بخشی از مقاله
چکیده
روشهای مختلفی برای تصفیه پسابهای صنعتی بهکار رفته است. هدف این تحقیق، حذف رنگزای مشکی 5 از پسابهای صنعتی با استفاده از نانوکامپوزیت پلی آنیلینFe3O4/ می باشد. در این تحقیق، ابتدا نانوذرات مغناطیسی Fe3O4 سنتز شد. سنتز نانوذرات با XRD و SEM تایید شد. سپس با نشاندن پلی آنیلین روی نانوذرات، نانوکامپوزیت پلی آنیلینFe3O4/ تهیه و سنتز آن با SEM ,TEM و FTIR تایید گردید. اثر پارامترهای مختلف: pH، زمان تماس، مقدار جاذب و دما در جداسازی رنگ ، بررسی و بهینه شد. مطالعات نشان داد که سینیتیک جذب از معادله شبه مرتبه2و ایزوترم جذب ، از معادله لانگمیور تبعیت میکند.
کلمات کلیدی: نانوکامپوزیت، نانوذرات مغناطیسی آهن، پلیآنیلین، رنگ راکتیو مشکی .5
.1 مقدمه و هدف
آب سالم بنیان اساسی برای ادامه حیات بشر و تأمین بهداشت میباشد. از آنجا که محور توسعهی پایدار، انسان سالم است و سلامت انسان درگرو بهرهمندی از آب آشامیدنی مطلوب میباشد، لذا بدون تأمین آب سالم، جایی برای توسعه و سلامت جامعه وجود نخواهد داشت .[1] با افزایش جمعیت جهان و رشد سریع صنایع گوناگون و بروز آلودگیهای مختلف در آب، کمبود آب سالم کم کم احساس شد. لذا فکر جلوگیری از آلودگی آب و تصفیهی آن دغدغهی افراد زیادی گشت.
.2 تئوری و پیشینه تحقیق
یکی از صنایع مهم و مؤثر در آلودگیهای جدی آب، صنعت نساجی است که سالانه با مقادیر زیادی مواد رنگزا و رنگینه سروکار داشته و یکی از گروههای بزرگ آلودهکنندهی آب هستند. میزان کل تولید رنگینه در سال 1990 درسراسر جهان به 800 هزارتن در سال رسید.[2] امروزه در جهان بیش از 100000 نوع رنگینه و رنگدانههای مختلف وجود دارد که از این میان 10000 نوع در صنایع نساجی و چاپ به کار میرود.[3] توجه به این نکته حائز اهمیت است که در حدود 10تا20 درصد از رنگینهی استفاده شده در صنایع مختلف از طریق ضایعات و فاضلاب و پسابهای صنعتی وارد محیطزیست می گردد .[4] رنگزاها، اولین آلایندههایی هستند که در پسابها شناسایی میشوند زیرا حضور مقادیر اندک آنها در آب بسیار مشهود و نامطلوب میباشند.[5]
آلایندهها باید قبل از تخلیه به محیطهای طبیعی، از پسابهای صنعتی حذف شوند. زیرا این ترکیبات قادرند برای مدت زمان طولانی و به صورت پایدار در محیط باقی بمانند و از این طریق حیات را مختل نمایند .[6] درطول سال های گذشته جهت حذف مواد رنگزا از آب روشهای مختلفی بهکار رفته است. به طور کلی آلودگیهای موجود در آب با استفاده از سه روش کلی حذف میشوند: -1 روشهای فیزیکی -2 روشهای زیستی - بیولوژیکی - -3 روشهای شیمیایی . [ 7] درمیان فناوریهایی که برای حذف رنگزاها وجود دارد، جذب سطحی یک فناوری انتخابی با کارایی بالاست. که میتوان از آن برای حذف آلایندههای مختلفی از جمله رنگزاها استفاده نمود.چنانچه سیستم جذب بهدرستی طراحی گردد میتواند پساب را با کیفیت بالا تصفیه نماید. [7]
اخیرا اکثر سیستمهای تجاری از کربن فعال به عنوان جاذب برای حذف رنگزاها از پسابهایشان استفاده میکنند که این امر به دلیل قدرت جذب بالای این جاذب می باشد. ولی گران بودن و هزینه بر بودن احیا آن باعث شده است که امروزه تمایل زیادی برای استفاده از جاذبهای ارزان قیمت و دوستدار محیط زیست برای جذب رنگها از پسابهای صنایع نساجی به وجود آید .[ 5] جدیدترین روشها، مبتنی بر فناوری نانو بوده است.جنبه نوآوری این تحقیق آن است که سنتز نانو کامپوزیتپلی آنیلینFe3O4/ بکار رفته دراین تحقیق در جریان این تحقیق صورت گرفته است. ثانیا، این نانو کامپوزیت خاصیت مغناطیسی داشته و پس از حذف رنگ ، به راحتی به کمک یک آهنربا از پساب جداسازی میگردد. همچنین در این تحقیق اثر پارامترهای مختلف: مقدارجاذب، زمان تماس، غلظت رنگ و pH بررسی و بهینه شد. درپایان ایزوترم جذب وسنیتیک جذب رنگ نیز مطالعه گردید.
