بخشی از مقاله
چکیده
در این تحقیق فرآیند همرسوبی با کربنات کلسیم براي حذف فلز سرب از آب همراه نفت مطالعه شد. عوامل مختلف مانند pH ، زمان تماس، غلظت واکنش دهنده ها بر میزان حذف سرب از نمونه آب حاوي 0/98 میلی گرم در لیتر مورد بررسی قرار گرفت. بررسی نتایج نشان داد که بیشترین بازدهی حذف سرب - %94 - در شرایط بهینه pH=10، 40 دقیقه زمان ماند با سرعت همزن 200 دور در دقیقه و غلظت 5 مولار براي هر یک از واکنش دهنده ها - کربنات سدیم وکلرید کلسیم - در دماي اتاق 25 درجه سانتیگراد به دست آمد. در شرایط بهینه مشابه میزان حذف سرب براي نمونه واقعی آب همراه نفت - %96 - محاسبه شد، که ناشی از بیشتر بودن رسوب حاصل به دلیل کثرت یونهاي موجود در نمونه واقعی بود. به عنوان نتیجه کلی می توان اظهار نمود که روش همرسوبی براي حذف فلزات سنگین در غلظت هاي پایین از آب همراه نفت روش مناسب می باشد.
کلید واژگان: آب همراه نفت، همرسوبی، کربنات کلسیم، حذف سرب
.1مقدمه
تاثیرات سوء سرب شامل تغییرات بیوشیمیایی در مقادیر کم آلودگی و تأثیر بر روي سیستم عصبی [1] ویا حتی مرگ در غلظتهاي بالا میباشد. سرب باعث کند شدن واکنش با آنزیمها [2] و حتی توقف واکنشهاي فیزیولوژي ضروري بدن میشود. سرب می تواند در استخوانها ذخیره شود و پس از اشباع شدن استخوان، وارد خون گردد .[3]روشهایی که براي حذف فلزات سنگین از محلول هاي آبی پیشنهاد شده است به دو گروه کلی روشهاي شیمیایی و روشهاي بیولوژیکی تقسیم بندي می شوند. روشهاي شیمیایی شامل تبادل یونی، اسمز معکوس، جذب سطحی، استخراج با حلال، استفاده از سل هاي الکتروشیمیایی و ترسیب می باشند. روشهاي بیولوژیکی شامل استفاده از میکروبها و گیاهان آبزي است .[4,5,6]
هزینه بالا و مشکلاتی که براي دفع لجن هاي ناشی از این فرآیندها وجود دارد از معایب این روشها است. به علاوه این روشها قادر به حذف آلودگی ها تا حد استاندارد - 0/1 – 3 ppm - نیستند .[7,8,9]بسیاري از مححققان بر این باورند که ممکن است بتوان از کربنات کلسیم به عنوان جاذب براي بسیاري از آلودگیهاي فلزي در آب استفاده کرد. فولگوم و همکارانش در سال 1988 وجود یک جاذبه قوي بین یونهاي سرب وسطح کلسیت را ثابت کردند .[10] استرورچی و همکارانش در سال 1996 با استفاده از اندازه گیري هاي گوناگون x-ray نشان دادند که - %60 - از یونهاي سرب سایت هاي کلسیم در شبکه کلسیت را اشغال کرده و - %40 - بقیه به طور بی نظمی جذب خواهند شد .[11]
روف وهمکارانش در سال 2005 نشان دادند کهمکانیزم جذب یونهاي سرب بر روي سطح کلسیت به pH بستگی دارد. در واقع pH بر روي ویژگی هاي سیستم آبی وجامد اثر گذار است .[12]عزیز و همکارانش طی آزمایشهایی نشان دادند که حذف فلز سرب توسط سنگ اهک در pH=8/5 به -93 %95 میرسید .[7] الزینگا و همکارانش در سال 2006 نشان دادند، که سرب وقتی بر روي سطح کلسیت جذب می شود بر خلاف یونهاي کلسیم کمپلکس هشت وجهی را تشکیل نمی دهد و این امر مانع ورود یونهاي سرببه داخل شبکه بلوري کلسیت میشود .[13] پاروس و همکارانش در سال 2010 نشان دادند که ظرفیت حذف سرب توسط سنگ اهک در 7-5 pH حدود 40 میلی بر گرم جامد است .[14]
