بخشی از مقاله
چکیده
بنزن،تولوئن،اتیل بنزنوزایلین ها، که به اختصار به آنها BTEX گفته می شود، ازآلاینده های زیست محیطی مونوآروماتیک بسیارمهم بوده و قابلیت حل شدگی بسیاربالایی در آب دارد واین نوع آلودگی درمحیط های آبی باسرعت بسیاربالایی منتشرمی شود.هدف از این مطالعه حذف BTEX به روش جذب سطحی با استفاده از نانولوله های کربنی تک دیواره پوشیده شده با نانو ذرات اکسید روی می باشد. تأثیر پارامترهای عملیاتی مختلف با هدف به دست آوردن شرایط مطلوب برای انجام فرآیند جذب ازجمله مقدار نانو جاذب، زمان تماس، pH و قدرت یونی محلول به روش ناپیوسته مطالعه گردید و شرایط مطلوب برای حذف توسط نانو لوله های کربنی در 20 دقیقه تماس، pH خنثی، مقدار جاذب 0/01mg/l ،دمای 25 درجه سانتی گراد و قدرت یونی پایین محیط به دست آمد. نتایج این تحقیق نشان داد که نانولوله های کربنی تک دیواره به طور مؤثری بنزن، تولوئن، اتیل بنزن وزایلن را از آب جذب می نمایند و دارای پتانسیل خوبی برای تصفیه ی فاضلاب های آلوده به مواد نفتی می باشد.
کلمات کلیدی : BTEX، نانو لوله های کربنی تک دیواره، جذب سطحی، آلودگی آب.
.1 مقدمه
ترکیبات آلی فرار، ترکیبات بالقوه سرطان زا و خطرناکی هستند که در دهه های گذشته نگرانی های زیست محیطی قابل توجهی را در سرتاسر جهان به وجود آورده اند. بیشترین مقدار این ترکیبات در پساب های صنایع شیمیایی و پالایشگاه ها وجود دارند. یک گروه خاص از این هیدروکربن های نفتی، بنزن، تولوئن، اتیل بنزن و زایلن - - BTEX است که دارای پتانسیل بالایی در آلودگی آب های سطحی وزیرزمینی هستند.[1] مواد آلی توسط روش های تصفیه مختلفی از آب قابل حذف هستند. انعقاد ولخته سازی، شناور سازی، فیلتراسیون غشائی، فرآیندهای اکسیداسیون و فرآیندهای تبادل یونی از جمله روش هایی هستند که در حذف مواد آلی مورد استفاده قرار می گیرند. امروزه استفاده از نانو مواد از جمله نانو لوله های کربنی جهت حذف ترکیبات آلی بیشتر مورد توجه هستند .[2] نانو لوله های کربنی به دلیل خواص مغناطیسی، مکانیکی و الکترونیکی منحصر به فرد طیف وسیعی از مطالعات وپژوهش ها را در زمینه ی تصفیه به خود اختصاص داده اند.
همچنین این نانو لوله های کربنی به علت دارا بودن تخلخل و نیز نسبت سطح به حجم بالا برای جذب مواد آلاینده از محیط های آبی بسیار مناسب می باشند .[3] نانو ذرات روی اکسید یکی از نانو ذرات معدنی پرکاربرد می باشد که به دلیل خواص فیزیکی وشیمیایی مناسب خود مورد توجه قرار گرفته است. از جمله خواص ویژه نانو ذرات ZnO می توان به پایداری شیمیایی بالا، ثابت دی الکتریک پایین، ضریب کوپل الکترومکانیکی بالا، فعالیت کاتالیزوری بالا و خاصیت ضد باکتری اشاره کرد.[4]در این تحقیق در نظر است که با به کاربردن نانو لوله های کربنی تک دیواره که با نانو ذراتZnO پوشیده شده اند، اثر این نانو ذرات را در رفع آلودگی از آب های آلوده به BTEXبه صورت کمّی مورد بررسی قرارداد. همچنین سعی می شود تا مقادیر بهینه ای از نانو لوله ها و نانو ذرات طی چندین آزمایش ارائه گردد.
