بخشی از مقاله
خلاصه
رنگها از مهمترین آلودگیهای زیست محیطی محسوب میشوند که دارای خطراتی از جمله سرطانزایی و جهشزایی میباشند. فاضلاب صنایع نساجی و رنگرزی به دلیل استفاده از انواع رنگها در فرایندهای مختلف، بهشدت رنگی است که باید قبل از تخلیه به محیطزیست تصفیه شود. لذا هدف از این تحقیق بررسی کارایی گرافن اکساید و گرافن اکساید مغناطیسی برای حذف رنگ یونی متیل بنفش از محلولهای آبی است. این تحقیق در مقیاس آزمایشگاهی انجام شد. ابتدا جاذبها تهیه شد و با توجه به الگوی مربوط به طیف مادون قرمز گروههای عاملی موجود در جاذبها مورد تائید قرار گرفت. سپس اثر پارامترهای مختلف از جمله غلظت اولیه رنگ، دوز جاذب، زمان تماس، دما و pH بر کارایی حذف و همچنین سنتیک و ایزوترم جذب مورد بررسی قرار گرفت. نتایج حاصل از محاسبات نشان داد که فرایند جذب از سنتیک شبه مرتبه دوم و ایزوترم همدمای جذب لانگمویر پیروی میکند. با توجه به نتایج آزمایش، میتوان از گرافن اکساید و گرافن اکساید مغناطیسی برای از بین بردن آلایندههای محیطی بهویژه حذف ترکیبات سمی از محلولهای محیطی استفاده کرد.
کلمات کلیدی: جذب رنگ، گرافن اکساید، گرافن اکساید مغناطیسی، متیل بنفش، سنتیک جذب، ایزوترم جذب
.1 مقدمه
فاضلاب رنگی تولید شده از صنایع نساجی و تولید رنگ بر روی اکوسیستمهای آبی دارای آثار سمی است .[1] در این بین حضور حلقههای آروماتیک در ساختار رنگهای آزو باعث سمیت این رنگها شده و آنها را از لحاظ زیستی غیر قابل تجزیه میکنند .[2] متیل بنفش به عنوان یک رنگ کاتیونی آزو با فرمول مولکولی C24H28ClN2 و جرم مولکولی 393,96 کاربرد گستردهای در رنگرزی پشم ، پنبه و... دارد. این رنگ موجب بروز آثار مضری همچون تنگی نفس، سوزش پوست، تپش قلب و تشنج در انسان میشود. بنابراین حذف آن از پسابهای صنعتی لازم و ضروری به نظر میرسد. ساختار متیل بنفش را در شکل - 1 - نشان داده شده است. جذب سطحی یکی از پرکاربردترین تکنیکهای حذف رنگ، مخصوصا برای رنگهای غیر قابل تجزیه است .[3]
جذب رنگ به خصوصیات رنگ و سطح شیمیایی جاذب بستگی دارد. جاذبهای نانو ساختار با سطح ویژه زیاد و قدرت جذب بسیار بالا ضایعات کمتری تولید میکنند. از طرفی علاوه بر کارایی بالای فرایندهای جذبی، امکان بازیابی و استفاده مجدد هم وجود دارد. گرافن اکساید به دلیل داشتن گروههای عاملی اکسیژندار مختلف و نامستقر بودن بار منفی در سطح آن قابلیت بالایی در حذف ترکیبات کاتیونی دارد. در گرافن اکساید مغناطیسی به دلیل حضور آهن در سطح و وجود اوربیتالهای خالی تمایل برای حذف مواد کاتیونی افزایش مییابد. علاوه برآن جداسازی گرافن اکساید مغناطیسی به راحتی توسط میدان مغناطیسی انجام میشود که نیاز به انرژی و وقت کمتری نسبت به گرافن اکساید دارد. هدف از انجام این پروژه بررسی کارایی گرافن اکساید و گرافن اکساید مغناطیسی در حذف رنگهای کاتیونی مانند متیل بنفش از محلول آبی و مقایسهای بین این دو جاذب است. جذب متیل بنفش در شرایط مختلف از قبیل زمان تماس، دوز جاذب، pH، غلظت اولیه مورد بررسی قرار گرفت.
