بخشی از مقاله
در این تحقیق به حذف رنگ راکتیو بلک 5 از پساب نساجی پرداخته شده است. آزمایشات شامل دو مرحله بوده که در قسمت اول سنتز جاذب نانوفیبر PPY/PANI بوده و در قسمت بعدی استفاده از جاذب برای آزمایشات مربوط به حذف رنگ راکتیو بلک 5 از پساب حاوی رنگزا پرداخته شده است بعد از هر آزمایش محلول از کاغذ صافی عبور داده و محلول خارج شده از کاغذ صافی در دستگاه اسپکتروفتومتر قرار گرفت و مقدار جذب مشخص شد. با توجه به غلظت اولیه و ثانویه درصد جذب بررسی شد. این تحقیق در غلظت اولیه رنگ 42/77 ppm و مقدار جاذب 0/1-0/4 gr/50cc وpH = 2-10 و زمان تماس بین 3-24 دقیقه و دمای بین 20- 50 œC انجام گرفت و نتایج هم با طراحی آزمایش - Design expert - و هم توسط سینیتیک و ترمودینامیک و ایزوترم های جذب مورد بررسی قرار گرفت. ساختار نانوفیبرپلیمری توسط FTIR و SEM مورد بررسی قرار گرفت. بالاترین راندمان حذف رنگ در PH برابر 2 و زمان تماس 24 دقیقه و مقدار جاذب 0/4 gr/50cc و دمای 20 œC صورت گرفته است که در این شرایط راندمان حذف برابر %98/8 است. فرایند جذب از مدل سینیتیک شبه درجه دوم نسبت به شبه درجه اول و داده های تعادلی از مدل فرندلیچ نسبت به لانگمویر پیروی می کند. و در بررسی ترمودینامیک که H منفی نشان می دهد که فرایند گرماده بوده و S منفی نشان می دهد که بی نظمی کاهش می یابد و G منفی نشاندهنده خودبخودی بودن فرایند است.
کلمات کلیدی: راکتیو بلک 5 ، پساب نساجی، طراحی آزمایش، سینیتیک، ایزوترم، نانوفیبر.
مقدمه :
مشکل اصلی آلودگی در صنعت نساجی آلودگی آب است. همچنین پسابها صنایع رنگرزی نساجی حاوی مقادیر قابل توجهی از ترکیبات آلی رنگزا میباشند. وجود مواد رنگزای آلی در پسابهای صنعتی به علت جلوگیری از نفوذ نور به داخل آب، اختلال در عمل فتوسنتز، کاهش انتقال اکسیژن به داخل آب و حلالیت گازها و اثرات سمی آنها صدمات جبران ناپذیری به محیط زیست وارد می نماید .از این رو تصفیه پسابهای رنگی فاضلاب نساجی قبل از تخلیه آنها به محیط زیست، ضروری می باشد .[1]روش های معمول تصفیه فاضلاب صنایع نساجی به ویژه فاضلاب خروجی از فرایند رنگرزی در بیشتر موارد مقرون به صرفه نبوده و از طرفی هر کدام از روش های تصفیه جهت جداسازی رنگ خاصی کارایی دارند و برای حذف سایر رنگ ها دارای راندمان پایینی هستند.[2]
روشهای مختلفی مانند فرایندهای تصفیه بیولوژیکی ، شیمیایی و فیزیکی برای حذف رنگ از فاضلاب ها ارائه شده است.[4 ,3] فرایندهای تصفیه بیولوژیکی روشی موثر در حذف رنگ نمی باشد چرا که اغلب رنگها به تجزیه بیولوژیک مقاوم هستند و این فرایندها گرانقیمت بوده و از لحاظ اقتصادی جذاب نمی باشند.[5] سیستم های فیزیکی- شیمیایی مواد جامد در ضایعات زیادی تولید کرده لذا برای کاربرد صنعتی مناسب نیستند . جذب یکی از تکنیکهای امیدبخش برای حذف رنگ از آب و فاضلاب می باشد مهمترین جاذبی که بطور گسترده استفاده شده است کربن فعال می باشد کربن فعالی تجاری که امروزه در دسترس است بعلت مواد اولیه غیر قابل تجدیدپذیر آن نسبتا گران قیمت محسوب می شود.[6]
