بخشی از مقاله
چکیده
در این مقاله به بررسی و مقایسه عملکرد هیدروژلهاي مختلف براي حذف سرب که یکی از فلزات سنگین می باشد، پرداخته شده است.نتایج نشان میدهد که هیدروژلها توانایی بالایی در این فرآیند دارند، از مزایاي این جاذبها قابلیت بازیابی، قدرت جذب بالا، ظرفیت جذب بسیار زیاد و مقرون به صرفه میباشند. تحقیقات نشان داده است که هیدروژل بر پایه کیتوسان می-تواند فلز سنگین سرب را تا 465,12 mg/g از آب حذف کند که در مقایسه با سایر جذب ها بسیار بیشتر است. بنابراین این گروه از جاذب ها میتوانند درزمینه تصفیه آب در مقیاس صنعتی نیز مورد استفاده قرارگیرند.
واژههاي کلیدي: هیدروژلهاي پلیمري، سرب ، کیتوسان ، کربوکسی متیل سلولز ، سدیم آلژینات
– 1 مقدمه
فلزات سنگین نمونهاي از آلایندههاي سمی شناخته شده هستند که ازطریق منابع بسیاري ازجمله استخراج معدن, پتروشیمی , دباغ خانه ها, رنگ کاري, متالوژي, آبکاري فلزات , نساجی, باتري سازي, تولید رادیاتور ماشین و منابع کشاورزي وارد محیط زیست میشود.فلزاتی مانند سرب, کادمیم, مس, آرسنیک, نیکل, کروم, روي, جیوه, آهن به عنوان فلزات سنگین شناخته شده اند.فلزات سنگین در آب آشامیدنی میتوانند اثرات مخربی بر سلامتی انسان داشته باشند. از جمله این اثرات کاهش رشد اندامها، سرطان، اختلال در سیستم عصبی بدن، اختلال در سیستم دفاعی بدن می باشد و در موارد حاد میتواند خطر مرگ را به همراه داشته باشد.
برخی از فلزات نظیر جیوه و سرب، احتمال ابتلا به سندرم "خود ایمنی" را افزایش میدهند که در اثر آن سیستم دفاعی ، برخی از سلولها و ملکولهاي بدن را بیگانه طلقی کرده و به آنها حمله میکند و عوارضی همچون روماتیسم قلبی، امراض کلیوي، ناراحتی-هاي عصبی و اختلال در سیستم گردش خون را باعث میشود.بیشترین و خطرناك ترین آثار مسمویت به وسیله فلزات سنگین، در مراحل رشد و نمو انسان حادث میشود. رشد سریع سیستم-هاي بدن در جنین و نوزاد انسان و کودکان خردسال، در این اثر پذیري بسیار حائز اهمیت است. وجودفلزات سنگین در آب آشامیدنی نوزادان شیرخوار و خردسالان میتواند باعث کندذهنی و اختلال در یادگیري، اختلال در حافظه، آسیب دیدن سیستم عصبی و اختلالات حرکتی نظیر تشنج و یا بیش فعالی آنها شود.
در موارد وخیم تر فلزات سنگین صدمات جبران ناپذیر مغزي را باعث میشوند. کودکان نسبت به بزرگسالان بیشتر در معرض خطرات ناشی از فلزات سنگین در آب و غذا هستند زیرا نسبت به وزن بدنشان آب و غذاي بیشتري مصرف میکنند.[1] روشهاي مختلفی براي حذف فلزات سنگین موجود میباشد که عبارتند از:اسمز معکوس،الکترودیالیز،اولترافیلتراسیون،تبادل یونی، رسوب شیمیایی، جذب سطحی.به عنوان مثال در روش انعقاد و لخته سازي با منعقد کننده ها مقادیر حجیم لجن تولید میشود ، جذب سطحی توسط کربن فعال ،با وجود بازده خوب،هزینهي بالایی دارد ، در اسمز معکوس به فشار بالایی نیاز است که سبب افزایش مصرف انرژي میشود.در اکسیداسیون فتوشیمیایی رنگ ها با اشعه UV در حضور عوامل اکساینده مانند کاتالیزورها و پراکسید ،علاوه بر اینکه از نظر اقتصادي قابل توسعه نیست ،محصولات ثانویه نیز تولید میکند. اما امروزه جذب سطحی توسط کامپوزیتهاي هیدروژل به دلیل سهولت عمل ، دسترسی آسان ، سادگی طراحی، بازده بالا و هزینه هاي پایین مورد توجه قرار گرفته است.[2]
-2 جاذبهاي پلیمري
هیدروژلها ابر جاذب پلیمرهایی سه بعدي هستند که به دلیل داشتن گروه عاملی آب دوست در ساختار خود قابلیت جذب و نگه داري آب و محلول هاي آبی را حتی زیر فشار دارند.اتصالهاي عرضی ، عامل شبکه اي شدن هیدروژل ها سبب می شود که این دسته از پلیمر ها در محیط هاي آبی ضمن جذب آب متورم شده اما حل نشوند.از جمله مزایاي هیدروژلها قدرت جذب بالا،ظرفیت جذب بسیار زیاد،کاربرد در محدوده ي کاربرد در محدودهي pHهاي وسیع،قابلیت بازیابی،تولد آسان میباشد.این مواد به دو گروه پایه طبیعی و سنتزي تبدیل میشوند.در انواع پایه طبیعی از پلیمر هاي طبیعی همچون پلی ساکارید ها مانند کیتوسان ،سدیم آلژینات ، سدیم دي متیل سلولز، نشاسته ، یا پروتئین ها نظیر ژلاتین و کلاژن استفاده میشود.