-2 مواد و روش
1-2 دستگاههای آنالیز و مواد شیمیایی
برای آمادهسازی و آنالیز نمونه از دستگاههایی مانند: همزن مغناطیسی، به منظور بررسی غلظت از دستگاه Shimadzu UV-visible 1650 PC و برای گرفتن طیفهای زیرقرمزنمونهها، از دستگاه Jasco 4200 FT-IR دربستر قرص پتاسیمبرمید استفاده شده است. برای بررسی رفتار نمونهها در pHهای مختلف از دستگاه pHمتر مدل Company AZ استفاده شده است. از دستگاه سانتریفیوژ PLCseties 307548 و میدان مغناطیسی برای جدا نمودن جاذب پس از فرایند جذب استفاده شد.
برای آمادهسازی و آنالیز نمونه از دستگاههایی مانند: همزن مغناطیسی، به منظور بررسی غلظت از دستگاه Shimadzu UV-visible 1650 PC و برای گرفتن طیفهای زیرقرمزنمونهها، از دستگاه Jasco 4200 FT-IR دربستر قرص پتاسیمبرمید استفاده شده است. برای بررسی رفتار نمونهها در pHهای مختلف از دستگاه pHمتر مدل Company AZ استفاده شده است. از دستگاه سانتریفیوژ PLCseties 307548 و میدان مغناطیسی برای جدا نمودن جاذب پس از فرایند جذب استفاده شد.
2-2 سنتز جاذب
در این پژوهش برای ساخت گرافن اکساید از روش هامر استفاده شد.[4] مبنای روش اکسیداسیون مرحلهای گرافیت در حضور اکسندههای قوی است. گرافیت و سدیم نیترات و اسید سولفوریک در یک بالن تهگرد ریخته شد و درون حمام یخ قرار داده شد. بعد از یک ساعت پتاسیم پرمنگنات اضافه شد و از حمام آب خارج شد و به مدت دو ساعت در دمای محیط هم زده شد. سپس آب مقطر به آرامی اضافه و به مدت سی دقیقه درون حمام روغن با دمای 98 درجه سانتیگراد رفلاکس شد. در نهایت آب مقطر و آب اکسیژنه اضافه شد. در دمای محیط گرافن اکساید را از محلول جدا کرده و با اسید هیدروکلریک 5 درصد سه بار شسته شد و در نهایت برای خارج کردن اسیدهای باقیمانده با آب مقطر شسته شد. رسوب گرافن اکساید را درون آون خلاء با دمای 50 درجه سانتیگراد به مدت 72 ساعت قرار داده شد تا خشک شود.
برای ساخت گرافن اکساید مغناطیسی، گرافن اکساید ساخته شده از مرحله قبل همراه با آب تحت امواج فراصوت قرار داده شد. کلرید آهن - - و کلرید آهن - - بعد از همگن شدن همراه با گرافن اکساید به بالن سه دهانه اضافه میکنیم و سیستم رفلاکس در دمای 70 درجه سانتیگراد تحت اتمسفر نیتروژن بسته شد. سپس آمونیاک قطره قطره اضافه شد. بعد از 45 دقیقه بالن را از حمام خارج کرده و بعد از رسیدن به دمای محیط، با توجه به این جاذب مغناطیسی است، با استفاده از میدان مغناطیسی جاذب را جدا کرده و سه بار با آب مقطر شستشو داده شد. رسوب گرافن اکساید مغناطیسی را در آون خلاء با دمای 50 درجه سانتیگراد به مدت 24 ساعت قرار داده شد تا کاملا خشک شود .[4]
