بخشی از مقاله
چکیده
هدف از انجام این پژوهش، حذف رنگ متیلن بلو از محلولهای آبی توسط جاذب طبیعی تفاله چای با استفاده از روش سطح پاسخ بر مبنای مدل طراحی مرکب مرکزی - - Central Composite Design میباشد. برای این منظور آزمایشات ناپیوسته به منظور ارزیابی اثر متغیرهای مستقل شاملpH ، غلظت رنگ، مقدار جاذب و زمان تماس انجام گردید. برای انجام آزمایشات از روش سطح پاسخ بر مبنای مدل CCD به منظور ارزیابی اثرات متقابل این متغیرها استفاده میشود. از آنالیز واریانس برای تجزیه و تحلیل دادهها استفاده میشود. پس از تجزیه و تحلیل آزمایشات pH معادل با 7/7 ، غلظت رنگ 12/5 میلی گرم بر لیتر، مقدار جاذب 0/08 گرم و زمان تماس 58 دقیقه به عنوان شرایط بهینه برای حذف رنگ متیلن بلو حاصل شد. مدل تایید شده درجه دوم میباشد و عدد R2 مربوط به این پژوهش %95/84، مقدار R2 تعدیل%91/37 و مقدار R2 پیشگویی %72/53 به دست آمد.
کلمات کلیدی: جذب سطحی، رنگ متیلن بلو، تفاله چای، روش سطح پاسخ، مدل طراحی مرکب مرکزی.
مقدمه
در حال حاضر آلودگی محیط زیست به عنوان یک مشکل و معضل جهانی مطرح می باشد.[1] رنگ ها از جمله خطرناک نرین گروه های ترکیبات شیمیایی یافت شده در پساب های صنعتی بوده که بنا به دلایلی از قبیل کاهش قابلیت نفوذ نور و به دنبال آن ایجاد اختلال در انجام فرآیند فتوسنتز در منابع آبی از اهمیت قابل ملاحظه ای برخوردار می باشند3]،.[2 از نظر ساختار شیمیایی، رنگ ها را می توان به رنگ های اسیدی، راکتیو، بازی، دیسپرس، آزو، دی آزو، آنتراکوئینون، فلزی، گوگردی، تری فنیل متان و فتالوسیانین طبقه بندی کرد.[4] این ترکیبات همچنین از نقطه نظر زیبایی شناختی بر کیفیت آب برای مصارف شرب و سایر مصارف اثر منفی بر جای گذاشته اند.[5]
متیلن بلو با فرمول شیمیایی C16H18N3SCl و جرم مولکولی 319/85 g/mol، از رنگ های کاتیونی و ماده آلاینده متداول مورد استفاده در پساب صنایع نساجی است[6]، که بسیار سمی بوده و موجب آثاری همچون سوزش چشم ها، مشکلات تنفسی، ایجاد تهوع، استفراغ، تعریق شدید، افزایش ضربان قلب، زردی، شوک، گیجی و نکروز بافت، متهموگلوبینما در انسان ها می شود8]،.[7 در حال حاضر روشهای مختلف شیمیایی، فیزیکی، بیولوژیکی و یا روشهای تلفیقی برای حذف رنگ از محلولهای آبی استفاده می شود. این روش ها شامل جذب سطحی، الکترودیالیز، اکسیداسیون پیشرفته، انعقاد و لخته سازی، غشاء تبادل یونی، اولترافیلتراسیون، تجزیه فتوکاتالیستی و اسمز معکوس می باشند.
از بین تمامی روشهای موثر در حذف رنگ، جذب سطحی و استفاده از جاذب های ارزان قیمت مثل مواد زاید کشاورزی از قبیل کاه برنج و گندم، پوسته برنج، پوسته بادام، پوست موز، برگ چای و ساقه آفتابگردان به عنوان متداولترین روش مطرح می باشد10]،Gong .[9 جذب رنگ متیلن بلو را به وسیله کاه برنج اصلاح شده با اسید سیتریک مورد بررسی قرار داد و ظرفیت جذب کاه خام و اصلاح شده را به ترتیب 80 و 270mg/g به دست آوردSeema .[11] با استفاده از پوست سیب، جذب دو رنگ متیلن بلو و کریستال ویوله را مورد مطالعه قرار داد و ظرفیت جذب را به ترتیب 130 و 95/2 mg/g به دست آورد.[12]
از مدل های آماری مورد استفاده در طراحی آزمایش، روش پاسخ سطح - - Response Surface می باشد که روشی ساده، موثر و اسلوب مند برای بهینه کردن فرایندهای مختلف می باشد. این روش را می توان به روش طرح مرکب مرکزی - Central composite - و یا باکس بنکن - - Box-Behnken انجام داد. بنابراین هدف از انجام این تحقیق، با توجه به فراوانی چای درکشورمان حذف رنگ متیلن بلو از آب توسط تفاله چای توسط مدل مرکب مرکزی و اثر متقابل عوامل موثر بر فرایند شاملpH، زمان تماس، غلظت اولیه رنگ و مقدار ماده جاذب در وضعیت ناپیوسته - - Batch می باشد.
بخش تجربی
مواد و تجهیزات
این مطالعه، یک مطالعه تجربی - آزمایشگاهی می باشد که در سیستم ناپیوسته انجام گردید. رنگ و سایر مواد شیمیایی از شرکت مرک آلمان تهیه گردیده است. ساختار مولکولی رنگ متیلن بلو در شکل - - 1 نشان داده شده است.
آماده سازی بیوجاذب
تفاله چای پخته شده از یک نوع چای ایرانی بنام المنیس جمع آوری شد و برای مدت 3 ساعت در معرض اتانول 5 درصد قرار داده شد تا رنگشان از بین برده شود و در دمای 105 درجه سانتی گراد به مدت 24 ساعت بی رنگ و خشک گردید. پس از آسیاب شدن، برای تعیین اندازه ذرات بیوجاذب،از الکهای 30،60،120و200 مش عبور داده میشود که در این پروژه از مش 120 استفاده میشود. پودر به دست آمده تا موقع استفاده تحت شرایط خلا در دسیکاتور نگهداری شده است. شکل شماره 1 تصویری شماتیک از آماده سازی بیوجاذب را ارائه می دهد.
طراحی آزمایشات
بهینه سازی حذف رنگ با استفاده از روش پاسخ سطح با به کار گیری مدل مرکب مرکزی انجام گردید. چهار فاکتور pH ، مقدار جاذب ، زمان تماس و غلظت با پنج سطح مطابق جدول شماره 1 مورد آزمایش قرار گرفتند. آزمایشات تعیین شده به همراه راندمان حذف، در جدول شماره 2 آمده است.
