مقاله حذف رنگ متیلن بلوبوسیله رس اصلاح شده

بخشی از مقاله

چکیده

حذف رنگ از پسابهای صنعتی، به خصوص کارخانجات نساجی و رنگرزی همواره از اقدامات مهم برای کنترل آلودگی های آنها است. وجود مقدار ناچیز رنگ در آب، شفافیت و غلظت اکسیژن محلول در آب را کاهش داده و در نتیجه حیات آبی محیط های پذیرنده را تهدید می کند. هدف این پژوهش ایجاد شرایط آزمایشگاهی برای حذف رنگ - - Methylen Blueاز محلول آبی به وسیله جذب آن با خاک رس و رس اصلاح شده بوده است. جذب رنگ روی جاذب به ماهیت رنگ، pH، غلظت رنگ و زمان تماس وابسته است.

بیشینه ی راندمان حذف رنگ از محلولهای حاوی غلظتهای اولیه رنگ 200mg/L برای خاک رس به ترتیب 71 درصد و برای رس اصلاح شده به ترتیب 90 درصد به دست آمد. ایزوترم های تعادل به وسیله معادلات لانگمویر و فرندلیچ بت ورابنین-رادوشکویچ آنالیز شد. آنالیز نتایج آزمایشگاهی نشان داد که جذب رنگ خاک رس و رس اصلاح با ایزوترم فرندلیچ تطابق مطلوبی دارد. داده های دینامیکی با مدل سینیتکی شبه مرتبه دوم تطبیق دارد . نتایج این پژوهش نشان داد که خاک رس و رس اصلاح شده جاذب مناسبی برای حذف مواد رنگی از پسابهای حاوی آن است.

واژههای کلیدی: رنگ زدایی، متیلن بلو، خاک رس، خاک رس اصلاح شده.

- 1 مقدمه

صنعت نساجی یکی از بزرگترین صنایع مصرف کننده آب درجهان می باشدکه وجودرنگ درفاضلاب های نساجی سبب ایجاد خطرات مهیبی درمحیط زیست می شود که زندگی گیاهان وجانوران به خصوص آبزیان راتحت تاثیر قرارمی دهد.رنگ های موجوددرپساب،آب زیرزمینی رانیزآلوده می کنند.ازآغاز بشریت تابه امروزرنگ ها مورداستفاده بوده اند.بعضی ازرنگ ها منشا طبیعی داشته اند و از حشرات و قارچها و گیاهان بوجود آورده اند. با وسیع شدن کاربرد رنگ ها تولید رنگ های مصنوعی افزایش یافت . رنگهای قلیایی،نمک هایی از بازهای آلی که حاوی گروه های آمینه وآمینوی ترکیب شده بااسیدهای بی رنگ مانند اسیدسولفوریک واسیدهیدروکلریک هستند.

یکی از مهم ترین آلایندههای صنعتی رنگها میباشند .[1] تخمین زده میشود میزان تولید سالانه این مواد بالای 7×105 تن باشد. رنگ متیلن بلو یکی از این مواد پرمصرف در صنعت است که برای رنگ کاری کتان و ابریشم استفاده قرار می شود. از میان روش های مختلف تصفیه پساب های حاوی رنگ، جذب سطحی به دلیل مقرون به صرفه بودن و توانایی استفاده در مقیاس وسیع از مقبولیت بیشتری برخوردار است. در این فرایند، برای حذف آلایندههای مختلف از فاضلاب به خصوص آلاینده های رنگی، از جاذبهای مختلفی استفاده می شود که می توان از انواع خاک رس ها از قبیل کائولینیت[2]، مونت موری لونیت - ایلیت ومخلوط - [3-7] پالی جورسکیت[8-9]،]،کربن فعال.[10]

هدف از این پژوهش، ارزیابی قابلیت حذف رنگ کاتیونی متیلن بلو از پساب به وسیله ی دو جاذب ارزان قیمت خاک رس و خاک رس اصلاح شده می باشد. اثر پارامترهای مختلفی همچون pH، غلظت رنگ، زمان تماس و زمان تعادل و نیز امکان کاربرد ایزوترمهای جذب سطحی مورد بررسی قرار گرفت.طراحی آزمایش یک روش آماری برای ارزیابی اثرگذاری عمل های مختلف بر روی یک متغیر خروجی است. پایه طراحی آزمایش بر این روش استوار است که برخی از روش های گردآوری داده ها درباره عمل ها وآزمایش های بسیار موثرترو کامل تراز دیگر روشها است . درطراحی آزمایشها عامل های مختلفی را  که تصور میشود بر روی یک فرآیند موثرمیباشند، با در نظر گرفتن دامنه ای از مقادیر ممکن برای هر عامل بررسی می شود و در این صورت هدف پیدانمودن ترکیب خاصی از سطوح عامل است که بهترین اثر مطلوب را روی یک فرایند خاص دارد.

