفیتی بوسیله واکنش احیایی - FeCl3,6H2O - با بوروهیدرید سدیم - - NaBH4 تولید شد .[4] پس از تولید جاذبهای تقویت شده، محتویات ارلن در یک قیف تخلیه شده و با استفاده از فیلتر میلی پور45 میکرو و سیستم مکش، آبگیری انجام شد. به منظور تعیین خصوصیات فیزیکی جاذبها از سیستم تصویربرداری SEM استفاده شد که این آنالیز با استفاده ازدستگاه مدل WEGA2//lmu ساخت شرکت TSCAN جمهوری چک استفاده شد. برای تعیین ویژگیهای شیمیایی جاذبها نیزآنالیزXRF مورد استفاده قرار گرفت.
آنالیز XRF نیز به کمک دستگاه XRF مدل ساخت شرکت فیلیپس - - Philips از کشور هلند و جهت تعیین فازهای تشکیل دهنده واطمیتان از صفر بودن نانوذرات تولیدی از آنالیز XRD مدل دستگاه EQuniox 3000 مستقر در آزمایشگاه مرکز پژوهشکده نفت - تهران - انجام شد.در این مطالعه برای آنالیز نمونههای NOMs از روش جذب پرتو فرابنفش با دستگاه اسپکتروفتومتر - Uv-Vis - مدل GENESYS5 ساخت کشور انگلیس و در طول موج 254 نانومتر استفاده شد. قبل از انجام هر سری آنالیز جدید، دستگاه با محلول استاندارد کالیبره شد و منحنی کالیبراسیون نیز با استفاده از محلول استوک رسم گردید - R_ = . - 0.9818
پس از تولید جاذبها - خاک رس فعال شده وتقویت شده - ، برای بدست آوردن ایزوترم جذب، مقدار ثابت 5 میلیگرم در لیتر HA به همراه مقدارهای مختلف 0/5 - ، 1، 3 و 5 گرم - از هر 2 جاذب - به صورت جداگانه - را درظرف های پلی اتیلنی درب دار 100 میلیلیتری ریخته شد. هر کدام از جاذبها - به صورت جداگانه - ، در PH اولیه 7 به ظرف واکنش اضافه شدند. به منظور جلوگیری از خروج آب از طریق تبخیر و بیرون ریختن آن به دلیل اختلاط، درب ظرف واکنش بسته شد. به منظور ایجاد اختلاط لازم، از همزن مغناطیسی مدلE,BALOON- HLB407 و با سرعت 100 دور در دقیقه استفاده شد این آزمایش در pH اولیه 7، دمای 24 تا 25 درجه سانتیگراد و میزان اختلاط 100 دور بردقیقه انجام شد.
در فواصل زمانی در ابتدا 5 و 10 دقیقه و در فرکانسهای بعدی هر 15 دقیقه تا رسیدن به زمان تعادل،از ظروف نمونهبرداری گردید. پس از طی زمان مورد نظر به مدت 5 دقیقه اجازه داده شد تا تهنشینی صورت گیرد.سپس محلول رویی به سلهای سانتریفیوژ مدل دستگاه HERMLE Z320 با سرعت 1000انتقال و به مدت 15دقیقه عمل سانتریفیوژ انجام شد. پس از عمل سانتریفیوژ مایع رویی حاصل از سانتریفیوژ از فیلتر غشایی - استات سلولز - 0/45 میکرومتر عبور داده شد و در پایان غلظت اسیدهیومیک از روش جذب پرتو فرابنفش با دستگاه اسپکتروفتومتر - Uv-Vis - در طول موج 254 نانومتر تعیین شد و با توجه به اطلاعات بدست آمده ایزترمهای جذب لانگمایر و فروندلیخ رسم گردیدند. در همه آزمایشها برای تنظیم pH از اسید کلریدریک - - HCl و سود - NaOH - استفاده گردید.
