بخشی از مقاله
چکیده
با رشد و توسعه جوامع پیشرفته و نیل به سمت صنعتی شدن کشورها تولید، دفع و بازیابی پسابهاي صنعتی یکی از دغدغه هاي بزرگ آنها محسوب می گردد. پساب هاي معدنی یکی از مهترین و وسیع ترین آلاینده ها در محیط زیست به شمار می آیند که باتوجه به ضرورت پالایش و تصفیه آنها، استفاده از روشهاي ساده فیزیکی که توجیه اقتصادي داشته باشند همواره مورد توجه پژوهشگران زیست محیطی می باشد. وجود فلزات سنگینی همچون مس، کروم، آهن، کبالت، منگنز، سرب، روي و... در پساب هاي معدنی اسیدي - - AMD باعث گردیده کهیکی از آلاینده هاي خطرناك زیست محیطی محسوب شوند.
در این نوشتار جذب سطحی کلینوپتیلولیت که زئولیت طبیعی است جهت حذف کاتیون هاي فلزي منگنز، مس، روي و آهن مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج آزمایشگاهی نشان می دهند که میزان جذب سطحی برابر با حذف کاتیون هاي فلزي نامبرده می باشد و همچنین 80 درصد فرایند جذب سطحی در 40 دقیقه اول صورت می پذیرد.ترتیب انتخاب پذیري کاتیون ها با استفاده از ایزوترم هاي جذب سطحی فرندلیچ ولانگ مویر میتوانند به این صورت باشد:.Fe+3>Zn+2>Cu+2>Mn+2 همچنین در تحقیقات به عمل آمده از پساب معدنی اسیدي شبیه سازي شده مشخص گردید که زئولیت طبیعی داراي هزینه کم و توانایی بالا جهت پالایش این نوع پساب می باشد.
واژه هاي کلیدي: جذب سطحی، زئولیت، فلزات سنگین
-1 مقدمه
امروزه رشد جوامع بشري و حرکت پرشتاب کشورها به سمت صنعتی شدن و توسعه صنایع، افزایش تولید را به همراه داشته است که به دنبال آن وجود پساب ها گریز ناپذیر است. بنابراین دفع و بازیابی پسابهاي صنعتی یکی از دغدغه هاي بزرگ جوامع پیشرفته و در حال توسعه محسوب می گردد. در این راستا مطالعات گسترده اي بر روي بازیابی و سالم سازي پسابهاي حاصله در فرایندهاي مختلف تولید و مصرف صورت گرفته است که به نتایج مطلوبی نیز منجر شده است. با این وجود محققین به دنبال روشهایی مطلوب تر و با راندمان بالا تر می باشند.زئولیتها موادي موجود در طبیعت هستند که با داشتن خواص ویژه و انتخاب پذیري در انتقال یونها از خود می توانند مواد مفیدي در بازیابی پسابهاي شیمیایی و صنعتی محسوب گردند . [1]
یکی از عواقب ورود پساب هاي معدنی به محیط زیست، جذب فلزات سنگین مانند کادمیم، سرب، مس، آهن، منگنز و روي در پیکر موجودات زنده می باشد که عامل اصلی بسیاري از بیماري ها خواهد بود.پساب خروجی از شهرك هاي صنعتی، کارگاه هاي ذوب فلزات و معادن حاوي مقادیر قابل توجهی فلزات سنگین می باشد.. [2] البته فرایندهایی که جهت تصفیه مقدماتی و یا تصفیه کلی انجام می شود عبارتند از : الترافیلتراسیون، ته نشینی شیمیایی و جذب سطحی. استفاده از این روش ها بستگی به غلظت فلزات سنگین درون سیال و هزینه هاي عملیاتی دارد..[3]در این بین روش جذب سطحی یکی از روش هاي پر کاربرد براي جداسازي فلزات سنگین از پساب ها می باشد.[4] در صورت دسترسی به جاذب هاي طبیعی به مقدار فراوان یا انجام عملیات تصفیه بر روي پسĤب هاي تولید شده از صنایع کشاورزي امکان استفاده از جاذب هاي ارزان قیمت را فراهم می کند. .[5]
نمونه هایی از این مواد طبیعی ارزان قیمت پوست درخت، خاکستر بادي، خاك رس و زئولیت هاي طبیعی می باشند .[6] زئولیت ها از آلومینوسیلیکات هاي سه بعدي بوجود می آیند یا به عبارتی زئولیتها از سیلیکاتهاي آبدار نوع داربستی و چهاروجهی شامل Alo4 و Sio4 شمرده میشوند. پیوند آبدار در آنها بسیار سست است، بطوري که در دماي پایین، آب خود را از دست میدهند و همهي اتم هاي اکسیژن خود را به اشتراك گذاشته و پیوند هاي تشکیل شده منجر به ایجاد اشکالی بصورت کانال ها و قفس هاي به هم پیوسته خواهد شد[7] و کاتیون هاي قابل مبادله موجود، بار منفی سطح زئولیت را که از جانشینی هاي همریخت بوجود آمده است خنثی می کنند و قابلیت تعویض یونی آنها زیاد می باشد.
