بخشی از مقاله
چکیده
انتشار فلزات سنگین در محیط زیست که توام با توسعه صنعتی و افزایش جمعیت میباشد، یکی از مشکلات اصلی در بسیاری از کشورها است. هدف از این تحقیق، بررسی اثرتغییرات اندازه ذرات ساقه برنج بر مقدار جذب کرم است. برای این کار از چهار مقدار 1، 1/5 ، 2 و 3 گرم جرم جاذب ساقه برنج و هر کدام در اندازه ذرات 75، 300، 850 و 1200 میکرون استفاده گردید. غلظت محلول کروم در تمامی آزمایش های جذب 10 میلی گرم بر لیتر انتخاب شده است. حداکثر راندمان جذب درpH= 2 و جرم 3 گرم از جاذب 75 میکرونی ، %98/25 بدست آمد. در سایر جرم ها و اندازه ذرات نیز حداکثر راندمان جذب در pH=2 بدست آمد. بررسی سینتیک جذب نشان داد که مدل غیر تعادلی لاگرگرن - 0/999 - و هو و همکاران - 0/998 - فرآیند جذب را به خوبی توصیف میکنند. مطالعات ایزوترم جذب نشان داد که در ذرات با اندازه 75 میکرون مدل های لانگمویر - - 0/992، فروندلیچ - 0/989 - ، ردلیچ- پیترسون - 0/993 - وسیپس - 0/994 - داده های ایزوترم را بخوبی توصیف میکنند. مطالعات ایزوترم جذب نیز نشان داد که حداکثر ظرفیت جذب ساقه برنج با افزایش اندازه ذرات به صورت خطی کاهش مییابد، به گونه ای که ظرفیت جذب - مدل لانگمویر - 3/096 ، 2/49 ، 1/82 و 1/456 میلی گرم بر گرم به ترتیب برای اندازه ذرات 75 ، 300، 850 و 1200میکرون می باشد.
کلمات کلیدی: جذب؛ ساقه برنج ؛ کروم ؛ مدل های تعادلی و غیر تعادلی
1. مقدمه
انتشار فلزات سنگین در محیط زیست که با توسعه صنعتی و افزایش جمعیت توأم میباشد، یکی از مشکلات اصلی در بسیاری از کشورها است.[27] فلزات سنگین با فرآیندهای مختلف صنعتی تولید و از طریق پسابهای صنعتی وارد محیط زیست میشوند.[3] بر اساس برآوردهای به عمل آمده، حدود 30 درصد از آبهای شیرین کره زمین در رابطه با شرب و صنعت مورد استفاده قرار میگیرد که از این میان مقدار زیادی تبدیل به فاضلاب می-گردد.[25] فلزات سنگین موجود در پسابها و فاضلابها قابل تجزیه زیستی نبوده و اثرات سمی آنها در بدن موجودات زنده مزمن میباشد. فلزات سنگین خطرناک برای انسان شامل سرب، جیوه، کادمیوم ، آرسنیک، مس، روی، کروم و نیکل میباشند .[27]کروم از جمله فلزات سنگین میباشد که در پساب های صنعتی از قبیل صنایع آبکاری، نساجی، چرم سازی و کود سازی یافت می شود.[18] حداکثر مجاز توصیه شده برای کروم در آب آشامیدنی توسط موسسه استاندارد و تحقیقات صنعتی ایران، 0/05میلی گرم در لیتر، می باشد ]مؤسسه استانداردها و تحقیقات صنعتی ایران، .[1370
روش های مختلفی برای تصفیه پساب وجود دارد. ترسیب شیمیایی، فیلتراسیون غشایی و تبادل یونی برخی از روش های معمول در صنعت میباشند که اجراء این گونه روشها از هزینههای زیادی برخوردار است 6]و.[17 تحت این شرایط، یکی از روشهای موثر، و مقرون به صرفه، روش جذب میباشد .[23] ساقه برنج یک پس مانده مهم کشاورزی است که در طی برداشت برنج به عنوان یک محصول جانبی تولید میشود. این ماده به دلیل دارا بودن عناصری مانند کربن و سیلیس، از ظرفیت مناسبی برای جذب آلایندهها به ویژه فلز کروم بر خوردار است .[20] امروزه در اکثر مطالعات جذب سطحی، حذف هر آلاینده مورد مطالعه، به صورت ناپیوسته مورد بررسی قرار میگیرد.
با استفاده از این مطالعات اطلاعات با ارزشی از عملکرد جاذب و توانایی آن در حذف آن آلاینده بدست خواهد آمد.[13] عده ای از پژوهشگران در سال 2005، از پوسته نخود برای جذب کروم - VI - از محلولهای آبی استفاده کردند.[2] همچنین از ضایعات بلوط[12]، پوسته بادام، پوست خردشده نارگیل، پوست بادامزمینی، دانه تمبرهندی و پوست گردو[1]،جلبک دریایی[22]، هسته زیتون[5] و ساقه ذرت اصلاح شده [9] برای حذف کروم استفاده شده است. هدف اصلی از این تحقیق، کارایی ساقه برنج به عنوان یک جاذب محلی در حذف کروم می باشد. همچنین، بررسی اثر تغییرات اندازه ذرات ساقه برنج بر مقدار جذب کرم به عنوان هدف فرعی این تحقیق در نظر گرفته می شود.