تا به امروز تعداد زیادی از جاذب های تجاری مانند ذغال چوب، سیلیکاژل، لجن، پسماندهای کشاورزی - پوسته نارگیل، سبوس ، برنج، تفاله نیشکر و ... - پسماندهایی بر پایه کتان و سلولز - پرتغال، لیمو، موز و ... - کیتوسان، آهن، نانوساختار و اکسیدتیتانیوم برای حذف رنگها استفاده شده است.[7]رنگ راکتیو بلک - RB5 - 5 یک رنگ راکتیو سولفاته شده با دو پیوند آزو ، محلول در آب و سیاه رنگ بوده، سرطان زا و سمی است در آب قابل حل بوده و پایداری زیادی در محیط زیست دارد و به سختی زیست تخریب است که در صنایع نساجی مصرف زیادی دارد در این تحقیق به عنوان رنگ مدل برای آزمایش های بهینه سازی مورد استفاده قرار گرفت - شکل. - 2
حذف رنگ راکتیو بلک 5 با استفاده از خاکستر فعال در سال 2006 مورد مطالعه قرار گرفت و مشخص شد که ظرفیت جذب رنگ توسط کربن فعال و خاکستر فرار به ترتیب 58/823 و 7/936 میلی گرم به ازای هر کدام از جاذب بوده است.[8]استفاده از جاذب های دیگری همچون زغال اسنگنوم - sphagnum - ، کربن فعال، زغال استخوان، کربن فعال حاصل از بامبو، پوسته بادام زمینی، کربن فعال گرانولی تهیه شده از بامبو و لجن فعال خشک شده نیز مورد بررسی قرار گرفت که ظرفیت جذب هر یک به ترتیب برابر 7، 176، 545، 50، 39/02، 116 میلی گرم به ازای هر گرم از جاذب بوده است ,9] .[10در مطالعه ای که توسط جواد جعفری و همکارانش روی حذف رنگ راکتیو بلک 5 از محلول آبی با استفاده از گل قرمز فعال شده انجام دادند از گل قرمز به عنوان یک جاذب ارزان قیمت در تصفیه انواع پساب مورد استفاده قرار گرفته است .[11] بهترین راندمان در pH =3 و غلظت رنگ 20 ppm و مدت زمان 60 دقیقه و مقدار جاذب 2 gr است.[12]
در تحقیقی که توسط قربان عسگری و همکارانش در سال 2015 انجام شد از فرایند ازن زنی کاتالیزوری برای حذف رنگ راکتیو بلک 5 توسط خاکستر استخوان تثبیت شده با mgo با مدل تاگوچی انجام شده است. در این آزمایشات ازن زنی در راکتور نیمه منقطع انجام گرفت. طبق نتایج بدست آمده شرایط بهینه حذف رنگ در زمان 20 دقیقه، pH برابر 8 و غلظت اولیه 50 ppm، مقدار کاتالیزور 0/3 گرم در لیتر به دست آمد. در این شرایط راندمان حذف رنگ %98 و حذف COD برابر %85 گزارش شد. بر اساس آنالیز میانگین داده ها، بیشترین تاثیر مربوط به غلظت اولیه آلاینده با % 51/8 کمترین تاثیر مربوط به pH با % 3/8 بود.[13]در تحقیقی توسط Madhumita Baumik در سال 2011 بر روی حذف کروم شش ظرفیتی از محلول آبی با استفاده از نانوفیبر PPY/PANI انجام گرفت در این تحقیق بیشترین راندمان حذف در pH برابر 2 که برابر 227 mg/g بود و این فرایند از معادله شبه درجه دوم پیروی می کند و ایزوترم لانگمویر برای این فرایند مناسب است.[14]
