بخشی از مقاله
چکیده :
صنایع نساجی و رنگرزی یکی از مهمترین صنایع هر کشوری محسوب میگردند. در این گونه صنایع به دلیل استفاده از انواع رنگها در فرایندهای مختلف، فاضلاب حاصل نیز به شدت رنگی بوده و میبایست قبل از تخلیه به محیط زسیت تصفیه گردد. هدف از این تحقیق حذف رنگ متیل گرین از محلولهای آبی توسط خاک اره با استفاده از طراحی سطح پاسخ بر مبنای طرح مرکب مرکزی - - CCD توسط نرم افزار دیزاین اکسپرت - - Design Expert میباشد. رنگ متیل گرین یک رنگ کاتیونی - بازی - است. جرم مولکولی آن364/85گرم بر مول، طول موج ماکزیمم آن 641 نانومتر میباشد. در این پژوهش اثر چهار فاکتور pH، غلظت اولیه، مقدار جاذب و زمان تماس بر حذف رنگ متیل گرین توسط خاک اره در شرایط بهینه، 7/7 pH ، مقدار جاذب 0/05 گرم ، زمان تماس 20 دقیقه و غلظت 26/5 میلی گرم بر لیتر بررسی شد.
آنالیز واریانس برای تجزیه و تحلیل دادهها استفاده شد. با توجه به دادههای آزمایشگاهی مدل تایید شده توسط نرم افزار دیزاین اکسپرت Quadratic میباشد. با توجه به نتایج آنالیز واریانس فاکتور pH و همچنین برهمکنش pH و مقدار جاذب بیشترین تاثیر را بر درصد حذف رنگ متیلگرین دارند. بیشترین درصد حذف توسط خاک اره در این پژوهش 99درصد و کمترین 27 درصد میباشد.ضریب تعیین مدل در این پژوهش - R2=0/9912 - ، ضریب تعیین مدل رگرسیون برابر - - 0/9816، ضریب تعیین مدل پیشگویی برابر - - 0/9430 میباشد.با توجه به نتایج آنالیز واریانس و با در نظر گرفتن مقادیر F-value گزارش شده در جدول و p-value کمتر از 0/05 نشان میدهد که شرایط مدل مناسب است. بنابراین میتوان نتیجه گرفت که خاک اره جاذب مناسبی جهت حذف رنگ متیل گرین میباشد.
واژههای کلیدی : رنگ متیل گرین، خاک اره، طراحی سطح پاسخ، مدل مرکب مرکزی - - CCD ، نرم افزار دیزاین
مقدمه
رنگها یکی از آلایندههای اصلی محیط زیست هستند. رنگها از طریق صنایع نساجی، چرمسازی، کاغذسازی و پلاستیکسازی وارد آبهای جاری میشوند. از این بین صنایع نساجی جزء آلودهکنندههای اصلی آبهای جاری به شمار میآیند. بیش از پنجاه درصد رنگ مصرفی در فرایندهای مختلف رنگرزی وارد فاضلابها میشود، که این عمل علاوه بر تغییر رنگ آب ، باعث جلوگیری از نفوذ نور به درون آب و اختلال در عمل فتوسنتز و تخریب اکوسیستمها و گونههای آبزیان میشود.[1] از طرفی باید توجه داشت که اغلب این رنگها سمی و سرطانزا هستند و تجمع آنها در بافتهای بیولوژکی باعث بروز بیماریهای جبران ناپذیر میشود.
یکی از مسائلی که در این زمینه دردسرساز شده تولید و استفاده روزافزون از رنگهای سنتزی - که نسبت به رنگهای طبیعی ساختار پیچیدهتری دارند و از نظر شیمیایی پایدارترند - درسالهای اخیر بوده است و همین امر توجه بیشتری را به آلودگی زیست محیطی رنگها معطوف کرده است. مشکل دیگری که در زمینه حذف آلودگی رنگها وجود دارد این است که اغلب پسابها به بیش از یک رنگ آلوده هستند و بیش از یک آلاینده در محیط وجود دارد. در میان رنگهای موجود رنگهای بازی جزء آلایندههای اصلی، مواد سخت تجزیهپذیر و پایدار محسوب میشوند. بنابراین فاضلاب حاوی این رنگها تهدیدی جدی برای محیط زیست به شمار میرود، از این رو حذف این دسته از آلایندهها در بسیاری از تحقیقات مورد توجه قرار گرفته است.
