بخشی از مقاله
چکیده
تصفیه فاضلاب و حذف رنگ همواره از اقدامات مهم برای کنترل آلودگی های حاصل از پسابهای صنعتی بخصوص صنایع نساجی و رنگرزی بشمار می رود. این صنایع یکی از بزرگترین تولید کنندگان ترکیبات آلی و رنگی را تشکیل می دهند و به همین دلیل شرایط تصفیه آنها پیچیده و مشکل است. هدف از این تحقیق، کارایی نانو پودر ZnCr2O4 به عنوان یک جاذب در حذف رنگ اریوکروم سیانین R از محلولهای آبی در شرایط آزمایشگاهی می باشد . در این تحقیق، اثر متغیرهای تاثیر گذار از جمله اثرpH،زمان،مقدار جاذب و غلظت رنگ در کارایی حذف رنگ مورد بررسی قرار گرفت. همچنین رفتارجذب رنگها توسط ایزوترمهای فروندلیچ و لانگمویر و تمکین و سینتیک جذب آنها - مرتبه اول و دوم - ، مورد ارزیابی قرار گرفت. بیشترین حذف رنگ91درصد در شرایط بهینه شامل pH=2 ، زمان 25 دقیقه ،مقدار جاذب 0/02 گرم و غلطت رنگ 50 میلی گرم بر لیتر میباشد . همچنین داده تطابق خوبی با ایزوترم لانگمویر و سنتیک مرتبه دوم داشت.
کلمات کلیدی: اریوکروم سیانین R ، جذب سطحی ، سنتیک ، لانگمویر
-1 مقدمه
افزایش در سطح تولیدات رنگ و کاربردهای فراوان آنها در سطح جهانی منجر به تولید فاضلابهایی با آلودگی بالا می شود که به نوبه خود باعث ایجاد نگرانی های آلودگی محیط زیست می شود [1,2].بسیاری از مواد موجود در این پساب ها سمی و حتی سرطان زا هستند[3] .صنایع مختلفی مثل نساجی، کاغذ سازی،تصاویر رنگی،داروسازی، صنایع غذایی،آرایشی، الکتریکی و ...از این مواد رنگزا بوفور استفاده می کنند. [4] در کشور، بنا بر آمار به طور میانگین هر سال حدود7000 تن انواع مواد رنگی آلی - بجز پیگمانها - وارد می شود .بر اساس مطالعات انجام شده 10 تا 30 درصد رنگ استفاده شده در صنعت نساجی وارد پساب می شود که با فرض میانگین 10 درصد، تخلیه سالانه700 تن مواد رنگ زای آلی از کلاس های مختلف با پایداری بالای شیمیایی و تجزیه بیولوژیکی پایین، خطر جدی برای منابع آب محسوب می شود.
برای کاهش این خطر یک سلسله از روشهای حذف وکنترل بررسی شده است؛ مانند فرایند انعقاد شیمیایی، جذب سطحی، الکتروشیمیایی، اسمز هر یک از این ، معکوس و اکسیداسیون فتوشیمیایی.[5,6] کارآمدترین روش، جهت حذف رنگ های سنتتیک از پساب های صنعتی، فرایند جذب میباشد؛ زیرا ترکیبات رنگی موجود در فاضلاب، به سادگی به فاز جامد منتقل می شود؛ از طرفی، ماده جاذب مورد استفاده میتواندمجدداً احیا شده و در فرایند جذب، مورد استفاده قرار گیرد و یا اینکه پس از استفاده،در محلی خشک بدون تماس مستقیم با محیط، نگهداری شود .همچنین ثابت شده است که فرایند جذب به دلیل هزینه سرمایه گذاری حداقل، سهولت طراحی و بهره برداری و عدم حساسیت به ترکیبات سمی، یک راهکار تصفیه مطمئن می باشد؛ اما در عین حال استفاده از جاذب های گران قیمت، خود می تواند یک عامل محدودکننده محسوب شود.
رنگها براساس ساختار شیمیایی یا گروه عاملی رنگ به 30-20گروه تقسیم میشوند که مهمترین آنها آزو، آنتراکوئینون، فتالو سیانین وتری آریلن اتان هستند.[7]بدین منظور رنگ اسید بلو113 یا اسید سیانین 5آر به عنوان یک رنگ دی آزو که دارای دو گروه آزو در ساختار شیمیایی خود می باشد، به عنوان آلاینده مورد مطالعه در این تحقیق استفاده شد .رنگ اسید بلو 113 در واکنش با اسیدها، آلدهیدها، کرباماتها، سیانیدها، فلورایدهای غیر آلی، فلزات و ترکیبات آلی هالوژنه، ایزوسیاناتها، کتونها، نیتریتها، پروکسیدها و آکیل هالیدها تولید گازهای سمی و عوامل اکسید کننده یا احیا کننده قوی می کند .در شکل1 و جدول 1ساختار و دیگر مشخصات این رنگ قابل مشاهده است.
