بخشی از مقاله
خلاصه
در این تحقیق از نانوکامپوزیت TiO2/pectin/bentonite به عنوان جاذب، برای حذف یون مس - II - از محلول-های آبی استفاده شد. عوامل موثر برحذف مورد بررسی قرار گرفت. مقادیر بهینه بدست آمده عبارتند از: pH برابر 7، زمان تماس برابر 20 دقیقه، دما برابر 25 درجه سانتیگراد و مقدار جاذب برابر 0/04 گرم. اثر یونهای مزاحم مورد بررسی قرار گرفت و هیچ مزاحمت قابل توجهی ملاحظه نشد و تکرارپذیری روش - n=5 - نیز مناسب بود. ایزوترمهای جذب لانگمیر و فروندلیچ مطالعه شد و بهترین مدل تطبیق یافته با دادههای آزمایشهای تعادلی، برای نانوکامپوزیت TiO2/pectin/bentonite مدل فروندلیچ بود.
.1 مقدمه
آب یک ماده ضروری جهت زندگی بر روی زمین و جزئی از بدن همه موجودات زنده است. گیاهان و جانوران برای زندگی خود به آبی خالص نیازمندند و در صورت آلودگی آن به مواد شیمیایی و میکرو ارگانیسمهای مضر ادامه حیات غیر ممکن خواهد گشت .[1] گسترش روز افزون صنایع، نگرانی ناشی از افزایش فلزات سنگین در پسابها را افزایش داده است .[2] فلزات سنگین به علت داشتن خاصیت تجمعی، ار آلایندههای مهم بهشمار میآیند 4]و.[3 مس - II - یکی از عناصر ضروری برای گیاهان حیوانات است اما مقدار زیاد آن برای تمامی موجودات زنده ایجاد سمیت می کند.
فعالیتهای بشری مانند: معدن کاوی، ذوب فلزات، کاربرد لجن فاضلابهای خانگی و صنعتی در زمین های کشاورزی، استفاده از مس به عنوان قارچکش و آفتکش موجب آلوده شدن آب و خاک به فلز مس می شود .[5 ] دریافت بیش از حد مس 1/5 - میلیگرم در لیتر - توسط انسان باعث مسمومیت حاد غذایی، آسیبهای کبدی و کلیوی و تحریک سیستم عصبی مرکزی و تماس با بعضی از ترکیبات آن باعث سرطان میشود.
[6 ] روشهای مختلفی مانند تبادل یونی، اسمز معکوس، رسوب الکتروشیمیایی، تعویض یونی، فرایندهای غشایی، تبخیر، استخراج با حلال و جذب برای حذف یون های فلزات سنگین از محلولهای آبی استفاده شده است. که از معایب این روشها لزوم انجام فرآیندهای پیش تصفیه برای حذف مواد معلق، پرهزینه و وقتگیر بودن آن است .[7] یکی از راههای اصلی برای رفع نواقص روشهای متداول استفاده از فناوری نانو است. نانوتکنولوژی فرآیندی است که در جلوگیری از آلودگی، شناسایی، اندازهگیری و تصفیه آلایندهها نقش کلیدی ایفا میکند.
ذرات نانو به دلیل داشتن اندازههای کوچک، سطح مقطع زیاد ، شکل کریستالی و نظم شبکهای منحصر به فرد و در نتیجه واکنشپذیری زیاد، میتوانند برای تصفیه و تبدیل آلایندهها به مواد بی ضرر و یا کم ضررتر استفاده شوند .[8] فرآیند جذب به وسیله نانوذرات یکی از فرآیندهای سازگار با محیط زیست است که در سالهای اخیر به عنوان عامل موثر در حذف فلزات سنگین از آب و فاضلاب مورد توجه پژوهشگران قرار گرفته است.
