بخشی از مقاله
چکیده
حیات اکوسیستمهای آبی در اثر تجمع بیش از حد فسفر در آنها مورد تهدید قرار میگیرد. بنابراین، ارائه یک روش موثر جهت حذف فسفر از محلولهای آبی از اهمیت ویژهای برخوردار است. در این پژوهش، یک هیدروکسید دو گانه لایهای منیزیم-آهن به صورت آزمایشگاهی تهیه و قابلیت جذب سطحی فسفر توسط آن بررسی گردید. نتایج پراش پرتو ایکس نشان داد که جاذب سنتز شده به خوبی از الگوی پراش پرتو ایکس ترکیبات هیدروتالکیت پیروی میکند و موید ساختار دو گانه لایهای جاذب بود. آزمایشات جذب سطحی به صورت تعادلی با میزان جاذب 5 گرم بر لیتر و غلظت فسفر 5 تا 300 میلیگرم بر لیتر انجام گردید. نتایج برازش مدلهای جذب سطحی لانگمویرو فروندلیچ نشان داد که مدل لانگمویر با ضریب همبستگی بیشتر و خطای استاندارد کمتر توصیف بهتری از دادههای جذب سطحی فسفر بر روی هیدروکسید دوگانه لایهای داشت. بر اساس این مدل، ظرفیت جذب سطحی فسفر توسط جاذب سنتز شده 13/96 میلیگرم بر گرم وانرژی جذب 0/58 لیتر بر گرم محاسبه گردید.
کلمات کلیدی: بهپروردگی، جذب سطحی، رسهای آنیونی، فسفر
مقدمه
از مهمترین چالشهای زیست محیطی جهان امروز میتوان به آلودگیهای ناشی از پسابها و فاضلابها و چگونگی دفع آنها اشاره کرد. غنیشدن یا بهپروردگیٌ آبهای سطحی یک معضل زیست محیطی جدی بوده که در اثر بر هم خوردن تعادل میان ورودی و خروجی عناصری نظیر نیتروژن و فسفر به اکوسیستمهای آبی به وقوع میپیوندد . - 4 - از آنجا که نیتروژن اتمسفری توسط جلبکها به صورت بیولوژیکی تثبیت میشود، میتوان از فسفر به عنوان عامل اصلی پدیده غنیشدن آبهای سطحی یاد کرد . - 5 - فسفر از طرق گوناگون نظیر استفاده بیرویه ازکودهای شیمیایی، پساب صنایع رنگ و شوینده و فرآوریهای معدنی به محیطهای آبی راه پیدا میکند.هیدروکسیدهای دوگانه لایهای نوعی از رسهای غیرسیلیکاتی هستند که از تناوب ورقههای اکتاهدرال شبیه به بروسایت با بار مثبت تشکیل شدهاند و در فضای بین لایهای دارای آنیون یا اکسیآنیون و مولکولهای آب هستند.
منشا بار مثبت در ورقههای اکتاهدرال، جانشینی همشکل کاتیونهای سه ظرفیتی با کاتیونهای دوظرفیتی بوده و تعادل بار الکتریکی از طریق جذب آنیونها و اکسیآنیونها در فضای بین لایهای حفظ میشود. از آنجا که اینآنیونها و اکسیآنیونها در فضای بین لایهای پیوندهای شیمیایی ضعیفی برقرار میکنند، قابلیت تبادل با سایرآنیونها را دارند. ویژگیهایی نظیر تراکم زیاد بار لایهای، فضای بین لایهای گسترده، پایداری حرارتی مناسب و ظرفیت بالای تبادل آنیونی باعث شده است تا از هیدروکسیدهای دوگانه لایهای به عنوان جاذبهای زیست محیطی در جذب آلایندههای آنیونی استفاده شود . - 6 - در همین راستا، پژوهشهای متعددی در رابطه با جذب آنیونها واکسیآنیونهای مختلف نظیر نیترات، سولفات، سلنات، سلنیت، آرسنات، آرسنیت و کرومات به وسیله هیدروکسیدهای دوگانه لایهای انجام شده است 1 - و . - 2 هدف از انجام این مطالعه، سنتز آزمایشگاهی هیدروکسید دوگانه لایهای منیزیم-آهن و بررسی قابلیت آن در جذب سطحی فسفر از محلول آبی بود.
