بخشی از مقاله
خلاصه
در این مطالعه استفاده کربن فعال عامل دار شده با نانوذرات اکسید آهن به عنوان جاذب در حذف رنگدانه آنیونی RO16 از پساب ها مورد بررسی قرار گرفت. بدین منظور کربن فعال عامل دار شده با نانوذرات اکسید آهن با استفاده از روش ریزموج سنتز و قابلیت آن در حذف رنگدانه آنیونی RO16 مورد بررسی قرار گرفت. ساختار جاذب سنتز شده با روشهای جذب و واجذب نیتروژن - BET - ، تجزیه گرمایی - TGA - طیفسنجی پراش اشعه ایکس - XRD - و تصاویر STM مورد بررسی قرار گرفتند. عوامل موثر در رنگدانه آنیونی RO16 توسط جاذب سنتز شده مانند زمان تماس، مقدار جاذب و pH بررسی و بهینه گردید. علاوه بر این ایزوترم و سینتیک فرایند جذب بررسی شد. نتایج حاصل از حذف رنگدانه آنیونی RO16 توسط کربن فعال عامل دار شده با نانوذرات اکسید آهن نشان داد که سینتیک جذب از الگوی شبه مرتبه دوم و ایزوترم جذب آن از الگوی لانگمویر تبعیت مینماید. ماکزیمم جذب تک لایه رنگدانه آنیونی RO16 بر کربن فعال عامل دار شده با نانوذرات اکسید آهن بر اساس ایزوترم لانگمویر 423 میلی گرم بر گرم بدست آمد.
کلمات کلیدی: کربن فعال، متیل قرمز، لانگمویر، حذف، جذب سطحی
1. مقدمه
رنگ متیل قرمز - -N2و-Nدی متیل-4آمینوفنیل آزو بنزن کربوکسیلیک اسید - دارای فرمول مولکولی C15H15N3O2 و وزن مولکولی g/mol 3/269 میباشد - شکل . - 1-4 از متیل قرمز بهعنوان شناساگر در تیتراسیونهای خنثی شدن استفاده میشود و دارای ثابت اسیدی 5/1 میباشد. این رنگ در pH کمتر از 4/4 قرمز، در pH بیشتر از 6/2 زرد و در گستره pH بین 4/4 تا 6/2 نارنجی رنگ است. رنگ متیل قرمز بهعنوان یکی از رنگهای رایج و پرکاربرد در صنایع مختلف شناخته شده است. استفاده از متیل قرمز ممکن است مضراتی از قبیل آسیب چشمی، حساسیت پوستی [140] و مشکلات گوارشی [4] بهدنبال داشته باشد. بهعلاوه متیل قرمز در شرایط هوازی سرطانزا بوده [4] و بهعلت وجود حلقههای بنزنی مقدار تخریب آن در طبیعت کم است.
تاکنون مطالعات محدودی در زمینه حذف متیل قرمز با استفاده از جاذب برای بهبود کیفیت پسابها صورت گرفته است. در ادامه مطالعات اخیر گزارش شده در این مورد مرور شده است. در سال 2010 سانتی و همکاران، توانایی کربن فعال تهیه شده از ضایعات گیاهان را بهعنوان جاذب در حذف متیل قرمز بررسی کردند. بر اساس نتایج بدست آمده با مقدارg/L 4 جاذب، در pH 0/7 و غلظت mg/L 25 متیل قرمز، حداکثر %82 رنگ حذف شد. در سال 2010 ساد و همکاران، از تفاله نیشکر عاملدار شده با فسفریک اسید بهعنوان جاذب برای حذف متیل قرمز استفاده کردند آنها گزارش کردند که عاملدار کردن باعث افزایش قابل توجهی در کارایی جذب میگردد.
گستره pH مناسب برای حذف متیل قرمز 3/0-6/0 گزارش گردید . در سال 2011 قائدی و همکاران حذف متیل قرمز را توسط جاذبهای کربن فعال و نانولولههای کربنی چند دیواره بررسی کردند. ایزوترم حذف متیل قرمز بر روی جاذب از الگوی لانگمویر و سینتیک جذب از الگوی شبه مرتبه دوم تبعیت کرد. مطالعات ترمودینامیکی نشان داد فرایند جذب خود به خود و گرماگیر است. در سال 2013 زنگ و همکاران از جاذب، Mg-Al HTLC جهت حذف متیل قرمز استفاده کردند. مطالعات سینتیکی نشان داد که حذف متیل قرمز بر روی جاذب سریع بوده، سیستم پس از 2 ساعت به تعادل میرسد و از الگوی شبه مرتبه دوم تبعیت میکند.
