بخشی از مقاله
چکیده
پساب های صنایع مختلف از جمله آبکاری فلزات، صنایع باطری سازی، استخراج معدن، شامل فلزات سنگینی می باشد که برای انسان و محیط زیست نگران کننده است و شامل کادمیوم، مس، روی، نیکل، کروم، سیانید، سرب و فلزات دیگر می باشد. برای حذف فلزات سنگین روش های مختلف فیزیکوشیمیایی و بیولوژیکی از جمله: ته نشینی، انعقاد، شناورسازی، ترسیب شیمیایی، فیلتراسیون، فرایندهای غشایی - اسمز معکوس و نانوفیلتراسیون - ، تبادل یون، روش های بیولوژیکی، جذب با کربن فعال شده و ... قابل کاربرد هستند، که بطور کلی گران یا بی اثر هستند. بنابراین، در بسیاری از تحقیقات محققان به پیدا کردن روش های مقرون به صرفه ای برای حذف آلاینده های فاضلاب پرداخته اند.
همچنین در سال های اخیر توجه قابل ملاحظه ای به مطالعه حذف یون های فلزات سنگین از محلول توسط جذب با استفاده از مواد دور ریز و کم هزینه اختصاص یافته است. در این تحقیق حذف نیکل با استفادهاز فرایند جذب توسط پودر برگ درخت اُکالیپتوس و خاکستر چوب صنوبر مورد بررسی قرار گرفت. این مطالعه از نوع کاربردی است. اثر پارامترهای مختلف بر حذف فلز مانند pH ، مقدار جاذب، زمان تماس و سرعت همزدن به روش ناپیوسته بررسی شد. این پژوهش در مقیاس آزمایشگاهی ابتدا در محلول های آبی و پس از بدست آمدن شرایط بهینه جذب، در نمونه فاضلاب واقعی انجام گرفت. همچنین غلظت نیکل فاضلاب قبل و بعد از فرایند جذب، اندازه گیری شد.
در تمام آزمایش ها پس از گذشت زمان مناسب و صاف کردن محلول، غلظت نیکل باقیمانده با استفاده از دستگاه جذب اتمی و در طول موج 382 نانومتر اندازه گیری شد . نتایج نشان داد که با افزایش پارامترهای مقدار جاذب و pH میزان حذف فلز افزایش می یابد. حذف فلز نیکل تا 60 دقیقه اول رو به افزایش و پس از آن مقدار جذب ثابت و به تعادل رسیده و حذف مطلوبی با مقدار جاذب 40 میلی گرم بر 100 میلی لیتر محلول و pH برابر 9/5 مشاهده می شود. با توجه به نتایج بدست آمده در این مطالعه بهترین جذب در دوز 40 میلی گرم استفاده توام برگ درخت اُکالیپتوس و خاکستر چوب صنوبر می باشد و برابر 99/76 درصد است. بنابراین جاذب مذکور می تواند به عنوان جاذبی ارزان قیمت و موثر برای حذف فلز نیکل از محلول های آبی به کار رود.
کلمات کلیدی: جذب،پساب، نیکل، خاکستر چوب صنوبر، برگ درخت اُکالیپتوس.
.1 مقدمه و هدف
فلزات سنگین به عناصری اطلاق می شود که جرم اتمی آنها از جرم اتمی آهن 55/8 - گرم بر مول - زیاد تر باشد و یا دانسیته ای بیشتر از 6 گرم بر سانتی مترمکعب داشته باشند. فلزات سنگین عناصری با پایداری بالا، غیر قابل تجزیه در بدن و دارای توانایی تجمع زیستی در زنجیره غذایی بوده و قابلیت انتقال به انسان را دارا هستند. میزان فلزات سنگین به دلیل فعالیت های صنعتی و توسعه تکنولوژی به طور مداوم در حال افزایش بوده و این امر برای محیط زیست و سلامت عمومی بسیار خطرناک است. آلودگی محیط زیست آبی یک مسئله روز جهانی است که به واسطه فعالیت هایی مانند بهره برداری از معادن، صنعتی شدن و شهرنشینی در زیست کره، پیوسته در حال افزایش است. فاضلاب، ناشی از صنایعی مانند باتری سازی، سرامیک سازی، چرم سازی، آبکاری، نساجی، دباغی، رنگ رزی، معدن کاوی، پالایش، ذوب و استخراج فلزات و دیگر فرایند های فلزی در مقیاس کوچک و بزرگ حاوی مقادیر قابل توجهی از یون های فلزی سمی هستند.
