بخشی از مقاله
چکیده :
بور یک ریز مغذی حیاتی و لازم برای رشد گیاهان است. اگرچه مقدار کمی ازبور به عنوان یک ماده مغذی برای برخی گیاهان شناخته شده است، اما مقدار بیش از حد آن رشد بسیاری از محصولات کشاورزی را تحت تاثیر منفی قرار میدهد و تنها یک مرز باریک بین غلظت مطلوب و سمی این عنصر وجود دارد.به دلیل اینکه بور در محیط-های آبی - آب و محلول خاک - به صورت گونهی بدون بار B - OH - 3 و گونه بار دار منفی B - OH - 4- میباشد، حذف آن از آب بسیار مشکل است. لذا توجه ویژه در خصوص دفع آن ضروری به نظر میرسد. هدف از این مطالعه بررسی اثر نانوذره اکسید منیزیم بر حذف احتمالی آلاینده آنیونی میباشد .
به منظور تعیین شرایط بهینه جذب متغییرهایی چون پهاش، غلظت جاذب، مدت زمان تماس مورد بررسی قرار گرفت و در مطالعات ایزوترمی با غلظتهای 0 - ، 2، 4، 6، 8، - 10 میلیگرم بر لیتر بور شاخصهای بهینه جذب از جمله پهاش5، غلظت جاذب3 میلیگرم بر لیتر، زمان 120 دقیقه اعمال گردید. در مطالعات سینتیکی دادها به معادله شبه مرتبه دوم با ضریب همبستگی 0/95 5 و ثابت سرعت - 0/09 گرم بر میلیگرم بر دقیقه - برازش پیدا کردند. نتایج ایزوترم به معادلات فروندلیچ و لانگمویر برازش نیافتند و حداکثر میزان جذب برای این ذره از میزان جذب در غلظت آخر ایزوترم محاسبه شد. حداکثر جذب 2/7 میلی گرم برگرم و میزان درصد حذف بور توسط نانوذره اکسید منیزیم 83 بود .
کلمات کلیدی : حذف، بور، آب، ذرات نانو
مقدمه :
بور یک عنصر شبه فلز میباشد که به صورت بوریک اسید وتترابورات در آبهای طبیعی یافت شده است.[1-2] حضور آن درآبهای سطحی بر اثر تخلیه مکرر فاضلابها رخ میدهد.[1] بور یک ریز مغذی حیاتی و لازم برای رشد گیاهان است .[3] اگرچه مقدار کمی از بور به عنوان یک ماده مغذی برای یرخی گیاهان شناخته شده است، اما مقدار بیش از حد آن رشد بسیاری از محصولات کشاورزی را تحت تاثیر منفی قرار میدهد[1] و تنها یک مرز باریک بین غلظت مطلوب وسمی این عنصر وجود دارد . [3] این شبه فلز باعث آسیب نقص جنین در انواع مختلف موجودات میشود [2] همچنین این عنصر در غلظت های بالا باعث اختلال در تولید مثل و رشد ونموگیاهان میشود . [4]
به همین دلیل سازمان بهداشت جهانی - - WHO حداکثر غلظت مجاز بور برای آب آشامیدنی0/5 mg B/L اعلام نموده است .[5] چندین تکنولوژی رایج همچون تکنولوژی فیلتراسیون غشاء الکترو شیمیایی، تبادل یونی و فرایند جذب سطحی [1- 2] برای آلاینده های کاتیونی و آنیونی و دیگر آلایندهها از زهابها بکار رفته است. که روش جذب سطحی کم هزینه ترین و متداولترین روش حذف آلایندهها میباشد. همچنین دربین جاذبها نانو ذرات به دلیل داشتن سطح جذب بالا، سطوح فعال، مقاومت نفوذی کم و جداسازی سریع توجه زیادی را به خود اختصاص داده اند .[6]
مواد وروشها :
نانوذره اکسید منیزیم با درجه خلوص 99/5 درصد تهیه شد. محلول استاندارد شبه فلز بور 100 میلیگرم بر لیتر - - ppm به عنوان محلول مادر تهیه شد و برای تهیه محلولهای با غلظت کمتر، از این محلول استفاده شد . در تمامی آزمایشات از روش آزومتینB اچ برای اندازهگیری بور استفاده شد . به طوری که 0/025 گرم از جاذب با 25 سیسی محلول 10 میلیگرم بر لیتر بور به مدتهای متفاوت - 10، 20، 30، 40، 50، 60، 90، 120، 180 دقیقه - توسط دستگاه شیکر شیک و بعد از سانترفیوژ کردن محلول، غلظت عنصر بور توسط دستگاه اسپکتوفتومتر در طول موج 420 نانومتر خوانده شد .این روش یرای بررسی اثر pH های 3 تا 8، بررسی اثر دما 15 - ، 20، 25، 30، 5 3، 40 درجه سانتی-گراد - و بررسی اثر غلظت - 0/5، 1، 1/5، 2، 2/5، 3 میلیگرم برلیتر - بکار برده شد .برای محاسبه میزان جذب به وسیله جاذب از فرمول زیر استفاده شده است.