یزدانبخش و همکاران در سال 2010با نانو پودر سنتزی روی کرمیت به روش سل-ژل به حذف رنگ ری اکتیو 5 پرداختند.این نانو پودر ها با اندازه تقریبی 13 نانو متر جذب سطحی قابل ملاحطه ایی از خود در برابر رنگ RB5 نشان دادند. در این آزمایش pH وزمان،مقدارجاذب و دما مورد بررسی قرارگرفت و همچنین ایزوترم جذبی لانگمویر به عنواو ایزوترم بهتر مطرح شد . همچنین در مورد سنتیک جذب از سنتیک شبه مرتبه دوم پیروی میکند. بیشترین حذف رنگ در زمان2دقیقه و pH یک صورت گرفت.[8] شکوهی و همکاران در سال 2012 از مهرههای مغناطیسی آلژینات سدیم به عنوان جاذب برای حذف رنگ اریوکروم سیانین R استفاده کردند.
در این مطالعه تجربی، ابتدا با بکارگیری فناوری نانو، مهرههای مغناطیسی آلژینات سدیم با روش ترسیب شیمیایی، سنتز شدند و ایزوترم فروندلیچ و لانگموئر برای آنالیز دادهها مطالعه شدند .در این تحقیق حذف رنگ اسید سیانین5آر موجود در نمونههای فاضلاب رنگی سنتتیک توسط مهره های سنتز شده در رآکتور ناپیوسته مورد مطالعه قرار گرفت.بیشترین جذب در زمان180دقیقه با pH سه اتفاق افتاد.داده ها تطابق خوبی با ایزوترم لانگمویر داشت.[9]
-2 روش تحقیق
برای تهیه رنگ ابتدا 0,05 گرم از رنگ در بالن ژوژه cc500 به حجم رسانده شد و از این محلول به عنوان محلول مادر درانجام آزمایشات استفاده گردید.غلظتهای کاربردی جهت انجام آزمایشات محلول رنگی درغلظت300،250،200،150،100،50 میلی گرم بر لیتر بود. سپس تهیه محلولهای مورد نظر در تماس با مقدار 0/005 ،0/01 و0/02 گرم از جاذب در زمانهای تماسهای مختلف 30،25،20،15،10،5،2،مورد آزمایش قرار گرفت. همچنین pH محلول در 12،10،8،6،4،2،1 آزمایش شد. ادامه آزمایشات با ثابت در نظر گرفتن متغیرهای بهینه و بررسی تک تک پارامترها انجام گرفت و از نرم افزار اکسل برای تجزیه و تحلیل داده ها استفاده شد.
جهت سنجش غلظت رنگ مورد مطالعه از دستگاه اسپکتروفتومتر مدلPerkinElmer Lambda 35 استفاده شد؛که max= 481 /89nm تعیین گردید؛و بر اساس آن منحنی استاندارد رسم شد. جهت بررسی اثر pH در محدوده مورد نظر از اسید هیدروکلریک اسید و سود جهت تنظیم آن و جهت سنجش آن از دستگاه pH متر استفاده شد .سپس مقدار رنگ جذب شده ،qe - میلی گرم بر گرم - ، با استفاده از معادله 1 تعیین مقدار شد:در این معادلهC0 و Ce غلظت رنگ اولیه و تعادلی رنگ در فاز مایع - میلی گرم بر لیتر - V،حجم محلول - لیتر - و M ، مقدار جاذب مورد استفاده - گرم - می باشد.از طریق معادله 2 در هر مرحله حذف رنگ محاسبه میشود. ایزوترم ها ی جذب، معادلاتی برای تشریح حالت تعادل جزء جذب شونده بین فاز جامد و سیال می باشد.داده های تجربی تعادل جذب با مدلهای ایزوترم جذب لانگمویر، فروندلیچ و تمکین مورد بررسی قرار گرفت .معادله خطی آنها به ترتیب برابر معادلات شماره 3 و 4و 5 می باشد. [10 ,11 ]
