بخشی از مقاله
چکیده
بسیاری از فلزات سنگین موجود در آببه عنوان مواد سمّی و خطرناک برای موجودات زنده شناخته شدهاند. از اینرو ضروری است که روشی مناسب برای از بین بردن اثرات خطرناک آنها بر سلامت انسانها و موجودات زنده یافت شود. در این تحقیق حذف نیکل از آب آلوده در یک سلول الکترولیتیکی حاوی آب آلوده و الکترودهای آهن بررسی شده است. اثر ولتاژ اعمال شده بر میزان بازدهی حذف نیکل مورد مطالعه قرار گرفته است. غلظت نیکل قبل و بعد از فرآیند جداسازی با AAS مورد مطالعه قرار گرفت. نمونههای رسوب تهیه شده نیز با XRD، FESEM و VSM مورد بررسی قرار گرفتند. نتایج بدست آمده از مطالعات نشان داد که غلظت نیکل موجود در آب با افزایش ولتاژ تا حد قابل توجهی کاهش مییابد.
مقدمه
دستیابی به آب سالم از ضروریترین نیازها برای حفظ سلامت انسانها است و کمبود آن به عنوان یک تهدید و چالش جدی برای سلامت افراد جامعه در سرتاسر جهانمخصوصاً درکشورهای در حال توسعه مطرح است. با رشد جمعیت و پیشرفت سریع فناوری و افزایش فعالیت کارخانهها، معادن و صنایع مختلفآلایندههای فلزی بهصورت مستقیم و یا غیرمستقیم وارد چرخهی محیط زیست میشوند و میتوانند تهدیدات و خطرات جدی برای سلامت محیط زیست را بهدنبال داشته باشند. از اینرو، جداسازی و حذف این آلایندهها اقدامی بسیار حیاتی و ضروری بهشمار می-آید. نیکل از عمومیترین فلزات سنگین در آبهای سطحی محسوب میشود که ممکن است از طریق تهنشینی، کمپلکس-سازی، و جذب روی ذرات رس تهنشین یا ذخیره شود و یا توسط موجودات زنده جذب گردد.
مقادیر کم نیکل برای بدن انسان نیاز میباشد، هر چند در مقادیر بالا تا حدودی میتواند سمّی باشد. به نظر میرسد نیکل در کوتاه مدت مشکلاتی ایجاد نمیکند اما در طولانی مدت میتواند باعث کاهش وزن بدن، صدماتی به قلب، کبد، تحریک و حساسیت بالا شود. سمّیت نیکل به صورت آلرژی، سرطان و اختلالات تنفسی است. تاکنون روشهای متعددی برایکاهش غلظت و یا حذف فلزات سنگین از آب و پسابهای صنعتی پیشنهاد گردیده است. از جملهی این روشها میتوان به رسوبدهی شیمیایی، الکتروشیمیایی، فیلترسازی و جذب توسط جاذبهای گوناگون اشاره کرد .[3-1] در انتخاب مناسبترین روش عواملی مانند غلظت فلز آلاینده، انعطافپذیری، سریع بودن فرآیند جداسازی و مقرون بهصرفه بودن آن را باید در نظر داشت.
کارهای آزمایشگاهی
در این تحقیق، نمونهی آزمایشگاهی آب آلوده با حل کردننمک نیکل تهیه گردید. بهمنظور حذف نیکل از آب آلوده دو قطعهفلز آهن در 200 میلیلیتر از آب آلودهی محتوی نیکل با غلظت
حدود 150 ppm قرار گرفت. از آنجا که ولتاژ یکی از پارامترهای مهم آزمایشگاهی در بررسی فرآیندهای الکتروشیمیایی است، در این تحقیق بهمنظور بررسی اثر این عامل ولتاژهای مختلف درمحدودهی 8 تا 30 ولت بر حذف نیکل موجود در نمونهی آب آزمایشگاهی مورد مطالعه قرار گرفت. در هر مورد ولتاژ به صورتپیوسته و در طول مدت نیم ساعت به سیستم اعمال گردید. لازمبه ذکر است که pH اولیهی نمونهی آب آلوده نیز در حدود 4/8اندازهگیری شد.
پس از نیم ساعت تحت تأثیر الکنرواکسایش آهن در محیط آبی، رسوبی محتوی آهن پدیدار شد که نتایج بررسیهانشان داد این رسوب قابلیت جذب یونهای فلزی نیکل موجود درمحلول را بر سطح خود دارد. در واقع پس از اعمال پتانسیل موردنیاز به سلول، فرآیند کاهش آب در سطح کاتد رخ داده و آب به یون هیدروکسید و هیدروژن احیاء میگردد. همزمان با فرآیندهایکاتدی، واکنشهای اکسایش و خوردگی فلز مورد نظر نیز در سطح آند انجام میپذیرند. در نهایت، گونههای یونی تولید شده در سطح کاتد و آند با یکدیگر وارد واکنش شده و رسوب جامد اکسیدفلزی را در محلول الکترولیت تولید مینمایند.غلظت فلز آلایندهی موجود در نمونههای آب قبل و بعد از فرآیند حذف توسط دستگاه جذب اتمی، AAS تعیین شد. نمونه-های رسوب جاذب آلایندهها از نظر ریزساختار و آنالیز عنصری با یک دستگاه پراش اشعه ایکس XRD و میکروسکوپ الکترونیروبشی FESEM و VSM مورد تصویربرداری و آنالیز قرارگرفتند. در این مقاله ضمن ارائهی نتایج حاصل از این بررسیها میزان حذف نیکل موجود در آب آلوده مورد مطالعه قرار میگیرد.
بحث و نتیجهگیری
در شکل 1 نمودار تغییرات غلظت نیکل پس از فرآیند جداسازی نسبت به غلظت اولیه بر حسب ولتاژ آورده شده است. منظور از غلظت نیکل به ازای ولتاژ صفر ولت، غلظت اولیهی نمونه آب آلوده پیش از اعمال ولتاژ میباشد. همانطور که به وضوح دیده میشود با افزایش مقدار ولتاژ میزان غلظت فلز نیکل کاهش و بازدهی فرآیند جذب بهطرز چشمگیری افزایش مییابد.دلیل بروز این پدیده تسریع سازوکار واکنشها و افزایش رسوبتولید شده به دنبال افزایش ولتاژ الکترواکسیداسیون میباشد - شکل. - 2 در واقع با قرار گرفتن تعداد بیشتر ذرات جاذب در محلول آبی الکترلیت، یونهای نیکل موجود در الکترولیت نیز با احتمال بیشتر به ذرات جاذب موجود در محلول تماس برقرار کرده و بر سطحآنها جذب میگردند.
در نتیجه بازدهی جذب افزایش و میزانغلظت فلز آلاینده در آب کاهش مییابد.در شکل 3 تصویر نوعی FESEM از نمونهی ساخته شده تحت ولتاژ 28 ولت به همراه نقشه توزیع عناصر در بخشی از نمونه ارائه شده است. طبق این تصاویر میتوان نانوساختار بودن رسوب حاصل از فرآیند الکترواکسیداسیون آهن در نمونه آب آلوده محتوی یونهای نیکل را مورد تأیید قرار داد. علاوه بر وجودعناصر آهن و اکسیژن، حضور فلز نیکل در نمونههای رسوب نیزدیده میشود. این نتایج نشان میدهند که در حین فرآیند الکترواکسایش آهن تشکیل رسوب نانوذرات، یونهای نیکل برسطح ذرات جذب شده و به این ترتیب میتوان آنها را به همراهذرات از محیط آبی جذب و سپس جداسازی و حذف نمود.