[9] در طول دهه گذشته، نانوذرات دی اکسید تیتانیوم - TiO2 - نه تنها به عنوان کاتالیست نوری برای تصفیه آلایندههای آلی، بلکه برای حذف فلزات سنگین از آب نیز به کار گرفته شدهاند .[10]پکتین به دلیل ماهیت پلیمر آلی و گروههای عاملی موجود در ساختار خود، توانایی جذب سطحی یونهای مختلف را دارند از مزایای افزودن پلیمر به تیتانیوم دی اکسید، ایجاد پایداری ترمودینامیکی، کاهش حساسیت پایداری کلوییدها به یونهای ناخالص و pH، تشکیل فیلم نازک و یکنواخت نانو ذرات تیتانیوم دی اکسید با تخلخل بسیار بالا و یکنواخت می-باشد.
[11]بنتونیت دارای قابلیت جذب کاتیونها و آنیونهای آلی میباشد،در این صورت کاتیونها و آنیونهای آلی جانشین گونههای معدنی موجود در ساختمان بنتونیت میشوند.چنین تبادلی در سطح خارجی بین لایههای ساختمان معدنی اتفاق میافتد و مولکولهای آلی در فضای بین لایههای جذب شده تولید کمپلکس - بنتونیت - ماده آلی - مینمایند . [12 ] در این پژوهش از نانوکامپوزیت TiO2/pectin/bentonite تهیه شده به روش سل- ژل ، برای حذف یون مس از محلولهای آبی استفاده و عوامل موثر در فرآیند حذف مورد مطالعه و بررسی قرار گرفته و بهینهسازی شد.
.2 مواد و روشها
تمام مواد شیمیایی بکار رفته در این تحقیق دارای خلوص بالا و تجزیهای و ساخت شرکت مرک آلمان بودند. برای تهیه محلولهای استاندارد مس با غلظت 1000 میلیگرم در لیتر مقدار مناسبی از نمک مس نیترات - II - در آب دیونایز حل گردید. محلولها با غلظت کمتر از محلول استاندارد تهیه شدند. دستگاه اسپکتروفتومتری جذب اتمی Flame-Atomic Absorbtion Spectrophotometer مدل 990 ساخت شرکت PG کشور انگلستان برای اندازهگیری غلظت یون مس، قبل و پس از تماس با جاذب استفاده شد. از pH متر مدل E-632 برای سنجش pH استفاده شد.
1 . 2 .روش کار
محلول مس با غلظت 5 ppm در تماس با مقدار مشخصی از نانوکامپوزیت TiO2/pectin/bentonite طی مدت زمان معینی، ضمن اختلاط، در تماس قرار داده شد. سپس مخلوط سانتریفیوژ و صاف شد. مقدار فلز موجود در محلول زیر صافی به وسیله دستگاه جذب اتمی تعیین شد. درصد جذب با استفاده از رابطه زیر محاسبه شد در این رابطه R درصد حذف یا راندمان حذف یون مس، C0 و Ce به ترتیب غلظت اولیه و غلظت نهایی مس پس از تماس با جاذب میباشد.
.3 نتایج وبحث
جهت یافتن شرایط بهینه دستیابی به بیشترین راندمان جذب اثر عوامل مختلف نظیرpH محلول، زمان تماس، مقدار جاذب و حجم محلول مورد بررسی قرار گرفت. روش کار بدین صورت بود که یک پارامتر متغیر و سایر پارامترها ثابت در نظر گرفته شد.
1 .3 .اثر pH
جهت بررسی اثر pH، محدوده pH= 3- 7 بر روی جذب سطحی یون مس مورد بررسی قرار گرفت. در pHهای بزرگتر از 7 این یون به صورت هیدروکسید رسوب می کند. بنابراین مورد بررسی قرار نگرفتند. نتایج حذف یون مس توسط نانوکامپوزیت TiO2 / pectin /bentonite در شکل 1 نشان داده شده است. همانگونه که مشخص است، با افزایش pH، مقدار حذف یون توسط نانوجاذب سنتز شده بیشتر و در pH=7 بیشترین میزان حذف مشاهده می گردد. بدیهی است در pH های اسیدی یون های H+ با یونهای مس در اشغال سایت های فعال سطح نانوجاذب در رقابت بوده و راندمان حذف را کاهش می دهد. در نتیجه pH=7 به عنوان مقدار بهینه در نظر گرفته شد.