2. مواد و روشها
1,2 تهیه محلول
برای تهیه محلول استوک کروم شش ظرفیتی، از دی کرومات پتاسیم با درجه خلوص %95 - ساخت کارخانه مرک آلمان - استفاده شد. سپس محلولهای استاندارد تعیین شده برای آزمایش ها، با استفاده از رقیق نمودن محلول استوک تهیه گردید. همچنین در تمامی آزمایشها pH محلول با اسید سولفوریک و هیدروکسید سدیم تنظیم و توسط دستگاه pH متر - مدل - PTR 79 اندازه گیری شد.[16] دمای اتاق در کلیه آزمایشها در حدود 1 21 درجه سانتی گراد تنظیم گردید.
2,2 تهیه جاذب ها
در این تحقیق پس از جمع آوری ساقه برنج از مزارع موجود در منطقه لنجان اصفهان ، ابتدا ساقه های برنج خرد شدند، سپس با استفاده از الکها ذرات با اندازههای 75 ، 300، 850 و 1200میکرون تهیه شد. سپس جاذبهای تهیه شده با آب مقطر شسته شد و در آون با دمای 90 درجه سلسیوس قرار داده شدند. بعد از خشک شدن تا مرحله آزمایش درون نایلون نگهداری شد.
3 .2 اندازه گیری سطح ویژه
تعیین سطح ویژه جاذب با استفاده از روش جذب BET و توسط پژوهشگاه صنعت نفت تهران انجام شد. سیستم BET بر اساس سنجش حجم گاز نیتروژن جذب و واجذب شده توسط سطح ماده در دمای ثابت نیتروژن مایع - 77درجه کلوین - کار میکند. پس از قرار گرفتن سلول حاوی نمونه مورد نظر در مخزن نیتروژن مایع، با افزایش تدریجی فشار گاز نیتروژن در هر مرحله میزان حجم گاز جذب شده توسط ماده محاسبه میشود. سپس با کاهش تدریجی فشار گاز میزان واجذب ماده اندازهگیری میشود و در نهایت نمودار حجم گاز نیتروژن جذب و واجذب شده توسط ماده در دمای ثابت رسم میشود.[14]
4,2 تعیین pH بهینه
به منظور تعیین pH بهینه جذب ، تعداد 5 ارلن 200 میلی لیتری را برداشته، ابتدا با مایع ظرفشوییکاملاً شسته، اسید شویی نموده و سپس با آب شهر و بعد از آن با آب مقطر شسته شدند. مقدار 3 گرم از جاذب ساقه برنج توزین، و داخل هر یک از ارلن ها ریخته شد. سپس 100 میلی لیتر محلول فلزی کروم با غلظت 10میلی گرم بر لیتر به هر یک از ارلن ها اضافه گردید. pH های مختلف 2 - تا - 6 مورد تحقیق قرار گرفت.[7] محلولها روی شیکر گذاشته شدند و بعد از سپری شدن مدت زمان 300 دقیقه نمونه ها به ترتیب از روی شیکر برداشته شدند. در نهایت با انجام این آزمایش حداکثر راندمان جذب محاسبه گردید و pH بهینه محاسبه شد. برای انجام مابقی آزمایش ها از pH بهینه استفاده شد.
5,2 مدلهای تعادلی و غیرتعادلی
مدلهای سینتیک جذب شامل معادلاتی است که قبل از ایجاد تعادل به کار میروند و در آنها پارامتر زمان نقش عمدهای را ایفا میکند. در این حالت تغییرات غلظت ماده جذب شده - qt - با زمان نشان داده میشود. در این مطالعه، مدلهای جذب سینتیک شامل مدل لاگرگرن - 1898 - ، مدل هو و همکاران - 1996 - ، و پخش درون ذرهای بر دادههای حاصل از آزمایش برازش داده شده است. برای مدل نمودن حالت تعادلی، از معادلات جذب در حالت هم دما یعنی ایزوترمهای جذب استفاده شد. ایزوترمهای جذب نوعی توضیح ریاضی رابطه جذب با غلظت مادهی جذب شدنی، در درجه حرارت ثابت است. به عبارت دیگر رابطه تعادلی بین مقدار ماده جذب شده در واحد وزن جاذب - - qe و غلظت تعادلی ماده محلول - Ce - در درجه حرارت ثابت ایزوترم جذب نامیده میشود. با استفاده از معادلات ایزوترم میتوان ظرفیت جذب جاذب را تعیین کرد. در این مطالعه، مدل های جذب ایزوترم شامل مدل فروندلیچ و لانگمویر، ردلیچ - پترسون و سیپس بر داده های حاصل از آزمایش برازش داده شده است. برای برازش مدلهای تعادلی و غیر تعادلی بر داده های حاصل از آزمایش از شکل غیرخطی معادلات و از نرم افزار Matlab. 7.8.0.347 - R2009a - استفاده شده است. این کار برای همه اندازه ذرات مورد آزمایش انجام شده است. در زیر، مدلهای جذب سینتیک و ایزوترم - جدول - 1 به همراه پارامترهای آنها معرفی شدهاند.
.3 نتایج و بحث
1,3 تعیین pH بهینه