حذف این فلزات سنگین از پساب ها برای حفظ محیط زیست و سلامت بشری ضروری است 7] و .[9سازمان محیط زیست ایالات متحده آمریکا - NYSDEC - این فلزات را در دسته آلاینده های سمی الویت دار طبقه بندی کرده اند. سازمان بهداشت جهانی - - WHO نیز استاندارد نیکل را در خروجی فاضلاب ها و تخلیه به آب های سطحی، چاه های جاذب و مصارف کشاورزی برابر 2 میلی گرم بر لیتر و در آب آشامیدنی برابر 6 میکرو گرم بر لیتر اعلام کرده است .[12] بنابراین تصفیه و حذف این فلزات از فاضلاب ها قبل از تخلیه به محیط زیست، توسط روش های نوین، موثر و اقتصادی ضروری به نظر می رسد. در این راستا جذب سطحی یکی از روش های حذف مناسب آلاینده ها از فاضلاب صنعتی به شمار رفته است که از میان جاذب های مختلف، جاذب های ارزان قیمت از جایگاه خاصی برخوردار است .[6]
.2 تئوری و پیشینه تحقیق
تا کنون محدوده وسیعی از دورریزها به عنوان جاذب مورد استفاده قرار گرفته است و بخش عظیمی از مطالعات انجام شده به تهیه کربن فعال از زائدات محصولات کشاورزی اختصاص یافته است. از آن جمله می توان به مطالعات انجام گرفته برای تهیه کربن های فعال از پوسته بادام زمینی، فندق، گردو، پوسته نخل، چوب بلال ذرت و... اشاره نمود 15]، 16 و .[17 ویکرانت سارین و همکارانش، حذف کروم از پساب صنعتی را با استفاده از پوست درخت اوکالیپتوس بررسی کردند. پوست درخت اکالیپتوس - EB - در حذف بیش از 99 کروم - VI - با غلظت 200 پیپیام و در pH برابر با 2 موثر بود. افزایش دوز جاذب، غلظت اولیه کروم - VI - و افزایش زمان تماس تا حد 2 ساعت همگی برای افزایش جذب کروم - VI - مطلوب است .[19]
تارسینا رابیا و همکاران، جذب کروم - III - از محلول آبی توسط پوسته بادام زمینی را بررسی کردند. ماکزیمم حذف کروم در pH = 7 و زمان تماس 360 دقیقه برابر % 87/5 بود .[18] خداویسی و همکارانش، حذف سرب از پساب توسط کربن فعال تهیه شده از برگ درخت اُکالیپتوس را بررسی کردند. نتایج نشان داد که حذف فلز سرب بعد از مدت 60 دقیقه به تعادل رسیده و حذف مطلوبی با مقدار جاذب 0/05 گرم در غلظت اولیه فلز 100 میلی گرم بر لیتر در pH برابر 4 مشاهده می شود .[2] موسوی و سیدی خاکستر گزنه را به عنوان یک جاذب کم هزینه برای حذف نیکل وکادمیوم از فاضلاب، بررسی کردند.
بهترین درصد حذف در دوز جاذب 0/5 گرم بر لیتر، زمان تماس 60 دقیقه و pH = 6 ، برای نیکل - II - و کادمیوم - II - به ترتیب %97/1 و %86/2 بدست آمد .[20] موتوسامی و همکاران، حذف یون نیکل از فاضلاب صنعتی با استفاده از چوب بلال ذرت را مورد بررسی قرار دادند. بالاترین درصد حذف، حدودا %98 ، در pH=4، زمان تماس 90 دقیقه، با سرعت همزدن 200 دور بر دقیقه و دوز جاذب 1/5 گرم بر میلی لیتر، در غلظت 10 پیپیام نیکل و کرومبدست آمد .[15] ملکوتیان و همکاران، حذف سرب و کبالت از پساب صنایع رنگ با استفاده از خاکستر چوب را بررسی کردند. ماکزیمم حذف در pH=2 ، زمان تماس 3 ساعت و دوز 100 گرم بر لیتر خاکستر چوب، برای سرب و کبالت به ترتیب %96/1 و %99 بدست آمد .[14]
با توجه به خطرهای جدی فلز سنگین نیکل بر سلامت انسان و سایر موجودات زنده و اهمیت حذف آن از منابع آبی، در تحقیق حاضر استفاده از جاذب طبیعی و ارزان قیمت برگ درخت اُکالیپتوس برای حذف نیکل که سمیت بالایی داردبررسی شد. همچنین، نتایج آزمایش ها با کربن فعال دانه ای - GAC - در مطالعات گذشته مقایسه شد. مدل های جذب ایزوترمی لانگمیر و فروندلیچ برای بررسی سینتیک جذب نیکل مطالعه شده اند.