زئولیتها هم به روش طبیعی و هم به روش مصنوعی تشکیل میگردند. زئولیتهاي طبیعی در دریاچههاي قلیایی - نمکی - ، آلتراسیون توفها، آبهاي سطحی زیرزمینی، خاکهاي محیط قلیایی و رسوبات اعماق دریا تشکیل میشوند.[8] زئولیت طبیعی به دلیل مجموعه اي از خواص تبادل یونی، غربالگري مولکولی و اصلاح پذیري در ساختار باعث توجه ویژه گردیدهاست.[9]با وجود تمایل زیاد براي تبادل یون با استفاده از زئولیت طبیعی، نتایج نامطلوبی از تاثیرات حضور کاتیون هاي رقیب در جداسازي فلزات سنگین درون محلول ها توسط زئولیت طبیعی وجود دارد. زمینه هاي دیگري که نیاز به تحقیق و بررسی بیشتري دارد اثرات اندازه ي ذرات زئولیت، مقدار PH و اصلاح گرمایی زئولیت بر روي فرآیند جذب سطحی می باشد. اطلاعات بسیار محدودي در مورد تبادل کاتیون ها با استفاده از کلینو پتیلولیت اصلاح نشده بر حسب ایزوترمهاي تعادلی و واکنشهاي شیمیایی در دسترس می باشد.[10]
در این مقاله ابتدا توضیح مقدماتی در خصوص زئولیتها و وضعیت آنها در ایران ارائه شده است و در ادامه شرایط انجام عمل تصفیه توسط زئولیت ها و توانایی این مواد در بازیابی پسابهاي صنعتی مورد بررسی و مقایسه قرار گرفته است. در پایان چنین نتیجه گیري شده است که زئولیتها موادي توانا در بازیابی بعضی از پسابهاي صنعتی می باشند.در ضمن مطالعه اي پیرامون شدت حذف کاتیون هايMn+2‚ Cu+2‚ Fe+3 وZn+2 از پساب هاي معدنی اسیدي یک جرئی و دو جزئی ساخته شده که شبیه پساب اسیدي معدن ویل جان انگلستان می باشند، با استفاده از زئولیت هاي طبیعی اصلاح شده و اصلاح نشده در شرایط ناپیوسته انجام گرفته است. همچنین نتایج آزمایشات انجام شده براي جداسازي فلزات سنگین با نمونه هاي زه آبهاي اسیدي معدن ویل جان مقایسه شده است.
1 – 1 روش هاي معمول ساخت زئولیت
•مخلوط کردن مواد گیاهی با مواد معدنی مانند کلرید کلسیم، کربنیزه کردن و شست شوي مواد معدنی، مخلوط کردن موادآلی مانند خاك اره با مواد متخلخل مثل سنگ آتشفشانی - سنگ پا - و حرارت دادن تا زمانی که مواد کربنی در سطح مواد متخلخل رسوب نمایند.
•کربینزه کردن چوب، خاك اره، و مشابه آن و فعال سازي با هواي داغ یا بخار، که از لیگنیت و ذغال بیتومینوس به عنوان مواد اولیه استفاده می شود .
•AL2o3,2h2o را در محلول داغ NAOH حل و سپس با سیلیکات سدیم مخلوط نموده و مخلوط حاصل به مخازن ویژه تشکیل ژل منتقل میشود. بلورهاي زئولیت در دماي حدود 94 درجه سانتیگراد شروع به تبلور مینمایند.
• آلتراسیون کائولین : ابتدا کائولین حرارت داده میشود تا به متاکائولین تبدیل شود بعد آن را کلسینه نموده وسپس با استفاده از محلول اسیدي مقداري از سیلیس آن را آزاد نموده محصول را با NaOH شستشو میدهند.زئولیت ها در گذشته به دلیل وزن مخصوص پایین آنها به عنوان مصالح سبک وزن مورد استفاده قرار می گرفتند.اینک کاربردهاي عمده زئولیتها به عنوان ماده پر کننده در کاغذ و به دلیل قابلیت پویش مناسب و باقی ماندن فلورید در خمیر دندان از زئولیت به صورت یونی استفاده میشود و همچنین در فیلترهاي ملکولی، تولید اکسیژن، تصفیه گاز، بهبود کیفیت خاك، تهیه خوراك حیوانات و تهیه حشره کشها کاربرد دارند.وجود زئولیت در ایران در مناطق اشلق چاي و نی باغ - میانه - ، سمنان، طلعه - ورامین - ، رودهن، طالقان و قلعه عسکر - کرمان - و عمدتا در سنگهاي آتشفشانی گزارش شده است.
-2 مواد و مطالعات
-1-2 مواد و روش ها
در این تحقیق از نمونه هاي زئولیت طبیعی کلینو پتیلولیت به صورت طبیعی و بدون اینکه هیچ گونه اصلاح شیمیایی روي آنها انجام شده باشد مورد استفاده قرار گرفتند. دانه بندي ذرات زئولیت استفاده شده در این تحقیق بین 1-3 میلیمتر بود که با استفاده از الک هاي لرزان تعیین شده بود. شایان ذکر است بخش اعظم زئولیت هاي طبیعی را کلینوپتیلولیت و بخش