.2 مواد و روش
مواد اولیه مورد استفاده در این پژوهش،بنزن، تولوئن، اتیل بنزن و زایلن - - BTEX با خلوص % 99 ونانو لوله های کربنی تهیه شده از صنعت نفت تهران با خلوص بیش از %85 می باشد. نانو لوله های کربنی دارای قطر متوسط برابر 10-20نانومتر وطولی حدوداً برابر با 10 میکرومتر می باشد. دراین پژوهش برای تهیه پساب ابتدا یک محلول استوک با غلظت 1000mg/l از هریک از آلاینده ها تهیه شد. با توجه به این که انحلال پذیری مونوآرومتیک ها در آب حدود %40 می باشد، لذا نمونه های آزمایشگاهی برای یک ساعت در حمام اولتراسونیک و یک ساعت بر روی همزن مغناطیسی قرار گرفت تا محلول کاملاً یکنواختی به دست آید[5]،سپس غلظت های مورد نیاز از ان محلول ها ساخته شد.
به منظور شستشوی نانو لوله های کربنی، 5 گرم از آن به یک اسید 120ml مخلوطی از %55HNO3و 98H2SO4 به نسبت 1 به 3 اضافه شد. مخلوط در حمام اولتراسونیک به مدت 30 دقیقه قرار داده شد و سپس بر روی همزن به مدت 4 ساعت همزده شد. مخلوط با آب مقطر رقیق و دوبار تقطیر تا رسیدن به pH خنثی شسته شد و در دمای 80 درجه سانتی گراد خشک گردید.[ 6] چنین شرایطی منجر به خالص سازی، حذف کاتالیزور از نانو لوله های کربنی و باز شدن لوله ها و تشکیل حفره در دیوار آنها و همچنین باعث تشکیل گروه های عاملی کربوکسیل وغیره در سایت های نانولوله شده و قدرت جذب را افزایش می دهد. به جهت عامل دار کردن نانو لوله های کربنی به میزان 1 گرم از ZnCl2را در 40ml آب دوبار تقطیر شده حل نموده و 0/7 میلی لیتر HCL به آن اضافه شد.
سپس 10mlاز محلول تهیه شده با 0/5 گرم نانو لوله مخلوط شد و به مدت 5 دقیقه بر روی حمام اولتراسونیک و بعد 45 -60 دقیقه بر روی همزن مغناطیسی قرار گرفت. در نهایت محلول حاصل صاف و با آب مقطر تا رسیدن به pH خنثی شستشو داده شدو در دمای 25 درجه سانتی گراد خشک گردید.[7] سپس مقادیر 0/01، 0/015 و 0/02 گرم از نانو جاذب به مقادیر معینی آلاینده اضافه و در زمان معین و دمای اتاق همزده شد. جهت تعیین غلظت باقیمانده آلاینده ها از دستگاه اسپکتروسکوپی در طول موج 260 نانومتر و معادله بیرلامبر استفاده شد و درصد حذف طبق رابطه ی زیر اندازه گیری گردید.که در آن C0 غلظت آلاینده در لحظه ی صفر ، C غلظت آلاینده در هر لحظه و CR% درصد حذف می باشد.لازم به ذکر است جهت صحت نتایج، آزمایشات برای دوحالت نانولوله های اصلاح شده و نانولوله های عامل دار شده با ZnO انجام شد.
.3 نتایج
-1-3 بررسی اثر غلظت نانو جاذب
به منظور بررسی اثر غلظت نانو جاذب در حذف آلاینده ها، محلولی با غلظت 300mg/l از مخلوط آلاینده ها تهیه و مقادیر 0/01 ، 0/015 و 0/02 گرم از نانو جاذب اصلاح شده و عامل دار شده به آن اضافه شد و پس از 20 دقیقه هم زدن بر روی همزن مغناطیسی میزان جذب محلول صاف شده اندازه گیری گردید که نتایج حاصل در نمودار - 1 - نشان داده شده است.
-2-3 بررسی زمان ماند
