بخشی از مقاله
چکیده
کربن فعال پودری به عنوان یک جاذب با توانایی بالای جذب، کاربرد های وسیعی در زمینه تصفیه آب و پساب های صنعتی دارد. اما به علت کوچک بودن اندازه ذراتش همواره محدودیت هایی در پایان عملیات جذب و جداسازی دارد. کامپوزیت کربن فعال مغناطیسی با دارا بودن ویژگی های کربن فعال به عنوان جاذب و نانو ذرات اکسید آهن برای جداسازی با آهنربا، مورد استفاده قرار گرفت. کارایی این کامپوزیت با سطح ویژه ی 356 m2/g و خواص سوپرپارامغناطیس برای حذف ماده رنگی متیلن بلو با جداسازی آسان و سریع جاذب از محلول، مورد بررسی قرار گرفت.
اثر میزان pH، زمان تماس و غلظت متیلن بلو روی نانوکامپوزیت بررسی شد. میزان درصد حذف متیلن بلو برای غلظت های مختلف با مقدار ثابت جاذب بین 75 تا 100 درصد گزارش شد. آزمایشات جذب نشان دادند فرآیند جذب از سینتیک درجه 2 پیروی کرد. پس از پایان عملیات جذب به منظور کاهش هزینه های روش های معمول جداسازی نظیر فیلتراسیون و سانتریفیوژ، با استفاده از خاصیت سوپرپارامغناطیسی کامپوزیت و کمک گرفتن از یک آهنربای دستی در کمتر از چندٍثانیه جاذب از محلول تصفیه شده جدا شد.
مقدمه
بسیاری از صنایع نظیر پارچه بافی، نساجی، رنگرزی، چاپ، مرکب سازی، دباغی، آرایشی، داروسازی و پلاستیک سازی از رنگ ها برای رنگ کردن محصولاتشان استفاده می کنند - آی و همکاران، 2009، . - 1517 رنگ ها اولین آلودگی هایی هستند که در طبیعت قابل رویت و تشخیص هستند - ژوو و همکاران، 2011، . - 494 رنگ ها بعنوان موادی خطرناک شناخته شده اند و می توانند سلامت انسان و حیوانات را به خطر بیاندازند و در دراز مدت منجر به بیماری های خطرناکی همچون سرطان و همچنین جهش های ژنتیکی در موجودات زنده شوند - آی و همکاران، 2011، . - 282حتی وجود مقدار بسیار کمی از مواد رنگی در آب آشامیدنی برای سلامتی و محیط زیست نامطلوب می باشد - یوو و همکاران، . - 175 ع . متیلن بلو از رایج ترین رنگ است که در بسیاری از زمینه ها از جمله بیولوژیکی و شیمیایی کاربرد دارد.
در دمای اتاق نمک متیلن بلو جامدی بدون بو به رنگ سبز تیره با وزن مولکولی 319/85 g/mol است. با حل شدن این نمک در آب محلول آبی رنگی به دست می آید - بولوت و همکاران، 2006، . - 260 برای حذف آلودگی های زیست محیطی از روش های متعددی مانند اکسیداسیون - خرمفر و همکاران، 2011، - 183، اوزونیزاسیون - تهرانی و همکاران، 2010، - 34، انعقاد و لخته سازی، فیلتراسیون - امینی و همکاران، 2011، - 107 و جذب سطحی - چن و همکاران، 2011، - 246 استفاده می شوند که هریک دارای مزایا و معایبی هستند.
از میان این روش ها فرآیند جذب به علت داشتن سطح ویژه بالا و بازدهی مناسب، یکی از بهترین روش ها برای حذف آلودگی های پساب های صنعتی است و برای حذف مواد رنگی هم استفاده میشود - شائو و همکاران، 2012، . - 17 کربن فعال پودری به خاطر خصوصیات ویژه و ظرفیت جذب بالا توجه بسیاری از محققین را به سمت خود جلب کرده، اما همواره محدودیت هایی داشته است - جون و همکاران، 2011، . - 600 پس از عملیات جذب کربن فعال باید به طور کامل از محلول جدا شود، در غیر این صورت وارد محیط زیست و آب ها شده و خود بعنوان یک آلودگی دیگر مطرح می شود. پس لازم است که به طور کامل از پساب جدا شود. کربن فعال بخاطر کوچک بودن اندازه ذراتش عملیات جداسازی را مشکل می کند و جداسازی آن نیازمند زمان و هزینه است.