از مهم ترین مزایاي هیدروژل هاي طبیعی نسبت به پایه سنتزي زیست تخریب پذیري این مواد است .هیدروژل ها به دلیل داشتن خواص منحصر به فرد قابلیت کاربرد در زمینه هاي مختلف از قبیل کشاورزي ،پزشکی ،رهایش کنترل شده ي دارو ،صنایع آرایشی و بهداشتی و فراوري پساب هاي صنعتی را دارند.از جمله کاربرد هاي گزارش شدهي برخی هیدروژلها که به ویژه در سال هاي اخیر مورد توجه قرار گرفته است، استفاده از این مواد براي کاهش و حذف فلزات سنگین موجود در صنایع آلاینده اي نظیر پساب هاي صنعتی است.با توجه به آثار مخرب زیست محیطی فلزات سنگین مثل کادمیوم براي سلامتی انسان و سایر موجودات زنده اهمیت موادي با قابلیت حذف یون هاي فلزات سنگین از منابع زیستی حائز اهمیت است.
هیدروژلهاي صفحهاي به روش پلیمریزاسیون تهیه میشوند،که یک پلیمر همگن شامل مونومرها،آغازگر و پیوند دهنده عرضی در یک محیط محلول میباشد.هیدروژلها در دو نوع صفحه اي و گرانولی تهیه میشوند.با توجه به اینکه تهیه هیدروژلهاي صفحهاي زمانبر میباشد و نیاز به انرژي زیادي براي خشک کردن دارد از این رو در سالهاي اخیر به هیدروژلهاي گرانولی توجه ویژه اي شده است.براي ساخت هیدروژلهاي گرانولی ژل را در آب نمکی که گرانول پایدار تشکیل دهد توسط سرنگ تزریق میکنیم و سپس ژل را شست و شو داده و خشک کرده و مورد استفاده قرار میدهیم.[2-4]
-3حذف فلزات سنگین توسط گرانولهاي هیدروژل
در نمودار زیر حذف یون سرب از محلولهاي آبی با استفاده از پایههاي متفاوت هیدروژل مورد بررسی قرار گرفت،که سیستم در دماي ثابت مورد آزمایش قرارگرفته بود و از مدل لانگمر همدما براي بدست آوردن ظرفیت جذب استفاده شد.در ساختار ژل - G-PVA - هیدروژلژلاتین/پلی وینیلامین- سدیم آلژینات از غلظتهاي بالاي ژلاتین استفاده شد که ظرفیت جذب سرب را افزایش داده است و باعث جذب مقدار فراوانی از سرب بر روي جاذب شده است.در ساختار متراکم سرب به درون گرانول نفوذ میکند. در محیط خیلی اسیدي براي 1-2 pH ظرفیت جذب سرب کاهش یافته است.دامنهي 5-3 pH براي جذب سرب توسط پلی وینیل امین/ژلاتین مطلوب میباشد.[5]
در جذب سرب توسط سدیم آلژینات به همراه تتراسدیم تیاکالیکس آرن تتراسولفرنیت - - NA-TSTC نتایج نشان میدهد که تتراسدیم تیاکالیکس آرن تتراسولفرنیت و آهن ظرفیت جذب را افزایش و جاذب را به خاصیت مغناطیسی سوق میدهند و همچنین قطر نانوذرات حدود 50نانومتر میباشد.[6]از ژل سدیم آلژینات فعال شده توسط گروههاي کربوکسیل - - Na-CxGp در ستون پیوسته وفرآیند ناپیوسته استفاده شده است،غلظت گروه هاي کربوکسیل در روند ایجاد گرانول هاي کروي موثر میباشد .با تست سینتیکی مشاهده شد که %80 جذب در حدود 4ساعت انجام شد و براي رسیدن به نقطه تعادل به 48ساعت وقت نیاز بوده است و همچنین جذب یون سرب توسط این جاذب به pHوابسته نبوده و با توجه به نتایج حاصل شده جذب یون سرب در ستون پیوسته بیشترین بازده را دارا میباشد.که این ژل قابل استفاده در 9 مرجله تا %90احیا میباشد.[7]
