بخشی از مقاله
در تحقیق حاضر روشی جدید و توسعه یافته ای برای استخراج مقادیر کم سرب و کادمیوم با استفاده از جاذب نانو متخلخل مغناطیسی عامل دار شده با گروههای آمینی استفاده شده است. سنجش غلظت یون های مورد نظر به کمک اسپکتروسکوپی جذب اتمی شعله - - FAASانجام گردید. پارامترهای مختلف موثر بر استخراج یون های سرب و کادمیوم از قبیلpH محلول نمونه، مقدارجاذب، زمان استخراج، اثریونهای مزاحم بررسی شد. استخراج کمی سرب وکادمیوم در 25 ml محلول 3 mgL-1 با استفاده از20 mg از جاذب اصلاح شده پس از 20 دقیقه امکان پذیر شد. مشخص شد که بازیابی یون سرب با 10 ml و یون کادمیوم با 20 ml اسید نیتریک3 M به طور کامل قابل انجام است. نتایج این مطالعه نشان دادند که نانو ذرات متخلخل مغناطیسی اصلاح شده جاذبی مناسب و با ظرفیت بالا برای یون های سرب و کادمیوم می باشد.
کلمات کلیدی: حذف- سرب و کادمیوم - جاذب نانو متخلخل مغناطیسی- عامل های آمینی
.1مقدمه
با گسترش شهرنشینی و توسعه صنعت، آلودگی محیط زیست به فلزات سنگین که فلزاتی همچون سرب، آلومینیوم، جیوه ، مس، کادمیوم، نیکل و آرسنیک را شامل می شود به یک مشکل جهانی تبدیل شده است. مقادیر بالای فلزات سنگین در آب برسلامت انسان تاثیر سوء داشته و منجر به غیر قابل مصرف شدن آب می شود. هم چنین این سموم در هوای تنفسی، مصالح ساختمانی، لوازم آشپزخانه و حتی البسه موجود است. هوازدگی طبیعی، سنگ ها و خاک هایی که با منابع آب در تماس هستند بزرگترین منبع طبیعی آلودگی آب به فلزات سنگین هستند .منابع اصلی انسانی آلودگی، استخراج معادن، دفع فاضلاب تصفیه نشده ویا نیمه تصفیه شده حاوی فلزات سنگین و استفاده از کودهای حاوی فلزات سنگین می باشد.
فلزات سنگین تجزیه نمی شوند و به تدریج در بدن جانداران مثل گیاهان و جانوران تجمع می یابند. دربافت های چربی، عضلات، استخوان ها و مفاصل انسان رسوب کرده و انباشته می گردند2]و.[1 همین امر موجب بروز بیماری ها و عوارض متعددی در بدن می شود. از مضرات فلزات سنگین می توان به اختلالات عصبی، انواع سرطان، فقر مواد مغذی، برهم خوردن تعادل هورمون ها، اختلالات تنفسی و قلبی، آسیب به کبد، کلیه، آلرژی و غیره اشاره کرد.[1 ]بیشترین مصرف کادمیوم در صنایع آبکاری و سپس مصرف آن در آلیاژهای کادمیوم می باشد. سرب نیز عنصری فوق العاده سمی می باشد این عنصر به طور طبیعی در محیط زیست وجود دارد ولی در اکثر موارد حاصل فعالیت های بشری از جمله باطریسازی، صنایع سرامیک و کاشی، ساخت لاستیک ها، حشره کش ها و ... می باشد.[5]
روش های معمولی برای حذف یونها از محلول آبی شامل ترسیب شیمیایی، لخته سازی و تبادل یونی، اسمز معکوس و استخراج مایع می باشند . این روش ها دارای معایبی از قبیل عدم حذف کامل یونها، نیاز به مواد و انرژی بسیار، تولید مواد اضافی مضر و محصولات جانبی دیگر هستند.[8] اما یکی از بهترین روش های حذف، استفاده از جاذب است. جاذب می تواند از ذرات پرمنفذ و ریز سیلیکا باشد که یک فاز آلی به آن پیوند داده شده است. یا می تواند یک پلیمر مثل پلی استایرن شبکه ای باشد.یکی از خصوصیات جاذب این است که دارای تخلخل و سطح تماس بالا باشد. مقدار ماده ای که جذب می شود تابع تعادل ایجاده شده بین محلول نمونه و ذرات جاذب است. افزایش سطح تماس موجب می شود که این تعادل به نفع ذرات جامد پیش برود. در سال های اخیر استفاده از نانوذرات توجه خاصی را به خود جلب کرده است 2].و[9
نانوذرات به علت داشتن ویژگی هایی مانند نسبت سطح به حجم بالایشان به طور گسترده ای به عنوان جاذب به کار رفته اند. نانو حفره ها مواد حفره دارای هستند که اندازه ی حفره ی آنها کوچکتر از 100 نانومتر است. این مواد به علت داشتن ویژگی هایی همچون ظرفیت جذب بالا، قدرت انتخابگری بالا، سینتیک مناسب جذب، خواص مکانیکی مناسب، پایداری و دوام در جریان استفاده جاذب ایده آلی به شمار می روند از طرفی داشتن اندازه کوچک باعث مشکلاتی در جداسازی این نانو جاذب ها از بافت نمونه می شود که جداسازی مغناطیسی راه حل مناسب برای این بخش است . اصلاح خواص فیزیکی و شیمیایی این مواد نانو حفره با اتصال گروههای عاملی آن برروی سطح آن ها امکان توسعه ی جاذب جدید با گستره ی وسیعی از کاربردها می شود.4]و[3در این راستا در این کار ازجاذب نانومتخلخل مغناطیسی عامل دار شده با گروههای آمینی به عنوان فاز جامد استخراج کننده برای حذف یونهای معدنی استفاده شد از اسپکتروسکویی جذب اتمی شعله برای تعیین غلظت یون در محلول استفاده شد و پارامترهای موثر بر استخراج از جمله مقدار جاذب، pH، زمان تماس و... بهینه سازی شد .
