بخشی از مقاله
چکیده
فلزات سنگین مانند سرب،مس،کادمیم و کروم از معمولترین آلودگی های فلزی در پساب های پالایشگاهی هستند.این فلزات حتی در غلظت های کم نیز برای موجودات زنده و انسان سمی هستند و حذف آنها از پساب پیش از تخلیه در محیط زیست ضروری است.در این مقاله تأثیر نانو ذرات آهن صفر ظرفیتی در پساب پالایشگاه کرمانشاه بررسی شد. به این منظور مقادیر مختلفی از نانو ذرات آهن صفر ظرفیتی شامل 0/2 و 0/3 گرم به محلول اضافه شد و سپس محلول به مدت 270 دقیقه در معرض امواج مافوق صوت قرار گرفت. در این بین، در بازه های زمانی مختلف از محلول نمونه گیری کرده و نمونه توسط دستگاه اسپکتروفوتومتر مورد طیف سنجی قرار گرفت.
سپس با استفاده از منحنی کالیبراسیون غلظت کروم موجود در نمونه ها ارزیابی شد. نتایج حاکی از آن است که با افزایش مقدار نانو ذرات و با افزایش زمان پرتودهی میزان غلظت کروم در محلول کاهش بیشتری پیدا می کند و همین طور با توجه به اینکه نانو ذرات آهن صفر ظرفیتی باعث رسوب دادن کروم شش ظرفیتی به شکل کروم سه ظرفیتی می شود، می توان نتیجه گرفت که بعد از زمان دادن به محلول مقدار کاهش کروم به علت ترسیب افزایش پیدا خواهد کرد. طبق نتایج به دست آمده با 0/5 گرم از نانو ذره آهن صفر ظرفیتی و بعد از 270 دقیقه پرتودهی مافوق صوت، کروم %97 از پساب حذف شد.
-1 مقدمه:
در این مقاله در مورد استفاده از نانو ذرات آهن صفر ظرفیتی برای حذف فلزسنگین و سمی کروم و همچنین به کارگیری آن در صنعت تصفیه پساب مواد نفتی در پالایشگاه وبرای رفع مشکل استفاده از آهن صفر ظرفیتی نیز توضیح داده شده است.در ابتدا به طرح های پژوهشی ارائه شده که شباهتی نه چندان دور با همین موضوع دارد می پردازیم. در اینجا دو طرح مشابه همین مقاله را به صورت خلاصه ذکر می نماییم: طرح اول که آقای منافی و همکاران ارائه دادند در آن ابتدا فیلتری دستی طراحی کردندوسپس به وسیله ی جاذب های خاک و خاک اره،آب آلوده را با سه غلظت متفاوت 883/7 ، 1767/4 و8838mgl-1 را پالایش کردند.
در ادامه به هر کدام از جاذب ها مقادیری از مخلوط نانو ذرات آهن با چند جاذب گیاهی دیگر اضافه کردند و دوباره فرآیند جذب را انجام دادند نتایج نشان داد که بهترین جاذب،جاذب خاک و نانو ذرات آهن در غلظت 8838mgl-1 به دست می آید و از سویی اضافه شدن نانو ذرات آهن باعث افزایش میزان کروم می شود. [1] طرح دوم که توسط آقای نوروزی و همکاران ارائه شد، در آن از نانوذرات آهن صفر ظرفیتی استفاده کردند. با توجه به نتایج به دست آمده مشخص گردید نانو ذرات آهن به عنوان یک نسل جدید از تکنولوژی های پالایش زیستی برای حذف فلزهای سنگین از محیط های آبی محسوب می گردند،که می توانند راه حل مناسب و اثر بخشی جهت حل بسیاری از مشکلات زیست محیطی می باشند.
[2] با توجه به تحقیقات انجام شده پیرامون حذف کروم با استفاده از نانوذرات آهن صفر ظرفیتی هنوز بررسی تأثیر عوامل و شرایط مختلف از جمله pH ، دوز نانوذره و... روی سرعت و میزان کاهش ، مهم به نظر می رسد. از طرف دیگر، رفع مشکلات و مزاحمت های موجود دراین فرآیند، همچنان می تواند یکی از مهمترین موضوعات در حوزه تصفیه آب و پساب باشد. به عنوان مثال یکی از مشکلات موجود در حذف کروم توسط نانو ذرات آهن صفر ظرفیتی، معلق نگه داشتن نانو ذرات و جلوگیری از خوشه ای شدن آنها در محلول می باشد، که در این مقاله برای این منظور از امواج مافوق صوت به عنوان عامل پراکنده کننده استفاده شد.
به طور کلی اهداف این مقاله:
بررسی میزان تأثیر دوز نانو ذرات آهن صفر ظرفیتی، pH و زمان پرتودهی روی میزان کاهش صورت گرفته. بررسی تأثیرنانوذرات آهن صفرظرفیتی دررسوب دهی کروم - . - VI
بررسی کارایی پرتودهی با امواج ما فوق صوت روی میزان حذف کروم.
-2 متن اصلی مقاله
عملیات استخرج نفت و گاز در رشد اقتصادی و صنعتی کشور ها بسیار مفید بوده و از درجه ی اهمیت بسیاری به ویژه برای کشورهای نفت خیز برخوردار است.فرآیندهای اکتشاف ،استخراج بهره برداری ، نمک زدایی و انتقال نفت موجود در اعماق زمین موجب بروز آلودگی های زیست محیطی بسیاری می گردند. فلزات سنگین موجود در این آلودگی ها وارد چرخه ی طبیعت شده و وارد آب های زیر زمینی می گردند.
