بخشی از مقاله
چکیده
در این مقاله نانو کامپوزیت مغناطیسی کربن فعال به روشی ساده و ارزان با سوزاندن گیاه کنگر ساخته شد و اثر نانو کامپوزیت مغناطیسی ساخته شده بر حذف کروم - VI - از آب با بررسی پارامتر های مختلف دوز جاذب، غلظت کروم - VI - ،pH، زمان تماس و دما بررسی شد. نانو کامپوزیت مغناطیسی کربن فعال با مخلوط کردن کاه کنگر با نمکFeCl3 .6H2O و اتانول و سپس سوزاندن تولید شد. نتایج نشان داد که نانو کامپوزیت دارای خاصیت فری مغناطیس بوده و شرایط بهینه برای حذف کروم توسط آن عبارت است از غلظت 50ppm محلول کروم - VI - ،pH=5 ، دوز جاذب 0/03 گرم و دمای.25∘C این نتایج نشان داد که می توان از نانو کامپوزیت مغناطیسی کربن فعال تولید شده به عنوان یک جاذب بالقوه برای حذف یون های کروم - VI - از محلول های آبی استفاده کرد.
مقدمه :
متاسفانه امروزه با توسعه ی صنعت و تکنولوژی شاهد ورود انواع سم ها و مواد شیمیایی خطرناک به منابع طبیعی و محیط زیست هستیم. از مهمترین تهدیدات جدی برای سلامت انسان PACS No. - 00:00 - نفوذ فلزات سنگین از جمله کروم به آب آشامیدنی از طریق دفع پساب های صنعتی، که عنصری سمی و سرطان زا است، می باشد. کروم شش ظرفیتی خطرناک تر از کروم سه ظرفیتی است، در طبیعت کروم - VI - می تواند به صورت یون هایCrO4–2 و HCrO4- وجود داشته باشد .[1] کروم و ترکیبات آن در تولید آلیاژهای ضد خورندگی، صنایع چوب، چرم سازی، آبکاری الکتریکی، لعاب کاری سرامیک و رنگ سازی کاربرد دارد.
روش های مختلفی برای حذف کروم - VI - از محلول های آبی وجود دارد، برخی از آنها عبارتند از جذب سطحی، ته نشینی الکتروشیمیایی، فیلتراسیون غشایی، اسمز معکوس و تبادل یونی.[2] نیاز به هزینه و انرژی بالا، بازده پایین و نیاز به شرایط و مواد شیمیایی خاص برخی از معایب این روش ها می باشند. در روش جذب بیولوژیکی انواع فلزات سنگین به وسیله ی باقی مانده ی محصولات کشاورزی، پوست درختان و باکتری ها، علاوه بر کاهش هزینه و افزایش بازده جذب، ضایعات کشاورزی مورد استفاده قرار می گیرنداخیراً. به همین روش با استفاده از مواد زاید و در دسترس مانند کاه ذرت [3]، پوست میوه ها [4]، تفاله ی چای [5]، جلبک دریایی [6] و غیره، موفق به حذف فلزات سنگین از آب شده اند.
کربن فعال، به علت سطح خاص و جذب بالا شناخته شده ترین و کارآمد ترین جاذب می باشد. با شناخت و توسعه ی بیشتر این روش تحقیقات وسیعی در این زمینه صورت گرفت، از جمله می توان به کاربرد نانو لوله های کربنی[7] و نانو لوله های تیتانات عامل دار برای حذف یون های سنگین کروم [8]، کامپوزیت های مغناطیسی گرافن و کاربرد آن در حذف کروم، سرب، جیوه، کادمیم و نیکل[9] اشاره نمود. یکی از مشکلات اساسی در استفاده از جاذب ها جدا سازی آنها از محیط آبی می باشد که معمولا مقداری از آنها در سیستم باقی مانده و آلودگی ثانویه ایجاد می کنند.
