بخشی از مقاله
چکیده:
امروزه آلودگی محیط زیست به فلزات سنگین به دلیل افزایش تخلیه آن ها به محیط زیست، عدم تجزیهپذیری و سمیت بالای آنها برای گیاهان، حیوانات و انسان به عنوان یکی از خطرات زیست محیطی شناخته شده است . جهت حذف فلزات سنگین از محیطهای آبی، روشهای متعددی شامل تبادل یونی، رسوب شیمیایی، جداسازی از طریق غشا و جذب مورد استفاده قرار می - گیرد. در این مطالعه حذف مس از محلول توسط نانوگرافن در دو سیستم دوعنصری - مس+منگنز - و تک عنصری - مس - مورد بررسی قرار گرفت. در این مطالعه تأثیر 3 - pH، 4، 5، 6، 7 و - 8، غلظت اولیه 10 - ، 20، 30 ، 40 و 50 میلی گرم بر لیتر - بر کارایی جذب مس توسط ضایعات نخل به طور جداگانه مورد بررسی قرار گرفت .
نتایج نشان داد که جذب مس توسط نانوگرافن وابسته به pH بوده و با کاهش pH مقدار جذب مس در هر دو سیستم دوعنصری و تکعنصری کاهش یافت. در تمامی بازههای pH، تفاوت معنیداری از لحاظ جذب مس در دو سیستم تکعنصری و دو عنصری مشاهده نشد. همچنین میزان جذب مس توسط نانوگرافن در دو سیستم تک عنصری و دوعنصری تحت تأثیر غلظت اولیه افزایش یافت با این تفاوت که در غلظت های پایانی، میزان جذب مس توسط نانوگرافن در سیستم دوعنصری به دلیل اشباع مکانهای جذب کاهش یافت. بر اساس نتایج این پژوهش، نانوگرافن کارایی بالایی در حذف فلز مس در شرایط رقابتی و غیر رقابتی دارد.
واژههای کلیدی: آلودگی، جذب سطحی، نانوجاذب، فلزات سنگین
.1 مقدمه
آب از منابع ضروری برای ادامه حیات همه موجودات زنده محسوب میشود که در صورت آلودگی جایگزینی برای آن وجود ندارد. با صنعتیشدن جوامع بشری و تخلیه فاضلابهای شهری و صنعتی، استخراج فلزات، صنایع آبکاری، چرم - سازی و مدیریت نامناسب دفن زباله، محیطهای آبی به فلزات سنگین آلوده شده اند Calisir - و همکاران، . - 2009 با توجه به ماهیت تجزیهناپذیری فلزات سنگین در محیط زیست، این آلایندهها در پیکره گیاهان و موجودات زنده به صورت افزایشی تجمع یافته و سبب ایجاد بیماری ها و ناهنجاریهای مختلف و به مخاطره افتادن سلامت بشر خواهند شد Bailey - و همکاران، . - 1999
اگرچه مس به عنوان یک عنصر کم مصرف برای موجودات زنده شناخته شده است، اما در غلظتهای زیاد، تأثیرات ناخواستهای را بر انسان میگذارد. مطالعات نشان داده است که مس در پوست، کبد، مغز، پانکراس و عضلات قلب رسوب و سبب ایجاد بیماری ویلسون می شود Calisir - و همکارا ن، . - 2009 بر اساس استانداردهای ارایه شده توسط سازمان بهداشت جهانی، بیشترین غلظت مجاز مس در آب قابل شرب 1/3 میلیگرم بر کیلوگرم گزارش شده است Pontius - ، - 1996، در حالیکه که به دلیل گسترش روز افزون صنایع، غلظت مس در آب - ها افزایش یافته است.روشهای متعددی برای حذف فلزات سنگین از محلول های آبی و کاهش خطرات آن ارایه شده است.
در این بین، روشهای مبتنی بر جذب به دلیل سادگی، هزینه پایین و کارآمدی بالا مورد توجه پژوهشگران قرار گرفته است - و Ozcan و همکاران، . - 2005 پژوهشگران جاذبهای ارزان و مؤثری با استفاده از مواد طبیعی حاصل از فعالیت های کشاورزی و صنعتی مانند پیت، زئولیت، خاک اره و پسماند های چای را برای حذف فلزات سنگین از محلول های آبی بکار برده اند Demir and Arisory - ، Prasad ;2007 و همکاران، Malkoc and Nuhoglu ;2004، . - 2005 استفاده از نانوذرات جهت جداسازی فلزات سنگین و موضوعات مربوط به آن نظیر سنتز نانوذره مناسب و تعیین رفتار آنهااخیراً مورد توجه بسیاری قرار گرفته است. ویژگی نانوذرات از قبیل مساحت، سطح ویژه، نسبت بالای سطح به جرم، وجود سایتهای فعال سطحی زیاد، جداسازی انتخابی آلودگیهای خاص، خواص مغناطیسی والکترومغناطیسی از جمله عللی هستند که موقعیت نانو ذرات را برای استفاده در فرآیند جذب برجسته میکند - Long، . - 2001
گرافن ورقه ای دو بعدی - D-2 - از اتم های کربن در یک پیکربندی شش ضلعی می باشد که اتم ها با هیبرید SP2 به هم متصل شده اند Geim - ، . - 2009 اگر تک لایه گرافنی حول محوری لوله شود، نانو لوله کربنی شبه یک بعدی و اگر به صورت کروی پیچانده شود فلورن شبه صفر بعدی را شکل می دهد - Heyrovska، . - 2008 گرافن یک ماده متخلخل کربنی است که به دلیل سطح ویژه بالا و ساختار منحصر به فرد دارای ویژگیهای بسیار مناسب در حذف آلاین ده ها است Heyrovska - ، . - 2008 این پژوهش با هدف بررسی تأثیر pH و غلظت اولیه عنصر بر کارایی حذف مس توسط نانوذرات گرافن در دو سیستم تک عنصری - مس - و دو عنصری - مس+ منگنز - انجام شد.