حذف این رنگها به روشهای مختلفی از قبیل اکسیداسیون و تصفیه بیولوژیکی، حذف با اوزون و انعقاد امکانپذیر است.رنگها موادی با ساختاری پیچیده بوده که در نتیجه مراحل مختلف رنگرزی در صنعت نساجی به محیط زیست وارد میشوند.[2] رنگها دارای خاصیت سرطانزایی بوده و برای محیط زیانآور میباشند. حذف رنگ از فاضلاب اغلب مهمتر از مواد آلی بیرنگ است زیرا حتی مقادیر کمی از رنگ - کمتر از یک میلی گرم بر میلی لیتر - ، از نظر ظاهری قابل روئیت میباشد.[3] رنگها بدون تصفیه مناسب پایدار هستند و میتوانند برای دوره زمانی طولانی در محیط باقی بمانند . ساختار پیجیده رنگها نسبت به نور، اوزون، عوامل بیولوژیکی و سایر شرایط تجزیه کننده محیط مقاوم هستند.[4] فاضلاب حاصل از صنایع نساجی یک تهدید زیست محیطی است بنابراین قبل از تخلیه به محیط زیست باید به نحو مطلوبی تصفیه شود.[5]
برخی از تحقیقات انجام شده اخیر به قرار زیر است:
ضیاپور و همکاران در سال 1391 از پسماند لیگنوسلولزی سویا برای جذب رنگ اسید اورانژ 7 استفاده کردند.اثر غلظت رنگ، pH، دما و زمان تماس بر مقدار جذب بررسی شد و سپس تبعیت ایزوترم جذب لانگمویر و فرندلیچ مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان داد که کارایی جذب به مقدار زیادی به pHمحلول و به مقدار کمی به دمای محلول وابسته است. سرعت جذب رنگ اسید اورانژ 7 توسط پسماندهای سویا برابر 17/54 میلی گرم بر گرم بود که از برخی جاذبهای ارزان مطالعه شده بیشتر و از برخی دیگر پسماند سلولزی کمتر است .[6]سیدراس و همکاران در سال 2011 جذب رنگ مالاشیت گرین را روی خاک اره هیدرولیز شده درخت کاج مورد بررسی قرار دادند.اثر زمان و دما روی ریز ساختار و تبلور خاک اره توسط SEM و FTIR و bet جهت ارائه اطلاعات در سطح بالاتر ، دانه دانه بودن نسبت به تحقیقات قبلی مورد بررسی قرار گرفته است. محاسبات سطح BET از 0/98 متر مکعب برگرم به 19/3 متر مکعب بر گرم افزایش یافته است. ه ظرفیت جذب از 1/7 به 5/60 میلی گرم بر گرم افزایش یافته است. [7]
روش تجربی
آماده سازی جاذب خاک اره 1000 گرم از خاک اره درخت سپیدار روسی تهیه شده پس از توزین در یک ظرف ریخته و به مدت 30 دقیقه جهت تمیز شدن از آلودگیهای سطحی با آب مقطر توسط همزن مکانیکی همزده شد، سپس خاک اره با قرار داده شدن در آون در دمای 45 درجه خشک شد.سپس همراه با 100 میلی لیتر هیدروکلریدریک اسید 0/1 مولار به مدت 60 دقیقه جهت زودودن ناخالصیها توسط همزن مکانیکی همزده شد.سپس این مخلوط با قرار گرفتن در آون در دمای 60 درجه سانتیگراد به مدت 2 ساعت خشک شد.سپس خاک اره از الکهای استاندارد عبور داده شد و نهایتا از خاک اره با اندازه مش 60 در این پژوهش استفاده شد که اندازه ذرات مش 60 معادل 0/0098 اینچ و 250 میکرون و0/250 میلیمتر میباشد.
رنگ متیل گرین
یک ترکیب شیمیایی آروماتیک هتروسیکل مشابه متیلن بلو است و به عنوان رنگ به کار میرود.این رنگ از نوع تیازین است و یک رنگ بازی - کاتیونی - است.جرم مولکولی آن 364/85 گرم بر مول است و فرمول شیمیایی آن C16H17CLN4O2S میباشد، طول موج ماکزیمم 641 نانومتر میباشد.فرمول ساختاری و رنگ آن دقیقا مشابه رنگ مالاشیت گرین است با این تفاوت که کاتیون متیل گرین دو بار مثبت دارد اما کاتیون مالاشیت گرین تنها یک بار مثبت دارد.متیل گرین هفت گروه متیل دارد که گروه هفتم آن به آسانی جدا میشود و رنگ به کریستال بنفش تبدیل میشود.شکل 1 ساختار رنگ متیل گرین را نشان میدهد.
تهیه بافر
برای تهیه بافر ابتدا 12/37 گرم بوریک اسید - - H3BO3 و 10/51 گرم سیتریک اسید - C6H8O7 - وزن نموده و در یک بالن 1000 میلیلیتری ریخته میشود و با آب مقطر دوبار تقطیر به حذف رنگ متیل گرین از محلولهای آبی توسط جاذب خاک اره با طراحی آزمایش سطح پاسخ
