بخشی از مقاله
چکیده
یکی از مهمترین مسائل دنیای امروز آلودگی محیط زیست و به خصوص آب توسط فلزات سمی و خطرناک می باشد. بدین ترتیب برای حذف فلزات سنگین از آب و فاضلاب نیاز مبرمی به توسعه روشی جدید ارزان قیمت و اقتصادی وجود دارد. همین امر به آلودگی های حاد و مزمن جمعیت های زیستی اعم از گیاهی، حیوانی و انسانی منجرمی شود. نیاز مبرم به حذف فلزات سنگین از فاضلاب های صنعتی در چند دهه اخیر، نیاز به جایگزینی تجهیزات وتکنولوژی موجود توسط سیستمی با راندمان بالاتر، کاهش قیمت سیستم های غشایی در چند سال اخیر و قابلیت فن آوری بیشتر این نوع سیستم ها با مصرف کمتر انرژی استفاده از فن آوری نانو در تصفیه پساب صنایع و استخراج فلزات سنگین را توجیه پذیر می سازد؟ هدف از این پژوهش حذف فلز سنگین کادمیوم به کمک نانو سلولز میکروبی و کیتوسان به عنوان جاذب های بیولوژیکی به روش جذب سطحی می باشد.
در این تحقیق اثر متغیر های تاثیرگذار از جمله دما - محیط، 30 و 60 درجه سانتیگراد - ، زمان 30 - و 60 دقیقه - ، نوع جاذب - نانو سلولز میکروبی و کیتوسان - توسط دستگاه های جذب اشعه اتمی شعله و SEM جهت دیدن ساختار نانوسلولز میکربی و کیتوسان مورد ارزیابی قرار گرفت. طبق نتایج بدست آمده با افزایش دما و زمان میزان جذب فلز کادمیوم توسط جاذب ها بیشتر شده است. علت حذف کادمیوم توسط کیتوسان وجود گروه های آمین است که با کادمیوم تشکیل کمپلکس داده و باعث حذف این فلز از محلول می شود. همچنین حضور گروه C-O موجود در آنها سبب تشکیل کمپلکس با این فلز شده و منجر به حذف این فلز از محلول می شوند. در نمونه هایی که سلولز میکروبی وجود داشته علت اصلی حذف فلزات بار مثبت سلولز و بارهای منفی فلزات سنگین می باشد.
1 -مقدمه:
به دلیل رشد سریع صنعت، فلزات سنگین بیش از اندازه وارد محیط زیست شده اند که این امر تبدیل به یک نگرانی جهانی شده است.[1] استخراج فلزات از معادن و کاربرد گسترده فلزات سنگین در صنایع باعث شده است که غلظت این فلزات در آب، هوا و خاک افزایش یابد. مکانیسم اثر سمیت فلزات سنگین ناشی از تمایل شدید کاتیون های این فلزات به گوگرد و به این طریق مختل کردن فعالیت آنزیم های حیاتی موجودات زنده است.[2] امروزه یکی از مهمترین مسائل زیست محیطی، تصفیه فاضلاب های صنعتی که شامل فلزات سنگین نظیر مس، روی، کروم، کادمیوم، جیوه می باشد .[3] این آلاینده ها در فاضلاب صنایع آبکاری، چرم سازی، نساجی، عکاسی، معدن و کاغذ سازی وجود دارند.[4] نانو تکنولوژی بدون شک مهمترین فناوری قرن بیست و یکم است.
ارتباط بین تکنولوژی جدید و محیط زیست پیچیده است×؟ نانوتکنولوژی، توانمندی تولید مواد، ابزارها و سیستم های جدید با در دست گرفتن کنترل در سطوح ملکولی و اتمی و استفاده از خواص است که در آن سطوح ظاهر می شود؟ تحقیقات نشان میدهد استفاده از فناوری نانو در تصفیه آب و فاضلاب می تواند هزینه های تصفیه را تا حد زیادی کاهش دهد. چندین حادثه در زمینه آلودگی منابع سطحی به فلزات سنگین گزارش شده است به عنوان مثال بیماری - ایتای ایتای - که مربوط به آلودگی کادمیوم در رودخانه جینسو ژاپن بوده است.[5] فلزات سنگین میتوانند در بدن موجودات زنده تجمع نموده و موجبات بیماری ها و ناتوانی های مختلف را فراهم آورند. این فلزات قابل تجزیه زیستی نبوده و اثرات سمی آنها در بدن موجودات زنده مزمن می باشد.