طراحی آزمایش ها به روش سطح پاسخ - RSM - در اولین سال 1950 میلادی شکل گرفت و کاربرد اولیه آن بیشتربرای صنایع شیمیایی بود ولی اخیراً به طور گسترده ای از روش سطح پاسخ - RSM - برای بهبود کیفیت، طراحی محصول و آنالیز عدم قطعیت استفاده می شود. روش متداول زیر مجموعه طراحی آزمایش ها به روش سطح پاسخ - RSM - طراحی آزمایش ها به روش Central Composite Design هستند. تعداد آزمایش ها در روش CCD به طور معمول زیاد و قابل گردش است . روش CCD از طراحی عاملی دو سطحی با رزولوشن V و بیشتر ساخته شده است - طراحی عاملی + نقاط مرکزی + نقاط محوری - . درروش CCD هر فاکتور پنج سطح متفاوت دارد - شامل سه نقطه در داخل حدود مشخص شده برای هر عامل و دو نقطه خارج از حدود مشخص شده برای هر عامل است   - . معادله رگرسیونی بدست آمده از روش  CCD یک معادله  Cubicمیتواند باشد - حداقل تعداد سطوح لازم برای معادله Cubic چهار سطح میباشد .[11]

-2 روش تحقیق

1-2 مواد شیمیایی و جاذب

کلیه مواد شیمیایی مورد استفاده در این تحقیق با خلوص تجزیه ای بوده و از شرکت مرک آلمان تهیه شدند . خاک رس استفاده شده به عنوان جاذب با نام تجاریNikkanite GZ-36 توسط شرکت NIPPON KASSEIHAKUDO CO LTD تهیه شده بود. بعد از خرد کردن از الکهای استاندارد عبور داده شد - ًِ% وزنی دانه ها در محدوده ً/ّ تا 1/19mmقرار داشتنند وًِ% دانه ها کوچک تر از mm ً/ّ است - . برای اصلاح خاک رس از نمک سدیم کلراید استفاده شد. برای تهیه نانورس همو سدیمی ابتدامقدار10 گرم ازرس خام را با100 میلی لیتر نمک سدیم کلراید یک نرمال مخلوط و به مدت 300 دقیقه بر روی همزن مغناطیسی قرار داده شد .

سپس با استفاده از کاغذ صافی رسوب از محلول جدا و چندین بار با آب مقطر شسته شد و در انتها جهت خشکسازی به مدت یک شب درون آون با دمای 60درجه سانتیگراد قرار گرفت . بعد از آماده شدن مورد تست و ارزیابی قرار گرفت. خصوصیات مهندسی رس متاثر از نحوه قرارگیری پولک های رس در کنار یکدیگر و نوع ساختار خاک - پراکنده و درهم - میباشد . براساس تئوری لایه دوگانه رس، ضخامت لایه دو گانه تابعی از ظرفیت کاتیون، غلظت و شعاع هیدراته آن است . بنابراین افزایش پراکندگی ذرات خاک در حالت وجود کاتیون سدیم را می توان به جایگزین سدیم با شعاع هیدراته بزرگتری به جای هیدروژنهای ساختار رس و در نتیجه افزایش لایه دوگانه نسبت داد . در نتیجه حذف رنگ متیلن بلو با رس اصلاح شده نسبت به رس پیش ترکیب Nikkanite GZ-36 بیشتر خواهد بود.

2-2 روش انجام آزمایش

در همه ی آزمایشها برای تنظیم pH از محلول ً/ٌ مولار اسیدکلریدریک و هیدروکسید سدیم استفاده شد. برای بررسی اثر pH، 0/05 گرم از ماده جاذب به 50mL محلول رنگی با غلظت اولیه 200mg/L که pH آنها در محدوده ٍ تا 12 تنظیم شده بود اضافه و مخلوط ًَ دقیقه روی همزن مغناطیسی با سرعت 150rpm در دمای آزمایشگاه هم زده و سپس برای تعیین غلظت رنگ آنالیز شد . از pH بهینه برای انجام سایر آزمایش ها استفاده شد . برای بررسی اثر زمان تماس و غلظت رنگ بر میزان حذف، 0/05 گرم از ماده جاذب به 50 mL محلول رنگی با غلظت 200 mg/L افزوده و مخلوط موردنظر به مدت 90 و 60 ،30 ،20 ،10 ،5 ،2 دقیقه روی همزن مغناطیسی با سرعت 150rpmدر دمای آزمایشگاه هم زده و برای تعیین غلظت رنگ آنالیز شد برای بررسی اثر غلظت جاذب و مطالعه ایزوترم های جذب، مقادیر 0.01 تا .03 گرم از جاذب به حجم 50mLاز محلول رنگی با غلظت های 200mg/Lافزوده و مخلوط تا رسیدن به زمان تعادل با همزن مغناطیسی با سرعت 150rpm در دمای آزمایشگاه هم زده و در پایان برای تعیین غلظت رنگ آنالیز شد .همه ی آزمایش ها سه مرتبه تکرار شدند و مقدارگزارش شده، میانگین اندازه گیری ها با انحراف معیار نسبی - رابطه - 1 کمتر از ِ درصد بود. برای محاسبه درصد راندمان جذب و  میزان جذب به ترتیب از روابط ٍ و َ استفاده شده است [12]