-2 بخش تجربی
-1-2 موارد مورد استفاده :
نیترات سرب pb3 - NO - 2 با درصد خلوص 99/5 و باجرم مولکولی331/21 gmol-1 ونیترات کادمیوم - cd - NO - 3 - 2 با درصد خلوص 99/5 و باجرم مولکولی - - 308/47 gmol-1و نمک های نیترات سایر کاتیون ها که همگی با درجه خلوص بالا از کارخانه مرک تهیه شدند }برای تهیه محلول1000 ppm سرب، 0/1598 گرم از نمک pb3 - NO - 2 را با دقت وزن نمونه و با آب مقطر در بالن ژوژه 100 میلی لیتر به حجم رسانده شد، برای سایر کاتیون ها نیز وزن هایی مشخص از نمک ،آن ها را وزن کرده و به ترتیب گفته شده عمل شد.{ از این نمک ها برای تهیه محلول هایی 1000 ppm هرکدام از کاتیون ها استفاده شد که از رقیق کردن محلول 1000 mgL-1 ،این نمک ها محلول هایی با غلظت کمتر تهیه شدند .سدیم هیدروکسید - NaoH - ، اسید هیدروکلریدریک - HCl - ، اسید نیتریک - HNO3 - از کارخانه مرک تهیه شده اند.
-2-2 دستگاه ها و ابزارهای مورد استفاده:
دستگاه pH متر Sartorious مدل PB-11 ساخت کشور آلمان.
تراروزی دیجیتالی Sartorius مدل CP-324S با دقت0/0001 gr ساخت کشور آلمان
هیترواستیر HeidolpH مدل MR Hei Standard ساخت کشور آلمان
دستگاه جذب اتمی: برای اندازه گیری مس، سرب و نقره از دستگاه طیف سنجی جذب اتمی شعله ایPG-990 ساخت شرکت PG انگلستان استفاده شد عنصر سرب در طول موج 273/3nm با عرض شکاف منوکروماتور0/4 mmو در جریان لامپ5 mA باشعله هوا - استیلن اندازه گیری گردید. عنصر کادمیوم در طول موج 164/13nm با عرض شکاف منوکروماتور0/4 mmو در جریان لامپ5 mA باشعله هوا - استیلن اندازه گیری گردید.
-3 نتایج وبحث
- 3-1 بررسی اثر مقدار جاذب بر راندمان استخراج سرب و کادمیوم
مقدار جاذب، پارامتر مهمی است که تعیین کننده ظرفیت جذب جاذب برای غلظت اولیه آنالیت است. تاثیر مقدار جاذب نانو متخلخل مغناطیسی عامل دار شده با گرو ه های آمینی بر میزان جذب یون های سرب و کادمیوم بررسی شد و به منظور بررسی اثر مقدار جاذب در بازدهی استخراج یون های سرب و کادمیوم مقادیر متفاوتی از جاذب نانو متخلخل عامل دار شده با گروه های آمینی در تماس با 25 ml از محلول شامل یون های سرب و کادمیوم با غلظت 3 mgL-1 قرار گرفت و به مدت 20 دقیقه هم زده شد . جداسازی محلول از جاذب با ایجاد یک میدان مغناطیسی خارجی توسط آهن ربا انجام شد. برای اطمینان از جداسازی کامل جاذب از محلول، یک بار دیگر محلول از روی کاغذ صافی عبور داده شد. با