در سال های اخیر توانایی جاذب های مغناطیسی برای حذف آلودگی ها بسیار مورد توجه قرار گرفته و در بسیاری صنایع، جداسازی به کمک یک آهنربا به جای استفاده از روش هایی نظیر ته نشینی، سانتریفیوژ و فیلتراسیون انجام میشود - وانگ و همکاران، 2009، . - 3728 کامپوزیت کربن فعال/ COFe2O4 برای حذف ماده رنگی مالاشیت گرین ، کربن فعالFe3O4/ برای حذف متیل اورانژ - هوی دو و همکاران، 2011، - 1269، نانو لوله های کربنی اصلاح شده مغناطیسی ب منظور حذف رنگ های آلی - مدرکیان و همکاران، 2011 ، - 110، تحقیقاتی هستند که در این زمینه کار شده اند. به طور کلی بسیاری از روش های سنتز جاذب های مغناطیسی زمان بر و پر هزینه هستند و جاذب های کمی بودند که با روش های آسان تهیه شده باشند - ژانگ و همکاران، 2011، . - 326 هدف از این تحقیق استفاده و بکارگیری یک جاذب مغناطیسی برای جذب رنگ متیلن بلو است. تاثیر pH ، زمان تماس، غلظت رنگ و سینتیک جذب روی متیلن بلو به طور کامل بررسی شده است.
مواد و روش ها
در این تحقیق کربن فعال مغناطیسی به روشی که در کار قبل انجام گرفت، سنتز شد. به طور خلاصه مقدار 20 گرم کربن فعال - Merck - با 150 مدلد لیتر اسید نیتریک 5 مولار به مدت 1 ساعت در دمای 70 درجه سانتی گراد با سیستم رفلاکس اسید شویی شد. سپس 4.2 گرم از کربن اسید شویی شده، 13 گرم کلرید آهن - 3 - ، - FeCl3 - و 8 گرم کلرید آهن - 2 - ، - FeCl2.4H2O - ، در 100 مدلی لیتر محلول 2 مولار اسید هیدرو کلریک %37 ریخته شدند.300 مدلی لیتر محلول آمونیاک NH4OH - ،%2 - 25-30 مولار به صورت قطره قطره در دمای محیط به مدت 2 ساعت به محلول اضافه شد.
ماده قهوه ای تیره رنگ تشکیل شده با آهنربای دستی جدا شد و پس از چند بار شستشو با آب مقطر و اتانول، وارد آون شده تا کاملا خشک شود - دره زرشکی و همکاران، 2013، . - 222 ماده خشک شده نانوکامپوزیت کربن فعال مغناطیسی شده با نانو ذرات اکسید آهن بود که بعنوان جاذب متیلن بلو مورد استفاده قرار گرفت. در این آزمایشات همه مواد استفاده شده از نوع آزمایشگاهی بودند. برای آماده سازی محلول ها با غلظت های 10، 20، 40 و 60 میلی گرم بر لیتر از متیلن بلو، ابتدا محلولی با غلظت 60 میلی گرم بر لیتر ساخته شد و با رقیق سازی آن غلظت های دیگر نیز تهیه شدند.
برای انجام آزمایشات جذب ناپیوسته 20 میلی لیتر از محلول با غلظت مورد نظر در ارلن 50 سی سی ریخته و 0/01 گرم جاذب به آن اضافه شد. محلول توسط مگنت میله ای با نرخ 100 دور بر دقیقه در دمای محیط 27 - درجه سانتی گراد - هم زده شد. پس از گذشت زمان مناسب ذرات جاذب از محلول توسط آهنربا در ته ارلن جدا و محلول در ظروف شیشه ای جهت آنالیز نگهداری شد. غلظت نهایی متیلن بلو در محلول توسط دستگاه - Varian carry 50 - با طول موج ماکزیمم - λmax=665nm - درون سل های 4/5میلی لیتری ریخته و غلظت ها بر اساس محلول های استاندارد و محلول شاهد - آّب مقطر - اندازه گیری شد.
اثر pH
جهت بررسی اثر pH محلول بر جذب متیلن بلو آزمایشات جذب در pH های مختلف 3، 5، 7 ، 9، 11، 12 انجام شد. برای تنظیم pH از HCl و 0/1 NaOH مولار استفاده شد. 20 میلی لیتر از محلول 20 میلی گرم بر لیتر از متیلن بلو با 0/01 گرم جاذب به مدت 50 دقیقه مخلوط شد و سپس جاذب توسط آهنربا از محلول جدا شد و جهت آنالیز و اندازه گیری غلظت جمع آوری گردید.
اثر زمان و غلظت اولیه متیلن بلو
اثر زمان تماس روی ظرفیت و در صد جذب متیلن بلو روی نانو جاذب مغناطیسی در غلظت های 10، 20، 40 و 60 میلی گرم بر لیتر در زمان های 10 تا 420 دقیقه مورد بررسی قرار گرفت. آزمایشات در pH ده برای تمامی غلظت ها انجام شد که با استفاده از 0/1 NaOH مولار pH بالا برده شد.