.3 مواد و روش تحقیق
مواد بکار رفته در این تحقیق عبارتند از:
-1 سولفوریک اسید 1مولار، که از شرکت Merck تهیه شد و برای نشاندن پلیمر روی Fe3O4 استفاده شد. -2پتاسیم یدات، که از شرکت Merck تهیه شد و به عنوان اکسنده در تهیه نانوکامپوزیت بهکار رفت. -3آنیلین از شرکت Merck تهیه شد وپس از تقطیر، برای سنتز پلیآنیلین استفاده گردید.CTAB-4 که نقش سورفکتانت را در نشاندن پلیمر بر روی Fe3O4 داشت.-5نمک آهن - II - کلرید متبلور، که از شرکت Merck تهیه شد و درساخت نانوذرات Fe3O4 استفاده شد. -6 نمک آهن - III - کلرید متبلور ، که از شرکت Merck تهیه شد و درسنتز نانوذرات Fe3O4 استفاده شد. -7هیدرکلریک اسید 12مولار، که از شرکت Merck تهیه شد و درساخت نانوذرات Fe3O4 مصرف شد.-8 سدیم هیدروکسید 1/5مولار، که از شرکت Merck تهیه شد و درساخت نانوذرات Fe3O4 استفاده گردید.-9 رنگزاهای مشکی 5 که از شرکت Dystar تهیه شد و بدون هیچ عملیات خالصسازی و با همان خلوص تجاری مورد استفاده قرار گرفت.
در این تحقیق ابتدا نانو ذرات مغناطیسی Fe3O4 با استفاده از روش رسوب شیمیایی سنتز شدند. سپس جهت بهینه کردن سطح نانوذرات، پلیمر آنیلین بر روی Fe3O4 نشانده شد، تا نانوکامپوزیت پلیآنیلین Fe3O4/ تشکیل گردد. برروی محلولهای استاندارد رنگ باغلظت معین، که مقدارجذب اولیه آنها به کمک دستگاه UV-VIS قرائت شده بود، مقادیر مشخص از نانوکامپوزیت سنتز شده، جهت حذف رنگ اضافه شد و مخلوط حاصل به کمک همزن دست ساز، در مدت زمان معینی همزده شد تا حذف رنگ کامل گردد. سپس مخلوط که محتوی نانوکامپوزیت و رنگ جذب شده بر روی آن میباشد، به کمک آهنربای قوی - 1/4تسلایی - تهنشین شده و پس از سانتریفوژ محلول بالای آن، جذب ثانویه به کمک دستگاه UV-VIS قرائت شد، تا میزان حذف رنگ مورد نظر از محلول، توسط نانوکامپوزیت پلیآنیلین Fe3O4/ مشخص شود. همچنین در هرمرحله میزان حذف رنگزاها با پلیآنیلین تنها - بهعنوان جاذب - نیز بررسی و حذف رنگ توسط دونوع جاذب - نانوکامپوزیت و پلیآنیلین تنها - با هم مقایسه شد.
تهیه نانو ذره Fe3O4
مقادیر 5/2 گرم از نمک متبلور FeCl3.6H2O و 2 گرم از نمک متبلور FeCl2.4H2O درون بشر250 میلی لیتری ریخته و بر روی آنها 25 میلی لیتر آب مقطر دوبار تقطیر شده، اضافه شد. به مجموعه حاصل 0/85 میلی لیتر ازمحلول HCl، 12 مولار افزوده - علت افزایش اسید HCl به منظور انحلال بهتر نمک های آهن و پایداری یونهای Fe 2+ وFe3+ میباشد - و مدت 20 دقیقه از محلول داخل بشر، گاز N2 عبور داده شد - به منظور حذف گاز O2 از محلول - . 250میلی لیتر سود که گاز N2 از آن عبورداده شده ، قطره قطره در مدت 30 دقیقه وارد بشر اولی گردید. در پایان واکنش، به کمک یک آهنربا قوی 1/4 تسلایی رسوب تشکیل شده - Fe3O4 - که خاصیت مغناطیسی دارد، از سوسپانسیون داخل بشر جدا گردیده و پس از شستشو، آن را درون آون در دمای100 درجه سانتیگراد خشک کرده و سپس به کمک هاون چینی سائیده شد تا بهصورت گرد در آید. از ذرات Fe3O4 تهیه شده، تصاویری با میکروسکوپ های الکترونی SEM و TEM گرفته شد که این تصاویر تشکیل ذرات در حد نانو را تائید میکنند. تصاویر در شکل 1 و 2 مشاهده میشوند.
تهیه نانو کامپوزیت پلی آنیلین Fe3O4 /
جهت نشاندن پلیمر آنیلین بر روی نانوذرات Fe3O4 ، بر روی100میلی لیتر محلول سولفوریک اسید 1 مولار 1گرم KIO3 اضافه نموده و مخلوط حاصل به مدت 15 دقیقه با مگنت هم زده شد. سپس 1 گرم از نانوجاذب Fe3O4 سنتز شده را به مخلوط افزوده و مجموعه، به مدت 10 دقیقه همزده شد. سپس 0/2گرم CTAB بهعنوان سورفکتانت به مخلوط اضافه کرده و دوباره 20 دقیقه دیگر هم زده شد. آنگاه مقدار 1 میلی لیتر آنیلین تقطیر شده، به محتویات بشر افزوده و مدت 5 ساعت هم زده شد. در پایان پس از جداسازی رسوب تشکیل شده به کمک آهنربای قوی، رسوب را به ترتیب دوبار با آب مقطر و یکبار با استون و یکبار دیگر با آب مقطر شستشوداده شد و جهت خشک کردن، آن را به مدت 24 ساعت در دمای 80 درجه سانتی گراد در آون گذاشته و سپس به کمک هاون چینی سائیده شد تا به صورت گرد درآید. از نانوکامپوزیت تهیه شده، تصاویر الکترونی SEM و طیف FTIR گرفته شد که این تکنیکها ومقایسه طیفهای حاصل با نمونه طیفهای پلی آنیلین تنها و ذرات Fe3O4 تنها، نشستن پلیمر برروی نانوذرات Fe3O4 را تأیید میکنند. نتایج در شکلهای 3-6 مشاهده میشوند.
