بخشی از مقاله
چکیده
در این تحقیق از پنبه اصلاح شده به عنوان جاذب با ظرفیت بالا برای حذف رنگدانه مالاشیت سبز از محلول های آبی استفاده شده است. پنبه اصلاح شده دارای گرو ه های عاملی سولفات در سطح خود می باشد که از طریق واکنش کلروسولفونیک اسید با پنبه حاصل شده است. پنبه اصلاح شده به دلیل داشتن بار منفی تمایل شدیدی برای جذب رنگدانه های کاتیونی دارد. خواص پنبه اصلاح شده از قبیل ترکیب، درصد عناصر و تعیین گرو های عاملی به ترتیب توسط آنالیز های CHNS و FTIR مورد بررسی قرار گرفت.
پارامتر های موثر بر روی میزان جذب رنگدانه از قبیل دوز جاذب،pH ، زمان، دما و اثر نمک مورد بررسی قرار گرفتند و مقدار بهینه هر کدام به دست آمد. آزمایشات نشان می دهند که جاذب مورد نظر از ایزوترم لانگمویر تبعیت می کند وحداکثر ظرفیت آن 476 mg/g می باشد. همچنین جذب از سینتیک مرتبه دو و سینتیک نفوذ بین ذره ای پیروی می کند. رفتار ترمودینامیکی جاذب مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان می دهد که فرآیند جذب خودبه خودی همراه با افزایش بی نظمی می باشد.
به منظور بررسی رفتار جاذب در ستون بستر ثابت، ستون شیشه ای به طول 15cm و قطر 1/6cm با مهره های شیشه ای پر و پنبه به طور یکنواخت در لابه لای آنها قرار داده شد. اثر غلظت اولیه رنگدانه، دبی و مقدار جاذب مورد بررسی قرار گرفت. برای توصیف رفتار جذبی در حالت دینامیک از مدل توماس استفاده شد. نتایج نشان می دهد که با افزایش دبی ظرفیت جذب ستون افزایش می یابد. علت این است که جاذب پنبه اصلاح شده به شدت آب دوست می باشد و وقتی در آب قرار می گیرد حالت ژله ای به خود می گیرد. به این خاطر سینتیک جذب از نوع کنترل شده توسط نفوذ از فیلم می باشد. با افزایش دبی، مقاومت انتقال جرم کاهش و ظرفیت جذب افزایش می یابد.
واژه های کلیدی:مالاشیت سبز،حذف، جاذب، پنبه اصلاح شده، ستون بستر ثابت، مدل توماس
مقدمه
رنگدانه های سنتزی از طریق تخلیه فاضلاب های تصفیه نشده صنایع نساجی، چرم، پلاستیک، کاغذ و دارویی به منابع آبی راه پیدا می کنند.حضور رنگدانه ها در آب منجر به افزایش اکسیژن خواهی شیمیایی ، اکسیژن خواهی بیولوژیکی و جامدات معلق می گردد. بیشتر از صد هزار نوع رنگدانه صنعتی و جود دارد و سالانه حدود هفتصد هزار تن ماده رنگی تولید می شود. رنگدانه ها به سه گروه مختلف رنگدانه کاتیونی، آنیونی و غیر یونی تقسیم می شوند. رنگدانه ها ترکیبات آلی پیچیده و زیست تخریب ناپذیر می باشند و حذف آن ها از فاضلاب ها مشکل می باشند.
بیشتر رنگدانه ها سمی و سرطان زا هستند از این رو موجودات زنده آبزی و انسان ها را شدیدا تحت تاثیر قرار می دهند. رنگدانه ها تنوع موجودات را از طریق مسدود کردن مسیر عبور نور خورشید در آب کاهش می دهند. مالاشیت سبز کاربرد های صنعتی زیادی دارد - رنگرزی ابریشم، چرم، پلاستیک و کاغذو حضور آن در محیط زیست منجر به اثرات مخربی از قبیل آسیب به سیستم تنفسی و کاهش باروری بر روی انسانها و حیوانات از طریق استنشاق و بلع می گردد.زیست تخریب پذیری رنگدانه های تری فنیل متان به دلیل حضور نیتروژن در ساختارشان مشکل می باشد. مالاشیت سبز به دلیل ساختار شیمیایی پیچیده پایداری زیادی در برابر نور و عوامل اکسید کننده دارد. به دلایل یادشده، مالاشیت سبز پایداری زیستی و شیمیایی بالایی دارد.
ساختار شیمیایی مالاشیت سبز
فرایند های تصفیه متنوع وزیادی برای حذف رنگدانه ها از فاضلاب ها استفاده شده است. این فرایند ها شامل تخریب به کمک فوتو فنتون ،تخریب فوتوکاتالیستی. تخریب زیستی، تخریب الکترو شیمیایی و جذب می باشند. فرایند های تصفیه شیمیایی و زیستی ، فرایند هایی پیچیده با هزینه بالا بوده و می توانند محصولات جانبی سمی تولید کنند. انتخاب روش مناسب جذب بر اساس ظرفیت جاذب، هزینه تصفیه و شرایط عملیاتی می باشد.
از بین این روشها،فرایند های جذبی راندمان بالایی برای حذف رنگدانهها دارند و طراحی آن ها ساده و قابل استفاده در مقیاس بزرگ می باشد و جاذب آنها غیر سمی و ارزان هستند. استفاده از جاذب های طبیعی ارزان با ظرفیت جذب بالا گزینه مناسبی برای حذف رنگدانه ها از فاضلاب می باشند.سلولز به عنوان فراوان ترین ماده طبیعی شناخته شده است که به دلیل ساختار رشته ای داری سطح ویژه بالایی می باشد اما با توجه به ساختار شیمیایی آن، تمایلی برای جذب آلاینده ها ندارد. در صورت اصلاح یا اعمال تغییرات در ساختار شیمیایی آن، می تواند به جاذبی با ظرفیت بالا تبدیل گردد.
در این تحقیق از پنبه اصلاح شده به عنوان جاذب با ظرفیت بالا برای حذف رنگدانه مالاشیت سبز از محلول های آبی استفاده شده است. پنبه اصلاح شده دارای گرو ه های عاملی سولفات در سطح خود می باشد که از طریق واکنش کلروسولفونیک اسید با پنبه حاصل شده است. پنبه اصلاح شده به دلیل داشتن بار منفی تمایل شدیدی برای جذب رنگدانه های کاتیونی دارد. پارامتر های موثر بر روی میزان جذب رنگدانه از قبیل ، دوز جاذب،pH ، زمان، دما و اثر نمک مورد بررسی قرار گرفتند و مقدار بهینه هر کدام به دست آمد. رفتار جاذب در ستون بستر ثابت و اثردبی، غلظت اولیه رنگدانه و مقدار جاذب مورد بررسی قرار گرفت و برای توصیف رفتار جذبی در حالت دینامیک از مدل توماس استفاده شد.
مواد
رنگدانه مالاشیت سبز، اسید سولفوریک و سدیم هیدروکسید از شرکت مرک خریداری شد. دی متیل فورمامید از شرکت کم لب و کلروسولفونیک اسید از شرکت لوبا کمیا تهیه شدند. محلول استوک مالاشیت سبز با غلظت 400 mg/L با انحلال 560 میلی گرم ازنمک اگزالاتمالاشیت سبزl در یک لیتر آب مقطر ومحلولهای رنگ لازم ازترقیق آن تهیه گردید. پنبه مصرفی از نوع هیدروفیل بوده است و قبل از استفاده آن را به مدت دو ساعت در آون با دمای 800C خشک گردید.
