بخشی از مقاله
چکیده
وجود فلزات سنگین در آب آشامیدنی اثرات مخربی بر سلامتی انسان دارد. برخی از این فلزات از جمله سرب، جیوه، آرسنیک و کادمیوم در مسمومیت انسان نقش پررنگتری دارند. سایر فلزات سنگین نظیر مس، آهن، روی و کروم در مقادیر بسیار کم برای بدن لازم هستند. اما مقادیر بیش از حد مجاز این عناصرمنجر به بروز مسمومیّت میگردد. روشهای گوناگونی برای حذف این عناصر و یا کاهش غلظت آنها در منابع آب وجود دارد. در این پژوهش یکی از کارآمدترین روشهای جداسازی آلایندههای آب مطرح گردیده است. فرایندهای فیلتراسیون غشایی روشی نوین در حذف فلزات سنگین از آب میباشند. در ادامه برخی از روشهای بهبود عملکرد غشاهای پلیمری به اختصار بیان گردیده است.
از آنجا که یونهای آلایندهی آب دارای اندازهی کوچک میباشند، میتوان با یک عامل کمپلکسساز بازده فرایند فیلتراسیون را بالا برد. در اینجا سه روش متفاوت برای استفاده از جاذب کمپلکسساز در حذف آلایندههای آب بیان شده است. در روش اول، گونهی فعال بر سطح غشاء قرار داده شده است. در روش دوم جاذب وارد محلول پلیمری سازنده غشاء شده و در داخل شبکه پلیمری وارد شده است. در روش سوم نیز جاذب کمپلکسساز به محلول خوراک افزوده شده است. سپس غشاء ساخته شده در حذف یونهای فلزی نظیر مس، آهن، سرب و کادمیوم از منابع آب، مورد استفاده قرار گرفته است.
نتایج حاصل از جداسازی این فلزات نشان دادهاند که بازده جداسازی در حضور عامل کمپلکسساز افزایش یافته است. چنانچه جاذب کمپلکسساز به محلول خوراک افزوده شود، یونهای فلزی مدت زمان بیشتری در تماس با جاذب میباشند. لذا زمان کافی برای تشکیل کمپلکس فراهم شده است. چنانچه جاذب به شبکه پلیمری متصل شود، ضمن کاهش مصرف جاذب، انسداد حفرات عامل افزایش درصد جداسازی یون فلزی بوده است. پلی آمیدو آمین ابر شاخهای دارای گروههای عاملی آمین با قابلیت جذف یون مس تا %86، یکی از مناسبترین جاذبهای کمپلکسساز برای حذف آلایندههای فلزی میباشد.
واژههای کلیدی: آلایندههای آب، نانوفیلتراسیون، غشاهای پلیمری، گونه کمپلکسساز، جاذب فلز، سرب، مس، کادمیوم، آهن.
-1 مقدمه
پاکیزگی منابع آب جهت بقای ارگانیسمها بسیار ضروری میباشند. فعالیتهای انسانی منابع آب را دچار آلودگی کرده است. این آلودگیهای محیطی منابع آب پاکیزه را به شکل چشمگیری کاهش داده است. تأمین آب آشامیدنی سالم و بکارگیری روشهای کارآمد به منظور تصفیه آب در سالهای اخیر توجه محققین بسیاری را به خود معطوف کرده است. لذا اهمیت تصفیه آب، متخصصین را بر آن داشته است که روشهای گوناگونی برای خالص سازی آب به کار گیرند و هم اکنون نیز فعالیتهای گوناگونی برای پیشرفت این روشها در حال انجام است . - B.A.M. Al-Rashdi 2012 1-16 - یکی از عمدهترین آلایندههای منابع آب، فلزات سنگین هستند که یک تهدید جدی برای محیط زیست محسوب میشوند. سمیّت ناشی از فلزات سنگین محیط آبزیان را آلوده میکند، به راحتی وارد ارگانیسمهای زنده میشود و تمایل به تجمع در بافتهای بدن دارد.
