بخشی از مقاله
چکیده:
پژوهش حاضر به بررسی حذف تریکلرو متان - کلروفرم - به روش جذب سطحی توسط نانو ذرات تیتانیم اکسید از محلول-های آبی میپردازد. در این مطالعه تاًثیر نانو ذرات در جذب سطحی کلروفرم از محلول آبی در یک آزمایش ناپیوسته بررسی شده تا خواص جذبی آن مورد ارزیابی قرار گیرد. برای این منظور اثر متغیرهایی نظیر مدت زمان تماس، غلظت اولیه کلروفرم، مقدار جاذب و pH مورد مطالعه قرار گرفته و شرایط بهینه برای حذف کلروفرم با نانو ذرات تیتانیم اکسید بدست آمد. نتایج نشان داد که سرعت جذب اولیه کلروفرم با افزایش مقدار جاذب افزایش یافته و درصد حذف کلروفرم در 0/4گرم از جاذب به بیش از 80 درصد می-رسد، همچنین با افزایش غلظت اولیه کلروفرم میزان حذف آن کاهش مییابد. بر اساس نتایج مشخص شد که pH پارامتری مؤثر در فرایند جذب بوده و درصد حذف کلروفرم در pH برابر با هشت بیش از 80 درصد میباشد.
واژه های کلیدی: جذب سطحی، تریکلرو متان، کلروفرم، تیتانیم اکسید
مقدمه
تریکلرومتان یا همان کلروفرم، برمو دیکلرومتان و دی برموکلرومتان از جمله تریهالومتانهایی هستند که در منابع آب تصفیه شده مشاهده میشوند .[1] عوامل متعددی در تشکیل تری هالومتانها نقش دارند. دو پژوهشگر به نام های تراسل و آمفرز نشان دادند که هر چه pH آب قلیاییتر باشد محیط برای تشکیل تری هالومتانها مناسبتر است. یکی از روشهای مؤثر برای کنترل تشکیل تری هالومتانها استفاده از آمونیاک است. اما این روش معایبی دارد، با وجود اینکه تشکیل تری هالومتانها درمحیط حاوی کلرآمین متوقف میشود اما با این حال در اثر افزودن آمونیاک به آب، به جای کلر آزاد، کلرآمین در آب باقی میماند که خود سمی میباشد.
ضد عفونی کردن آب با ضد عفونی کنندههای دیگر چون دی اکسید کلر، آب اکسیژنه یا پرمنگنات پتاسیم نیز محصولات فرعی تولید میکند ولی منجر به تولید تری هالومتانها نمیگردد. فقط در مورد دیاکسید کلر، ممکن است به خاطر داشتن ناخالصی کلر، تریهالومتانها به مقدار کم تولید شوند. از آنجایی که تریهالومتانها مشکوک به سرطانزایی میباشند و در گروه A مواد سرطانزا قرار دارند
لذا در تصفیه خانههای شهری باید با اقدامات مناسبی غلظت این مواد مشکوک را به حداقل مقدار مجاز کاهش داد و یا از مواد دیگری برای ضد عفونی کردن آب استفاده کرد .[2] اثراتی که در مورد تریهالومتانها و به خصوص کلروفرم به عنوان شاخص این ترکیبات گزارش شده است، تاًثیر بر قابلیت تولید مثل، خاصیت بروز ناهنجاریهای مادرزادی، آسیب به ارگانهای خاص بدن، آسیب به سیستم عصبی و بروز اثرات سوء در سیستم گردش خون از عوارض ناشی از این ترکیبات میباشد .[3]
با توجه به مخاطرات ناشی از تریهالومتانها، سازمان حفاظت محیط زیست ایالات متحده حداکثر مقدار قابل قبول این ترکیبات را در آبهای آشامیدنی از 140 به 80 میکروگرم در لیتر تقلیل داده است. مؤسسه استاندارد و تحقیقات صنعتی ایران نیز حداکثر مقدار قابل قبول را برای کلروفرم معادل 200 میکروگرم در لیتر مشخص کرده است .[1] تحقیقات متعددی به منظور حذف و یا کاهش پیشسازهای تریهالومتانها یا خود تریهالومتانهای تولید شده در آب صورت گرفته است 4]و.[5 در این پژوهش در نظر است جذب سطحی تریکلرو متان از محلول آبی با استفاده از نانوذرات تیتانیم اکسید مورد مطالعه قرار گرفته و اثر پارامتر های مختلف مورد بررسی قرار گیرد.
بخش تجربی
دستگاهها
از دستگاه گاز کروماتوگرافی مدل Varian-CP 3800 ساخت آمریکا با Injector مدل 1177، ستون موئین CP sil 13 CB و دتکتور ECD برای تشخیص و آنالیز تریکلرو متان استفاده شد. He و N2 به عنوان گاز حامل از کپسولهای با درجه خلوص 99/99 درصد مورد استفاده قرار گرفت. ضمنا برای استخراج تریکلرو متان از محلول آبی از دستگاهTeledyne Tekmar PURGE&TRAP متصل شده به GCاستفاده شد. از دستگاه همزن Heidolph MR 3001K برای یکنواخت سازی و همگن نمودن محلولها و برای اندازه گیری pH نمونه ها از دستگاه pH متر Metrohm-744 استفاده شد.