.3 مواد و روش ها
برای تهیه جاذب برگ درخت اُکالیپتوس، ابتدا برگ ها از شاخه ها جدا شده و با آب مقطر دو بار تقطیر به طور کامل شسته شدند و سپس در شرایط سایه و دمای اتاق 25 - درجه سانتیگراد - خشک شدند. برای تهیه جاذب خاکستر چوب، ابتدا کنده های چوب صنوبر در نجاری رنده شده و سپس با آب مقطر دو بار تقطیر شسته شدند، پس از خشک شدن رطوبت چوب ها، از طریق سوزاندن معمولی خاکستر چوب تهیه شد. سپس برای بدست آوردن سطح تماس بسیار بالا و مناسب، برگ ها و خاکستر چوب را در دستگاه رِتچ1 ، با رنده 1 میلی متر آسیاب نموده تا اندازه ذرات به صورت کاملا همگن به دست آید. به این ترتیب جاذب ها به صورت پودرهایی با ذرات کاملا همگن تهیه شد.
برای بررسی جذب نیکل از محیط های آبی، از محلول استاندارد 1000 پیپیام نیکل ساخت شرکت مرک آلمان بااستفاده از حل کردن در آب مقطر دیونیزه، استفاده شده است. برای تنظیم pH از اسید کلریدریک و سود 0 /1 نرمال و برای اختلاط نمونه ها از دستگاه شیکر استفاده شد. در مرحله اول برای به دست آوردن محدوده pH مناسب برای جذب، محلول های 100 میلی لیتری حاوی 10 پیپیام نیکل توسط 20میلی گرم جاذب اُکالیپتوس در گستره pH، 1/5، 2/5، 3/5، 4/5،5/5، 6/5، 7/5، 8/5 و 9/5، - گستره pH انتخابی بدلیل رسوب نیکل در pH بالاتر از 9/5 و آزاد شدن گاز سمی و بسیار خطرناک سیانید هیدروژن در pH اسیدی کمتر از 1/5 است - [5]، آزمایش ها در مدت زمان یک ساعت تکرار شدند و نتایج مناسب ترین pH برای جذب به دست آمد. سپس محلول های حاوی 25 پیپیام نیکل، با مقادیر غلظتی مختلف جاذب مورد آزمون قرار گرفت.
غلظت های 10، 20 و 40 میلی گرم در لیتر از جاذب تهیه شده، پس از تماس جاذب با محلول ها در غلظت های مورد بررسی اُکالیپتوس بهترین غلظت جاذب و همچنین پس گذشت زمان تماس از 30 تا 120 دقیقه برای تعیین زمان ماند بهینه برای بالا بردن درصد حذف نیکل از محلول های تهیه شده در غلظت 25 پیپیام نیکل مشخص شد.همچنین برای تعیین غلظت باقی مانده نیکل در محلول های آبی و پساب صنعتی و همچنین مقدار اولیه فلز در پساب از دستگاه جذب اتمی وارین 2240 استفاده شد و قبل از تعیین غلظت باقی مانده نیکل، محلول ها تو سط کاغذ صافی واتمن 40 صاف گردید. همچنین کلیه آزمایش ها در دمای اتاق 25 - درجه سانتی گراد - انجام گرفته است. در نهایت پس از بدست آمدن شرایط مناسب جذب pH - ، دوز جاذب و زمان تماس - ، تاثیر جذب نیکل توسط خاکستر چوب صنوبر و نیز استفاده توام دو جاذب هم در محلول آبی هم در پساب صنعتی تهیه شده از کارخانه آلوم رول اراک بررسی شد.
4.نتایج و بحث
4.1.اثرpH بر جذب: برای جذب فلزات سنگین، pH یکی از عوامل مهم است. تغییرات pH موجب هیدرولیز، کمپلکس شدن با لیگاندهای آلی و معدنی، واکنش های کاهش و تشکیل رسوب می شود .[8] در این پژوهش، pHدر محدوده 1/5 تا 9/5 بررسی شد و پس از اندازه گیری نیکل باقی مانده توسط دستگاه جذب اتمی، pH مناسب برای جذب 9/5 و درصد حذف برابر %49/23 بدست آمد - نمودار . - 1