غلظت بیش از حد مجاز فلزات سنگین در بدن سبب بیماریهایی همچون کیستهای آبی بر روی پوست و شش و سرطان کلیه میشود . - HyonggooYoo 2013 125-134 - ﻻزم به ذکر است که فلزات سنگین در محیط آبی قابلیت اکسیداسیون دارند . - Kuk Nam Han 2012 83-91 - لذا طبق آیین نامههای محیط زیست، صنایع موظف هستند که غلظت فلزات سنگین را در آبهای آلوده تا کمتر از حد مجاز کاهش دهند . - B.A. M. Al-Rashdi 2012 1-16 - در این میان فلزاتی همچون کادمیوم - Cd - ، سرب - Pb - ، جیوه - Hg - ، نیکل - Ni - ، مس - Cu - و روی - Zn - از سوی سازمان 1USEPA به عنوان خطرناکترین فلزات سنگین شناخته شدهاند . - Kuk Nam Han 2012 83-91 -
با جداسازی و حذف یونها از منابع آب ضمن پاکسازی این منبع حیات، یونهای فلزی حذف شده، بازیافت میگردد و در محدودهی وسیعی مورد استفاده قرار میگیرد. - Shengju Wu 2010 1694-1696 - روشهای گوناگونی برای حذف فلزات سنگین از آب بکار گرفته میشوند. لخته سازی، انعقاد/ هم رسوبی، جذب، تعویض یونی، اسمز معکوس، استفاده از جاذبهایی مانند کربن فعال - Kuk Nam Han 2012 83-91 - و روشهای نانوفیلتراسیون از جملهی این روشها میباشند که هر یک دارای مزایا و محدودیتهایی هستند. این روشها برای حذف یونهای فلزی کارآمد هستند اما فرایندهایی هزینهبر بوده و قابلیت استفاده مکرر ندارند. بنابراین انتخاب یک روش مناسب بستگی به فاکتورهای متعددی همچون نوع آب، نوع آلودگی، غلظت، میزان جداسازی و هزینه تصفیه دارد . - HyonggooYoo 2013 125-134 -
در سالهای اخیر استفاده از غشاهای نانوفیلتراسیون در صنایع شیمیایی، پتروشیمی، بیوتکنولوژی و نمکزدایی بسیار متداول شده است. این تکنولوژی بسیاری از مشکلات عملیاتی روشهای پیشین را ندارد . - B.A.M. Al-Rashdi 2012 1-16 - فرایند فیلتراسیون، قابلیت راهاندازی سیستمهای برگشت آب را داشته و کم هزینهتر از سایر روشها میباشد. غشاهای بکار گرفته شده در اسمز معکوس و نانوفلیتراسیون در جداسازی فلزات سنگین بسیار کارآمد هستند HyonggooYoo 2013 125- - . - 134 غشاهای نانوفیلتراسیون تجاری به طور معمول، فیلمهای نازک کامپوزیتی میباشند که از پلیمرهای دارای گونهی باردار ساخته شدهاند و در جداسازی فلزات از آب مؤثر میباشند.
جداسازی در غشاهای نانوفیلتراسیون بر اساس اندازه ذرات، پدیده دونان، دافعه دی الکتریکی و مهاجرت الکتریکی صورت میگیرد. pH محلول در نحوهی بار گذاری سطح غشاء و اندازه حفرات غشاء اثر گذاشته و جداسازی را نیز تحت تأثیر قرار میدهد . - B.A.M. Al-Rashdi 2012 1-16 - غشاهای میکروفیلتراسیون و الترافیلتراسیون برای تصفیه آب شهری مناسب هستند. زیرا در این غشاها فشار عملیاتی کم بوده و نفوذپذیری از غشاء زیاد میباشد. لذا هزینه تمام شده و مصرف انرژی در این غشاها به نسبت غشاهای نانوفیلتراسیون و اسمز معکوس کمتر میباشد . - HyonggooYoo 2013 125-134 -
-2 روش ساخت
اصلاح غشاهای پلیمری با اتصال بین ماده اصلاح کننده و غشاء صورت میگیرد که هدف آن بهبود جداسازی میباشد. مادهی اصلاح کننده به دو شکل به غشاء اتصال مییابد. در روش اول غشاء را ساخته و سپس اصلاح کننده را با روشهای اصلاح سطح بر غشاء قرار میدهند. با قرار گرفتن اصلاح کننده بر سطح غشاء، حفرات ایجاد شده توسط پلیمر سازنده غشاء، مسدود میشود. شکل 1 قرار گرفتن اصلاح کننده بر سطح غشاء را به وضوح نشان داده است. در روش دوم محلول سازنده غشاء به صورت ترکیبی از پلیمر سازنده و جاذب تهیه میشود. جاذبها دارای گروههای عاملی مانند آمین، کربوکسیل و تیول میباشند که با ایجاد پیوندهای کوئوردینانسی و با اهداء الکترون به یون فلزی متصل شده و با عبور محلول آبی از غشاء، یون فلزی از محلول جدا میشود. پس از جذب فلز از آب به کمک تغییر pH میتوان یون جذب شده را آزاد کرد و غشاء را به طور مجدد مورد استفاده قرار داد . - HyonggooYoo 2013 125-134 -