.2 مواد و روشها
برای تهیه محلولهای مورد نیاز، ابتدا محلول مادر مس و منگنز شامل غلظت 1000 میلیگرم بر لیتر از هر کدام از عناصر مس و منگنز از نمکهای سولفات مس و منگنز ساخته شد. سپس غلظتهای 10، 20، 30، 40 و 50 میلیگرم بر لیتر مس - تکعنصری - و غلظتهای 10، 20، 30، 40 و 50 مس + منگنز - دو عنصری - در کلرید سدیم 0/01 مولار تهیه گردید. به منظور تنظیم pH محلولها در 5، از اسید کلریدریک و هیدروکسید سدیم 1 مولار استفاده شد . نانو ذرات گرافن با تعداد لایه کمتر از 10، ضخامت هر لایه 1/5 تا 4 نانومتر و فاصله صفحات 0/349 نانو متر از شرکت نانو ساو خریداری شد. میزان 100 میلیگرم از نانو ذرات گرافن به 10 میلیلیتر محلول، شامل غلظت های 10، 20، 30، 40 و 50 میلیگرم بر لیتر از مس، مخلوط مس+منگنز اضافه گردید.
سوسپانسیونها با سرعت 200 دور در دقیقه به مدت 24 ساعت در دمای اتاق شیک شدند. غلظت نهایی مس و منگنز بعد از سانتریفیوژ و عبور سوسپانسیون از کاغذ صافی توسط دستگاه جذب اتمیViro - ASS Vario، - 1995 قرائت و با استفاده از رابطه - 1 - زیر میزان کارایی حذف فلز مس در دو سیستم ساده و رقابتی محاسبه گردید El-Ashtoukhy - و همکاران، . - 2008همچنین میزان جذب مس توسط نانوذرات گرافن با استفاده از رابطه - 2 - محاسبه شد El-Ashtoukhy - و همکاران، . - 2008مقایسه میانگین دادهها با استفاده از آزمون دانکن در سطح 5 درصد توسط نرمافزار SPSS انجام شد.
.3 نتایج و بحث
شکل 1 تأثیر pH را بر راندمان حذف مس در دو سیستم رقابتی و غیر رقابتی توسط نانوذرات گرافن نشان می دهد . در هر دو سیستم در pH های اسیدی کارایی حذف مس توسط جاذب در مقایسه با pH های قلیایی کمتر بود. نتایج نشان داد که با افزایش pH سوسپانسیون از 3 تا 6، کارایی حذف مس با شیب زیاد افزایش و بعد از آن شدت کارایی حذف مس کاهش یافت. این روند تغییر در کارایی حذف مس با نتایج - 2012 - Shamohammadi و Zavar-Mousavi و همکاران - 2012 - مطابقت دارد. یکی از مهمترین عوامل مؤثر در فرایند جذب، pH میباشد. این عامل با تأثیر بر بار و مکانهای تبادلی جاذب، گونهبندی فلزات سنگین و یونیزاسیون آنها و شیمی فلز سنگین در محلول، واکنش بین جاذب و جذب شونده را تحت تأثیر قرار می دهد Hosseini - و همکاران، . - 2013
در pHهای پایین پروتون با یونهای فلزی در جذب رقابت کرده و سایت های جذب توسط پروتون اشغال میشوند. تحت این شرایط از میزان جذب فلزات کاسته میشود Low - و همکاران، . - 1993 در pH های بالاتر به دلیل کاهش رقابت پروتون و یون فلزی و افزایش بار منفی سطح جاذب - بارهای وابسته به - pH، کارایی جذب افزایش می یابد . نتایج مطالعه حاضر با نتایج El-Ashtoukhy و همکاران - 2008 - در ارتباط با تأثیر pH بر جذب مس و سرب توسط بقایای پوسته انار مطابقت دارد . همچنین میتوان انتظار داشت که در pH های بالا تشکیل رسوب هیدروکسید مس سبب افزایش کارایی حذف مس از محلول شده باشد Zavar-Mousavi - و همکاران، . - 2012 همچنین در هر pH تفاوت چندانی بین دو سیستم رقابتی و غیر رقابتی از لحاظ میزان حذف مس توسط نانوذرات گرافن مشاهده نشد.
شکل 2 کارایی حذف مس در دو سیستم رقابتی و غیر رقابتی توسط نانوذرات گرافن را نشان میدهد . نتایج نشان داد که بخش عمدهای از مس محلول در هر دو سیستم رقابتی و غیر رقابتی توسط نانوذرات گرافن حذف شده است . Entezari و همکاران - - 2006 بیان کردند که با کاهش اندازه جاذب، کارایی جذب فلزات سنگین افزایش می یابد . از لحاظ تئوری، کارایی جذب به سایت های در دسترس موجود در سطح جاذب مربوط است و با فرض کروی بودن ذرات، میتوان نشان داد که سطح کل با قطر ذرات رابطه عکس دارد . بنابراین طبق انتظار نانوگرافن توانایی بالایی در حذف مس از محلولهای آبی دارد. نتایج همچنین نشان داد که اگر چ ه در سیستم غیر رقابتی کارایی حذف مس از سیستم رقابتی بیشتر میباشد ولی تفاوت معنیداری از لحاظ کارایی حذف مس در این دو سیستم وجود ندارد . بر اساس این