.2 مکانیزم همرسوبی
چنانچه یک ترکیب محلول به همراه رسوب وآمیخته با آن ته نشین شود فرآیند را همرسوبی می نامند. جذب عبارت است از اتصال دو بعدي میان فلز و سطح جامد ولی همرسوبی پدیده اي سه بعدي است و فلز می تواند وارد شبکه کریستالی شود .[15] از لحاظ سینیتیکی یون هاي فلز جذب شده با تغییر pH یا غلظت لیگاند آسانتر از فرآیند همرسوبی آزاد می شوند .[10] مکانیسم هاي گوناگونی براي انجام فرآیند همرسوبی وجود دارد از قبیل جذب سطحی یونها adsorption Surface، حبس یونها Occlusion، جایگزینی یونها Isomorphicinclusion، و حبس میکانیکی .Mechanical entrapmentدر جذب سطحی، با تشکیل لایه اي اولیه بر سطح رسوب، و به دنبال آن ایجاد لایه اي متقابل، جذب سطحی رخ می دهد. هرچه اندازه ذرات رسوب ریزتر باشد عملکرد جذب سطحی نیز بیشتر خواهد بود. حبس شدنیک یون یا مولکول در شبکه رسوب در جریان فرآیند رشد بلور رخ می دهد که باعث توزیع غیر یکنواخت یونها و مولکول هاي خارجی در شبکه بلور می شود .[16]هرگاه یون حبس شده در شبکه رسوب از نظر اندازه و بار شبیه یکی از یونهاي سازنده رسوب باشد آنگاه ممکن است جایگزین یون شبکه شده و توزیع یکنواخت را در سرتاسر شبکه داشته باشد. در این حالت مکانیسم همرسوبی جایگزین یونها می شود. مکانیسم حبس میکانیکی مربوط به حالتی است که در حین تشکیل سریع رسوب مقداري از محلول مادر در درون حفره هاي شبکه رسوب جا بگیرد.
.3 آزمایشگاهی
کلیه مواد شیمیایی شامل کلسیم کلرید، سدیم کربنات، کربنات کلسیم و نیترات سرب با درجه خلوص %99/9و تولیدي از شرکت مرك مورد استفاده قرار گرفت. براي تنظیم pH از محلول سدیم هیدرکسید و نیتریک اسید استفاده شد. شکل - 1 - کریستالیزور مورد استفاده براي انجام آزمایش ها را نشان می دهد .[16]همچنین براي اندازه گیري غلظت فلز سرب از یک دستگاه طیف سنج اتمی استفاده شد.به منظور بررسی عوامل مختلف بر روي میزان حذف سرب پارامترهاي pH، زمان تعادل و غلظت واکنش دهنده مورد مطالعه قرار گرفتند. ابتدا 700 ml از نمونه آب آلوده به فلز سرب درون راکتور ترسیب ریخته شد. سپس 200 ml محلول سدیم کربنات شامل 2/5 M به آن اضافه گردید.
بدین ترتیب حجم محلول اولیه به 900 ml رسید بطوریکه سطح محلول بالاي لوله مکش draft tube قرار بگیرد و جریان چرخشی شروع شود.سپس 10 g کربنات کلسیم به عنوان seed به محلول اضافه شد. به منظور یکنواخت شدن، محلول به مدت 15 min بوسیله یک همزن الکتریکی - mixer type 71-4 B Moto Gen 1390 - با دور 200 rpmمخلوط شد. سپس 100 ml محلول شامل 5 M کلسیم کلرید با استفاده از پمپ قطره زنی - Infusion - pump OT-701 به مدت 40 min به محلول اضافه شد. pH محلول در پنج سري آزمایش مجزا به ترتیب 7-8-9-10-11.5 در نظر گرفته شد. بعد از اتمام هر آزمایش، فیلتراسیون با استفاده از قیف بوخنر متصل به