مواد شیمیایی
تریکلرو متان - کلروفرم - شرکت Fluka و آب مقطر دوبار تقطیر شده برای محلولسازی استفاده شد. همچنین برای بررسی اثر pH از اسید کلریدریک و سود شرکت Merck استفاده شد. ضمنا برای اطمینان از عاری بودن وسایل و لوازم شیشه ای مورد استفاده از هرگونه مواد آلی، تمامی وسایل حجمی توسط کوره الکتریکی Carbolite CWF-1200 تا دمای 550oC حرارت داده شد. از نانو ذرات تیتانیم اکسید شرکت - TiO2 P25 - Degussa با مساحت سطح مخصوص 15-50m2/g و متوسط اندازه ذرات کمتر از 21 nm با خلوص % 99/50 به عنوان جاذب استفاده شد.
روش آزمایش
جهت بررسی تاًثیر نانو ذرات تیتانیم اکسید بر حذف کلروفرم ابتدا یک محلول یک لیتری 100 ppm از کلروفرم به عنوان محلول مادر تهیه شد. پس از تهیه غلظتهای مورد نظر از محلول مادر، محلول داخل ارلن مایر ریخته شده و مقدار مناسبی از جاذب به آن اضافه شده و ارلن حاوی محلول روی هم زن مغناطیسی هم زده شد. بعد از مدت زمان مناسب از محلول نمونه برداری شده، محلولها سانتریفوژ شده و با دستگاه گاز کروماتوگرافی مورد آنالیز قرار گرفتند.
نتایج و بحث
اثر مدت زمان تماس
مدت زمان تماس یکی از عوامل مهم در فرایند جذب سطحی میباشد. برای این منظور یک لیتر از محلول 0/1 ppm کلروفرم تهیه و مقدار 0/1 g از نانو ذرات به آن اضافه شد. سپس محلول حاصل به مدت 120 دقیقه به کمک همزن مغناطیسی همزده شد.سطحی کلروفرم بر روی نانو ذرات تیتانیم اکسید تا مقدار 0/3 گرم، به این دلیل است که مقدار ذرات جاذب افزایش یافته و در نتیجه مساحت سطح ویژه بیشتری در دسترس خواهد بود که باعث افزایش میزان جذب کلروفرم شده است. اما دلیل کاهش میزان جذب کلروفرم با افزایش مقدار جاذب، به این صورت توجیه میشود که با افزایش مقدار جاذب از 0/3 تا 0/4 گرم، پدیده همپوشانی جایگاههای جذب اتفاق میافتد .[6]
اثر مقدار جاذب
به منظور بررسی اثر مقدار جاذب بر روی جذب سطحی کلروفرم، مقادیر مختلفی از نانو ذرات انتخاب و اثر آن بر روی میزان جذب کلروفرم مورد آزمایش قرار گرفت. بدین منظور 1 لیتر از محلول 0/1 ppmکلروفرم تهیه و مقدار مناسبی 0/1 - ، 0/2، 0/3 و - 0/4 g از نانو ذرات تیتانیم اکسیدبه آن اضافه شد. سپس محلول به مدت 80 دقیقه به کمک همزن مغناطیسی همزده شد. شکل - 2 - ، اثر مقدار جاذب را بر روی جذب سطحی کلروفرم نشان میدهد.مطابق شکل - 2 - مشاهده میشود که با افزایش میزان جاذب از 0/1 تا 0/3 گرم، میزان جذب کلروفرم روی نانو ذرات افزایش یافته و پس از آن با افزایش مقدار جاذب از 0/3 تا 0/4 گرم، میزان جذب کلروفرم کاهش مییابد.
اثر pH محلول
یکی از مهمترین عوامل مؤثر بر روی فرایند جذب سطحی اثر pH میباشد. جهت تعیین pH بهینه، بعد از تهیه کلروفرم 0/1 ppm، pH محلول با استفاده ازمحلولهای HCl و NaOH 0/1 مولار در محدوده 2، 4، 6، 8 و 10 تنظیم گردید. شکل - 3 - ، تاًثیر pH را در میزان حذف کلروفرم به وسیله نانو ذرات TiO2نشان میدهد.بر اساس شکل - 3 - با افزایش pH محلول، درصد جذب کلروفرم روی نانوذرات تیتانیم اکسید افزایش یافته و بعد از pH=8 درصد جذب کاهش مییابد. دلیل این امر آن است که نقطه صفر بار نانوذرات تیتانیم در محدوده 6-8 بوده و لذا نانو ذرات TiO2 در این pH به حالت خنثی بوده و لذا توانایی جذب ترکیبات خنثی در این محدوده به ماکزیمم مقدار خود می رسد.