نانو ذرات آهن صفر به دلیل داشتن اندازه ی کوچک سطح مقطع زیاد،شکل کریستالی و نظم شبکه ای منحصر به فرد به واکنش پذیری بسیار زیادمی توانند برای حذف کروم مورد استفاده قرار گیرند. با افزایش pH میزان حذف کروم کاهش می یابد و با توجه به اینکه pv کمتر از 0/05 می باشد در نتیجه بین متغییرهای مورد مطالعه با راندمان حذف کروم اختلاف معنی داری وجود دارد و بیشترین راندمان حذف کروم درpH برابر 5 با غلظت - 21mgl-1 - ، غلظت 5 گرم در لیتر نانو ذره به میزان 11 درصد در همان دقایق اولیه می باشد و کمترین میزان حذف برای غلطت اولیه ی کروم 1 میلی گرم در لیتر در pH برابر9 و غلطت نانو ذره 1 به میزان 3 درصد بعد از زمان مانده یک دقیقه می باشد. [3]
-3موادوروش ها
1-3مواد
به منظور بررسی میزان کاهش کروم با استفاده از نانو ذرات آهن صفر ظرفیتی یک نمونه از پساب پالایشگاه کرمانشاه تهیه شد. نانو ذرات آهن صفر ظرفیتی استفاده شده با میانگین اندازه 25 نانومتر و خلوص 99/9 از شرکت Naband چین، دی کرومات پتاسیم با خلوص 99/9 از شرکت Merck ، اسید کلریدریک با خلوص %37 از شرکت Merck وگاز نیتروژن با خلوص 99/99 از شرکت رهام گاز تهیه شدند. مشخصات کامل نانو ذرات آهن صفر ظرفیتی خریداری شده نیز آورده شده است. - جدول شماره - 1
2-3 روش ها
pH آب توسط دستگاه pH متر و همچنین مقدار اکسیژن خواهی شیمیایی - COD - 1 اولیه پساب توسط دستگاه COD متر مشخص شد . مقدار pHاولیه در حدود 7/4 و COD پساب تهیه شده در حدود 42000 بود. جهت تعیین مقدار کروم - - VI موجود درآب، از دستگاه اسپکتوفوتومتر UV مدل UVICON992 دو پرتویی استفاده شد. برای اضافه کردن نانو ذرات آهن صفر ظرفیتی نیاز بود که محیط به گونه ای آماده شود تا نانو ذرات قبل از رسیدن به آلاینده نفتی و واکنش با آن دچار اکسایش در محیط نشوند، و به علت فعالیت بسیار بالای این نانو ذرات ترجیحأ احتیاج بود که در محیط عاری از اکسیژن آزمایش انجام شود، بنابراین سعی بر آن بود تا تمام مراحل آزمایش در حد امکان در اتاقک نیتروژن انجام شود.
برای بهتر انجام شدن واکنش بین نانو ذرات و آلاینده ها بهتر بود که اکسیژن داخل محلول هم تا حد امکان کم باشد و برای این منظور به مدت یک ساعت گاز نیتروژن در محلول هایی از پساب نمونه دمیده شد. به منظور تهیه نمونه ها برای آزمایش مربوط به تأثیر pH ، 30ml از نمونه پسابی را داخل هر یک از چهار بشر موجود که حجم هر کدام 50ml است ریخته و با استفاده از اسید هیدروکلریک، pH بشرها به ترتیب در 7، 6، 5 و4 تنظیم شد. بعد از تنظیم pH، 0/05 گرم از نانو ذرات آهن توسط ترازوی دیجیتال وزن شده و به هر بشر اضافه شد. سپس بشرها را در دستگاه هموژنایزر اولتراسونیک قرار داده تا به مدت 60 دقیقه در معرض امواج مافوق صوت قرار گیرد.
در فاصله زمانی 5، 10، 15، 30، 45و 60 دقیقه از هر بشر نمونه گیری کرده و مورد آنالیز قرار گرفت که در نهایت مقدار pH بهینه تعیین شد و این مقدار برابر 5 بود. برای بررسی تأثیر نانو ذرات آهن صفر ظرفیتی در کاهش کروم - - VI، 80 میلی لیتر از پسابی که در آن گاز نیتروژن دمیده شده و به pH بهینه رسانده شده بود. در دو ارلن به حجم 100ml ریخته، سپس به هر کدام از این ارلن ها مقادیر 0/2 و 0/3 گرم از نانو ذرات آهن صفرظرفیتی اضافه شد.
ارلن ها را در هموژنایزر اولتراسونیک قرار داده شده و به مدت 270 دقیقه پرتودهی انجام گرفت. در این بخش از آزمایش بعد از هر 5 دقیقه پرتودهی ارلن ها را از دستگاه خارج کرده و به مدت 1 دقیقه تکان داده، تا نانو ذرات کاملا در محلول معلق باشند و دوباره در دستگاه قرار داده شد. در فواصل زمانی مختلف از ارلن ها نمونه گیری کرده و نمونه ها توسط فیلتر واتمن 7 میکرون فیلتر و در لوله آزمایش ریخته شد.
