بخشی از مقاله
چکیده
پسابهاي صنعتی و شهري به طور معمول شامل یونهاي فلزي هستند. وقتی که این یونهاي فلزي بیش از حد موجود باشند، می توانند براي موجودات آبزي و سلامتی انسان زیانبار باشند. روشهاي معمول براي عمل بر روي چنین پسابهایی عبارت است از: رسوب دهی، لخته سازي، شناورسازي، فرایند صاف کردن غشایی، فرایند الکتروشیمیایی، فرایند تعویض یون، فرایندهاي بیولوژیکی و واکنشهاي شیمیایی. هر روش مزیت ها و محدودیتهایی در کاربرد دارد. به دلیل گرانی بهاي این روشها، پژوهشگران کاربرد مواد ارزان قیمت را براي حذف یونهاي فلزات مورد توجه قرار داده اند. در این پژوهش از لیگنین اصلاح شده بوسیله کروم سه ظرفیتی براي حذف کروم شش ظرفیتی از محلولهاي آبی، استفاده گردید. لیگنین مصرفی از لیکور سیاه کارخانه کاغذ سازي با اسیدي کردن آن استخراج گردید. جاذب مورد استفاده یعنی کامپوزیت لیگنین-کروم سه ظرفیتی، با برهمکنش لیگنین و کروم سه ظرفیتی بمدت یک ساعت و سپس اسید شویی بمدت 30 دقیقه، سنتز گردید. براي تعیین میزان بهینه جذب، اثر پارامترهاي زمان تماس، غلظت اولیه کروم شش، مقدار جاذب، دما، pH و اثر قدرت یونی، بررسی گردید.
بررسیهاي جذب نشان داد که با افزایش دما، زمان واکنش و مقدار جاذب، میزان جذب افزایش مییابد. افزایش غلظت کروم شش ظرفیتی و همچنین افزایش قدرت یونی در محلول باعث کاهش درصد جذب میگردند. ایزوترمهاي لانگمویر و فروندلیچ براي بررسی ایزوترم جذب بکار گرفته شدند و نتایج نشان داند که واکنش جذب با ایزوترم لانگمویر تطابق بیشتري دارد و بیشینه ظرفیت جذب کروم شش ظرفیتی روي این جاذب 108,69mg/g بدست آمد. همچنین مدلهاي سینتیکی شبه مرتبه اول و شبه مرتبه دوم براي تعیین سینتیک جذب براي این واکنش بررسی گردیدند و نتایج حاکی از آن بود که مدل سینتیک شبه مرتبه دوم با واکنش جذب مورد پژوهش، مطابقت بیشتري دارد. نتایج نشان میدهند که جذب کروم شش ظرفیتی روي کامپوزیت لیگنین-کروم سه ظرفیتی در عین ارزان و طبیعی بودن لیگنین، موثر بوده و امکان جذب آن را از محلولهاي آبی بمقدار مناسبی فراهم میکند.
کلیدواژه: کروم شش ظرفیتی، کروم سه ظرفیتی، لیگنین، جذب سطحی
مقدمه
فلزات سنگین به طور عمده به گروهی از فلزات گفته میشود که چگالی آنها بالاتر از Kg/m3 3000 باشدمهمترینِ. این عناصر به طور کلی، سرب، کادمیوم، کروم، مس، جیوه، نیکل، روي، وانادیوم و فلزات دیگري که در ارتباط با آلودگی سمی قرار میگیرند، هستند. باید اضافه کرد که عناصري مانند ارسنیک و سلنیوم نیز به دلیل خواص ویژه سمی، بسیار مورد نظر هستند. بیشتر این فلزات در pH هاي پایین بسیار محلول بوده و قابلیت راهیابی به اجزاي حیاتی موجودات زنده را دارند.[1]
در طبیعت فلزات سنگین در دسته عناصر کمیاب قرار میگیرند و روي هم رفته کمتر از یک درصد از پوسته زمین را تشکیل می دهند. مقادیر فلزات سنگین اندازهگیري شده در اتمسفر در سه موقعیت مکانی مختلف و طیفهاي گزارش شده در آب شیرین و آب دریا نشان میدهد که غلظت این فلزات در منطقهاي مانند قطب جنوب که در فاصله نسبتا زیادي از تاثیرهاي انسانی بر محیط زیست قرار گرفته، به طور محسوسی کمتر از مناطق صنعتی است. منابع ناشی از فعالیتهاي بشر به طور عمده عبارت اند از: معدن کاري فلزات، صنایع کشاورزي، صنایع متالوژیکی، صنایع الکترونیک، باتري سازي و پسابهاي صنعتی.