درصد حذف متیل قرمز به pH وابسته بوده و ماکزیمم جذب در pH 0/9 صورت گرفت. علاوه بر این فرایند جذب گرماگیر و خودبهخودی رنگدانهزدایی از طریق انعقاد، لختهسازی، تفکیک بیولوژیکی، اکسیداسیون، فیلتراسیون غشایی و جذب سطحی گزارششده است که در میان این فرآیندها، جذب سطحی به علت مزایایی از قبیل کارایی بالا، ظرفیت جذب زیاد و توانایی حذف مقادیر زیاد رنگئانه ها از اهمیت بسیار زیادی برخوردار است. در همین راستا از جاذبهای مختلف مانند زئولیتهای عاملدارشده، زیستتودهها و کربن فعال استفاده شده است ولی تلاش برای تهیه جاذبهای با کیفیت بهتر، سازگارتر با محیط زیست و کم هزینهتر ادامه دارد.
اخیراً نانومواد به علت کارایی بالا و سازگاری با محیطزیست بهعنوان جایگزین مناسبی برای مواد جاذب سطحی رایج معرفیشدهاند. تهیه جاذب سطحی با استفاده از ترکیب مواد نانومتخلخل با مساحت سطح زیاد و ذرات در ابعاد نانومتر میتواند راه مناسبی برای افزایش جذب و فعالیت کاتالیزوری آن گردد. نانومواد به علت ظرفیت جذب بالا و تبادل سریع همچنین در حذف آلایندهها و تصفیه آب کاربرد پیدا نمودهاند.کربن فعال عامل بهعنوان یک گروه جدید از مواد نانومتخلخل بلوری که شامل ساختاری منظم کربنی میباشند جاذبهای مناسبی برای حذف آلایندهها میباشند. در این پژوهش ابتدا جاذب کربن فعال عامل دار شده با نانوذرات اکسید آهن سنتز و توانایی آن در حذف متیل قرمز بررسی و سینتیک و ترمودینامیک جذب آن نیز مطالعه میگردد.
.2 مواد و روشها
.1 .2 مواد و محلولهای مورد استفاده
جذب سطحی با مطالعات پیمانهای و اضافه کردن mg 10 از کربن فعالتثبیت شده بر نانوذرات اکسید آهن به mL50 محلول متیل قرمز با غلظتی در گستره 50 تا mg/L 500 انجام گرفت pH .محلول با استفاده از محلول mol/L 1/0 سود و یا mol/L 1/0 هیدروکلریک اسید حدود 4/0 تنظیم گردید. سپس مخلوط با یک همزن با سرعت چرخشrpm 250 در دمای °C 30 تا رسیدن به تعادل بین جاذب و گونه جذبشونده - حدود 6 ساعت - به هم زده شد. بعد از اتمام فرآیند جذب با اعمال میدان مغناطیسی خارجی، جاذب نگهداری و مقدار متیل قرمز باقیمانده با اندازهگیری جذب محلول شفاف در طولموج nm 520 و با استفاده از نمودار معیارگیری که در شرایط یکسان با محلولهای استاندارد متیل قرمز تهیه شده بود تعیین گردید.
.2 .2 تعیین بافت و ساختار جاذب
میزان تخلخل و ساختار جاذبهای تهیه شده با روشهای طیفبینی پراش پرتو ایکس، میکروسکوپ تونلی روبشی1، تجزیه گرمایی تفاضلی2 و طیفسنجی زیر قرمز تبدیل فوریه مطالعه شد.طیف پراش پرتو ایکس شبکههای آلی فلزی با دستگاه XRD فیلیپس3 مدل 1830 و با استفاده از تابش . &X تهیه شد. تصاویر میکروسکوپ تونلی روبشی کربن فعالسنتزی در هوا و با دستگاه نانوسیستم پارس مدل SS-1 بهدست آمد. مطالعات تجزیه حرارتی با دستگاه تجزیه گرمایی تفاضلی کمپانی باهر4 مدل STA503 ساخت کشور آلمان انجام شد. طیفهای زیر قرمز تبدیل فوریه جاذب در گستره عدد موجی 400 تا 4000 cm-1 با روش تهیه قرص KBr و به کمک دستگاه DIGILAB FTS 7000 واریان5 ساخت آمریکا تهیه شد. اندازهگیریهای جذب با استفاده از دستگاه طیفسنج نوری CECIL، مدل CE 2500 ساخت انگلستان همراه با سلهای شیشهای یک سانتیمتری انجام شد. اندازهگیری pH، با دستگاه pH متر دیجیتال متروهم6 مدل 780 همراه با الکترودهای شیشه و کالومل انجام شد. برای توزین نمونهها از ترازوی دیجیتال AND مدل GR200 ساخت کشور ژاپن با دقت 0/0001 g استفاده گردید.
.3 .2 سنتز کربن فعال عامل دار شده