مواد و روش ها
کلیه مواد شیمیایی از شرکت مرک - - MERK تهیه شده و حذف رنگ بر روی پساب کارخانه نساجی آمل انجام گرفت . و در کلیه آزمایشات از هیتر مغناطیسی بدون دما استفاده گردید. و دما در تمام موارد دمای محیط یعنی 20 درجه سیلسیوس بود. در این آزمایش از جاذب نانوفیبر برای حذف رنگ راکتیو بلک 5 - که خصوصیات آن در جدول 1 آمده است - از محلول آبی در مقیاس آزمایشگاهی استفاده شده است.برای سنتز نانوفیبر، 6 گرم از FeCl3 را در 80 میلی لیتر آب مقطر دوبار تقطیر حل کرده به مدت 15 دقیقه روی هیتر مغناطیسی گذاشته تا هم خورده و یکنواخت شود سپس 0/4 میلی لیتر مونومر پیرول و 0/4 میلی لیتر مونومر آنیلین را به آرامی به محلول کلرید آهن اضافه کرده و به مدت 5 دقیقه گذاشته تا هم بخورد سپس از روی هیتر مغناطیسی برداشته و 6 ساعت زمان داده تا واکنش پلیمریزاسیون انجام گیرد سپس 10 میلی لیتر استون به مخلوط واکنش اضافه کرده تا واکنش پلیمریزاسیون متوقف شود سپس مخلوط را از صافی عبور داده و با آب مقطر شسته تا رنگدانه های آن از بین برود و بعد از آن با استون شستشو میدهیم تا الیگومرهای آن حذف شود.[15] این نانوفیبر را به مدت 6 ساعت در دمای 80 درجه در آون خلا گذاشته تا خشک شود.[14]
حجم تمام محلول ها 50cc در نظر گرفته شد. بعد از هر آزمایش محلول از کاغذ صافی عبور داده شد و محلول خارج شده از کاغذ صافی در دستگاه اسپکتروفتومتر قرار داده شد و مقدار جذب مشخص شد. با توجه به غلظت اولیه و ثانویه درصد جذب بررسی شد. برای تعیین شرایط بهینه نخست pH مورد بررسی قرار گرفت . به این ترتیب که 50 سی سی محلول رنگی 42/77 ppm در بشر 100 سی سی آزمایش به آن اضافه شد و به مدت 60 دقیقه محلول به طور یکنواخت هم خورد . این عمل در pHهای مختلف از 2 تا 10 تکرار شد - برای تنظیم PH از اسیدکلریدریک و سود 0/1 نرمال استفاده شد - ، بعد از صافی نمودن نمونه در دستگاه اسپکتوفتومتر در PD[ 597 Qm قرار داده شد ، بعد از pH، تست های زمان بهینه، جرم جاذب و غلظت محلول انجام شد .
برای تعیین زمان مناسب همان آزمون در شرایط pH بهینه در زمان های مختلف از 1 تا 25 به فاصله 3 دقیقه انجام شد و به این ترتیب زمان بهینه تعیین شد. برای تعیین جرم جاذب بهینه، همان آزمون pH در شرایط زمان و pH بهینه تکرار شد و جرم های مختلف جاذب مورد آزمون قرار گرفت.و به همین ترتیب با تکرار آزمون در شرایط بهینه و با غلظت های مختلف محلول شاهد محلولی که در آن جذب به حالت ثبات می رسد مشخص شد..[16]برای تعیین غلظت رنگ از منحنی استاندارد استفاده می کنیم جهت تهیه این منحنی استاندارد غلظت های مختلف رنگ از 1-100 ppm ساخته شد و جذب آنها را در دستگاه اسپکتروفتومتر اندازه گیری می کنیم. و منحنی استاندارد غلظت در برابر جذب را رسم می کنیم.