[6] به دلیل هزینه های بالای روش های متداول حذف فلزات سنگین نیاز مبرمی به توسعه روش جدید، ارزان قیمت و اقتصادی ایجاد گردید.[6] برای پاسخگویی به این نیاز در سال های اخیر مطالعات در زمینه بیو جذب شدت گرفته است.[7] مطالعات مربوط به حذف فلزات سنگین به وسیله جاذب های ارزان و طبیعیعمدتاً از دهه 1970 شروع شد .در این زمینه می توان به مطالعات لارسن و شوب اشاره کرد . در این مطالعات از کربن فعال حاصل از سو زاندن کاه، برای حذف کادمیم استفاده شده است.
[8] از جمله این فلزات سنگین می توان به کادمیم اشاره کرد .کادمیم بعد از کاربرد در کود و یا آفت کشها، وارد محیط زیست وعمدتاً زمین می شود .کادمیمعمدتاً از راه غذا وارد بدن انسان می شود .غذاهایی که میزان کادمیم موجود در آنها بالا است، باعث می شوند که غلظت کادمیم در بدن انسان به شدت افزایش یابد . عوارضی که توسط کادمیم برای انسان ایجاد می شود عبارت اند از :اسهال، شکم درد و استفراغ شدید، شکستگی استخوان، عقیم شدن و نازایی، آسیب سیستم عصبی مرکزی ، آسیب سیستم ایمنی، ناهنجاری های روانی و آسیب احتمالی سرطان.[9] Badot and Crini در سال 2008 در تحقیقات خود نشان دادند که کیتوسان می تواند به طور کامل با رزین ها ترکیب شده و برای به دام انداختن فلزات سنگین از آب، به کار رود.
Holl and Jeon در مطالعات خود مخلوطی از کیتین و کیتوسان برای جذب آرسنیک از آب های آشامیدنی به کار بردند. حتی نسل جدیدی از غشاهای کیتین و کیتوسان ساخته اند که کاربرد زیادی در دستگاه های دیالیز، همودیالیز، اسمز، اسمز معکوس دارند و برای خالص کردن آب استفاده می شوند.[10] سلولز میکروبی اولین بار توسط Brown در سال 1886 میلادی در طی فرآیند تولید سرکه، در سطح ظرف تخمیر سرکه به صورت یک ماده ژلاتینی به دست آمد. Brown و همکاران سلولز باکتریایی از 4 نوع باکتری استوباکتر، ریزوبیوم، اگروباکتریوم و الکالیجنز در محیط کشت ایستا تولید نمود. کیتین نیز می تواند برای حذف مواد رادیواکتیو در فاضالب های حاوی یون های اورانیوم و همچنین آب های دارای استات جیوه مورد استفاده قرار گیرد.[11]
کیتوسان یک پلیمر طبیعی غیر سمی زیست تخریب پذیر و دارای وزن مولکولی بالا می باشد و از پلیمر طبیعی کیتین که در طبیعت به فراوانی یافت می شود بدست می آید. کیتوسان از استیل زدایی کیتین بدست می آید که بدلیل غیر سمی بودن، خاصیت جذب بالا، امکان تجزیه در طبیعت، سازگاری با محیط زیست، مقرون به صرفه بودن از نظر اقتصادی، توانایی حذف محدوده ی وسیعی از رنگ ها و فلزات، سینتیک سریع و در نهایت امکان تهیه مشتقات فراوان از آن، بسیار مورد توجه است. در شکل شماره - - 1 ساختار مولکولی کیتین و کیتوسان ، همچنین ساختار سلسه مراتبی کیتین در کوتیکول خرچنگ در شکل - 2 - نشان داده شده است.