مواد و روشها
در این مطالعه برای سنتز هیدروکسید دوگانه لایهای منیزیم-آهن از روش همرسوبی ارائه شده توسط وانگ و لی - 2016 - ، استفاده گردید. بدین ترتیب که محلول مخلوطی حاوی 0/03 مول کلریدمنیزیم و 0/01 مول کلرید آهن تهیه و به تدریج به ظرف حاوی 100 میلیلیتر محلول هیدروکسیدسدیم 1 نرمال با pH=10 در حال همزدن افزوده گردید. سوسپانسیون به دست آمده به مدت 24 ساعت در دمای 70 درجه پیرسازیٍ شد و پس از تصفیه جهت خروج نمکهای اضافی چندین بار با آب مقطر تا رسیدن به pH خنثی شستشو گردید. در نهایت ذرات هیدروکسید دوگانه لایهای منیزیم-آهن پس از خشک شدن در آون، آسیاب گردیده و جهت انجام آزمایشهای جذب سطحی از الک 60 مش عبور داده شدند.
آزمایشهای جذب سطحی فسفر بر روی هیدروکسیدهای دو گانه لایهای سنتز شده به صورت تعادلیَ انجام پذیرفت. بدین ترتیب که مقادیر 0/05 گرم جاذب توزین و به لوله سانتریفیوژ منتقل گردید. سپس 10 میلیلیترمحلول فسفر با غلظتهای مختلف 5 - ، 10، 20، 50، 100، 200 و 300 میلیگرم بر لیتر - به آنها افزوده و به مدت 24 ساعت در دمای آزمایشگاه بر روی شیکر تکان داده شدند. پس از سانتریفیوژ و عبور از کاغذ صافی محلول زلال رویی جداسازی و غلظت فسفر در آن توسط دستگاه اسپکتروفوتومتر قرائت گردید. میزان فسفر جذب سطحی شده از اختلاف غلظت اولیه و تعادلی محاسبه و همدماهای جذب سطحی فروندلیچ و لانگمویر با استفاده از نرم افزار GraphPad Prism 6 بر روی دادهها برازش داده شدند.
نتیجهگیری
شکل 1 پراشنگار پرتو ایکس از هیدروکسید دوگانه لایهای سنتز شده را در زوایای 5-70 درجه نشان میدهد.همان گونه که مشاهده میشود، ساختار هیدروکسید دوگانه لایهای سنتز شده مشابه با ترکیبات هیدروتالکیت بوده و الگوی پراش ایکس آن دارای پیکهای تیز برای صفحات بلوری - 003 - ، - 006 - ، - 012 - ، - 015 - و - 110 - میباشد که مختص ترکیبات شبههیدروتالکیت میباشند.دادههای جذب سطحی ف سفر بر روی هیدروک سید دوگانه لایهای منیزیم-آهن با مدلهای لانگمویر و فروندلیچ برازش داده شدند. مدل لانگمویر فرآیند جذب سطحی را با فرض ثابت بودن مکانهای جذبی بر روی سطح جاذب و تک لایهای بودن سطح جاذب تو صیف میکند. این مدل سطح جاذب را همگن در نظر گرفته و برهمکنش میانمولکولهای جذب سطحی شده را در نظر نمیگیرد. در حالی که مدل فروندلیچ سطح جاذب را غیرهمگن و فرآیند جذب را چندلایهای در نظر میگیرد. پس از ترسیم غیرخطی معادلات مذکور و برازش آنها با دادههای حاصل از آزمایش، پارامترهای هر معادله استخراج و بهترین معادله برازش یافته از طریق مقایسه ضرایب همبستگی و خطای استاندارد انتخاب شد - شکل . - 2