به این ترتیب شرایط بهینه جذب توسط جاذب مشخص شد . جهت بدست آوردن مکانسیم جذب و همچنین تعیین پتانسیل مرحله محدود کننده سرعت : مانند واکنش شیمیایی، پخشیدگی و حرکت توده ای، داده به معادلات شبه مرتبه اول و شبه مرتبه دوم برازش داده شد . - 2 - معادله شبه مرتبه اول :
سرعت اولیه جذب - - h بر حسب - - min-1 با استفاده از معادله زیر بدست میآید :
برای مطالعه رفتارجذبی عنصر در غلظتهای متفاوت جذب شونده از ایزوترمهای جذب استفاده شد.در این مرحله با اعمال شرایط بهینه در غلظتهای مختلف بور - 2، 4، 6، 8، 10 میلیگرم بر لیتر - مقدار جذب بور اندازه گیری شد.برای بررسی نتایج حاصل از ایزوترم و بررسی مکانیسم احتمالی جذب از مدلهای ایزوترمی فروندلیچ و لانگمویر استفاده شد.بطوریکه ایزوترم جذب فروندلیچ خطی بصورت زیر بیان میشود : - 5 -
بحث و نتایج :
سینتیک جذب :
الف . بررسی سینتیکی :
ما 2 مدل سینتیک جذب، شبه مرتبه اول و شبه مرتبه دوم را برای استفاده از داده های جاذب ارزیابی کرده ایم و نشان داده شد که جذب بور توسط MgO با معادله شبه مرتبه دوم به خوبی قابل توجیه است . این مدل برای فرایندهای جذب سطحی شیمیایی توسعه یافته است. مرکادو و همکاران - - 2014 نیز در مطالعه ای که بر روی جذب بور با نانوذرات آهن انجام دادند اعلام کردند که سینتیک جذب از معادله شبه مرتبه دوم تبعیت میکند . با توجه به نتایج حاصل از اثر زمان بر جذب بور توسط این نانو ذره و مطالعات مرکادو و همکاران - 2014 - میتوان مراحل جذب رابه سه مرحله تقسیم کرد : مرحله اول، جذب بور بر روی سطوح جاذب :با توجه به اینکه در این زمان سایتهای فعال روی سطوح جاذب بیشتر است جذب به سرعت انجام میگیرد. مرحله دوم، جذب بور به فضای بین لایه ای جاذب : این مرحله، مرحله محدود کننده سرعت جذب میباشد و مرحله سوم، مرحله ای که درآن جاذب و جذب شونده درحال تعادل میباشند، در این مرحله تمام سایتهای جاذب به وسیله بور اشباع شده اند و جذبی اتفاق نمیافتد . ثابتهای معادله شبه مرتبه دوم برای نانوذره مذکور در جدول 1 آورده شده است .
ایزوترم جذب :
برای بررسی ایزوترمهای جذب در نانوذره ، شرایط بهینه برای نانوذره اعمال شد و در غلظتهای مختلف بور 0 - ،2، 4، 6، 8، 10 میلیگرم بر لیتر - جذب مورد بررسی قرار گرفت . شرایط بهینه در جدول 3 آورده شده است . نتایج جذب بور به وسیله نانوجاذب در شکل 4 نشان داده شده است . به طور کلی با افزایش غلظت اولیه بور میزان حذف نیز افزایش یافته است .