روش هاي حذف فلزات سنگین
اکنون که به مضرات و خطرات فلزات سنگین در طبیعت و محیط زندگی انسان پی بردیم، باید براي حذف آنها چارهاي بیاندیشیم. تا کنون روشهاي بسیاري براي حذف یا کاهش غلظت فلزات سنگین از آب آشامیدنی و پسايهاي صنعتی به مقدار قابل قبولی، پیشنهاد شده است که شامل ترسیب شیمیایی، فیلتراسیون بوسیله ممبران، برهمکنشهاي الکتروشیمیایی، واکنشهاي تعویض یون، جذب بوسیله جاذب و غیره، میباشد.
ترسیب شیمیایی
ترسیب شیمیایی عبارت است از افزودن مواد شیمیایی براي تغییر حالت مواد جامد محلول در فاضلاب از حالت محلول به جامد براي تسهیل جداسازي در صنعت آب و فاضلاب میباشد. این روش شامل تولید نمکهاي نامحلول هیدروکسید، سولفید، کربنات و فسفات از فلزات سنگین میباشد که این نمکهاي رسوب کرده بوسیله فیلتراسیون قابل جمع آوري و خارج شدن از آب هستند.
تبادل یون
در فرایند تبادل یونی، فاز سیال در تماس با فاز جامد جاذب قرار میگیرد. طی این تماس برخی از اجزاي موجود در فاز سیال جذب فاز جامد شده و از سیال جدا میگردند. فرایند تبادل یونی فرایندي برگشت پذیر است که طی آن یونهاي خارجی موجود در آب جذب گروههاي عاملی قرار گرفته بر روي شبکه پلیمري - فاز جامد - میگردند و بدین ترتیب هر گونه ناخالصی یونی آب برطرف میشود.
انعقاد و لخته سازي
انعقاد فرآیندي است که طی آن بار منفی آلودگیهاي موجود در آب خنثی شده، سبب میشود که آلودگیها یکدیگر را جذب کرده و منعقد شوند. به طور کلی منعقد کنندهها، الکترولیتهاي اسیدي با وزن مولکولی کم، بازها و برخی از نمکها هستند. برهمکنشهاي الکتروشیمیایی اصول کلی روش فرایند الکتروشیمیایی بهاین صورت است که با اعمال جریان الکتریسیته تحمیلی، یون فلزات سنگین به سمت الکترود مخالف حرکت میکنند و آلایندههاي فلزي بصورت لختههاي هیدروکسید رسوب کرده، جدا میشوند. آلایندههاي آلی نیز به لختههاي هیدروکسید تشکیل شده جذب می شوند. جذب سطحی جذب سطحی یک فرآیند جداسازي است که در آن برخی از اجزاء فاز سیال - جذب شونده - به سطح یک جاذب سطحی جامد منتقل میشودمعمولاً. ذرات ریز جاذب در بستر ثابتی نگه داشته می شوند و سیال به صورت پیوسته از میان بستر عبور داده میشود تا جامد تقریبا سیر شود و دیگر نتوان به جداسازي مورد نظر دست یافت. مولکولها یا یونهایی که در سطح جسم جامد - همچنین مایع - وجود دارند از لحاظ نیروي جاذبه بین مولکولی و یا بین یونی، متعادل نبوده و برخلاف سایر مولکولها و یونها که در توده جسم جامد وجود دارند، برایند نیروهاي وارده بر آنها صفر نمیباشد. به دلیل همین کیفیت است که مولکول هاي سطحی، میل دارند گازها و یا اجسام حل شدهاي را که با آنها در تماس هستند، جذب کنند.
جاذبهاي متداول
این جاذبهاي متداول آلومینا، سیلیکاژل، زئولیتها و کربن فعال میباشند. هر کدام از این جاذبها مزایا و مضراتی دارند، اما بیشتر این جاذبها پر هزینه بوده و صرفه اقتصادي ندارند. همچنین در پروسه بازیافت آنها، بخشی از جاذب از بین میرود که بدلیل هزینه گزاف تهیه آنها، عملا در مقادیر زیاد غیر قابل استفاده میشوند. اخیرا تحقیقاتی بر روي جاذبهاي طبیعی و ارزان قیمت که عموما مواد پسماند کشاورزي هستند، صورت گرفته است. این ترکیبات چون ارزان قیمت هستند و بوفور یافت میشوند، هدر رفتن آنها در مراحل بازیافت زیان مالی قابل توجهی را ایجاد نمیکند. بعلاوه مشکلات زیست محیطی نیز ایجاد نمیکنند.