برای رفع این مشکل این جاذب ها را با استفاده از نانو ذرات مغناطیسی اصلاح می کنند. بنابراین با توجه به سازگاری زیست محیطی، هزینه کم و بازده حاصل از این روش، این مطالعه با هدف ساخت نانوکامپوزیت مغناطیسی کربن فعال جهت جدا سازی آسان و سریع با استفاده از کاه کنگر به وسیله ی نمک آهن هگزا کلرید برای تولید یک جاذب آنیونی جدید و بررسی اثر آن بر حذف یون کروم - VI - از محلول های آبی انجام شد.
ساخت مواد جاذب:
کاه کنگر - - GS جمع آوری شده از کوه طاق بستان - شهرستان کرمانشاه، ایران - ، با استفاده از آب مقطر شسته شد و به مدت 24 ساعت در دمای 60°C در آون خشک گردید، سپس کاه خشک شده - با نسبت: - GS / FeCl3 =2 در محلول FeCl3.6H2O و اتانول 96 در صد برای 24 ساعت قرار داده شد. پس از آن تکه های کاه به خوبی با آتش سوزانده شد و پودر شد - شکل . - 1
محلول کروم:
غلظت های مختلف محلول کروم با استفاده از نمک K2Cr2O7 و آب مقطر تهیه شد. تمام آزمایش ها در دمای اتاق انجام گرفت. سرعت چرخش همزن در تمام مراحل 100rpm بود. در صد جذب جاذب کربن فعال مغناطیسی - MCG - با استفاده دستگاه UV-Vis و از طریق رابطه ی زیر محاسبه می شود: رابطه ی % = 0− × 100 : - 1 - در صد جذب0 که در آن C0 غلظت اولیه ی محلول کروم و Cf غلظت نهایی محلول کروم بعد از جذب می باشند.
اثر غلظت کروم - : - VI
اثر نانو کامپوزیت MCG در جذب کروم - VI - از آب برای غلظت های مختلف کروم - VI - در گستره ی 10ppm-100ppm با گام 10ppm مورد مطالعه قرار گرفت. 0/03گرم MCG به محلول های کروم اضافه شد و برای 2 ساعت همزده شد. بهترین جذب برای غلظت 50ppm دیده شد - شکل 3 ب - .
اثر دوز جاذب:MCG
اثر مقدار جاذب کربن فعال مغناطیسی در حذف کروم با استفاده از مقادیر مختلف MCG شامل 0/005، 0/007، 0/009، 0/01، 0/03، 0/05، 0/07، 0/09، 0/1 گرم مورد بررسی قرار گرفت. آزمایش های مربوط به اثر دوز جاذب در شرایط 25 میلی لیتر محلول کروم غلظت 30 ppm و PH - PH=7 معمول - در دمای اتاق و مدت زمان 120 دقیقه انجام شد. نتیجه ی آزمایشات نشان داد که بیشترین در صد جذب به ازای دوز 0/03gr از مقدار جاذب بدست آمد.
بیشترین جذب در 0/03gr از مقدار جاذب MCG بود. میزان جذب در این مطالعه به سطح ویژه و حجم کل خلل و فرج بستگی دارد. با افزایش میزان دوز جاذب به بیشتر از 0/03gr به خاطر چسبیدن ذرات نانو کامپوزیت به هم، جاذب کلوخه شده، در نتیجه سطح آزاد در دسترس برای جذب کاهش پیدا می کند و تمام سایت ها و سطوح در فرآیند جذب شرکت نمی کنند، به همین خاطر با افزایش دوز جاذب میزان جذب ثابت است و افزایش نمی یابد - شکل 3 الف - .
اثر:PH
همان طور که در شکل - 5 - نشان داده شده است، طیف FTIR وجود گروه های عاملی OH را در 1616 cm-1 در ساختار تایید می نماید. اثر pH در جذب کروم از محلول های مختلف مورد مطالعه قرار گرفت، محلول ها در حجم 25 میلی لیتر از کروم با غلظت 50ppm و pH های مختلف از 2 تا 10 حاوی 0/03gr جاذب MCG برای 2 ساعت همزده شدند. بهترین جذب برای محلول های دارای PH اسیدی در گستره ی 2-5 بود؛ این نشان می دهد که در PHاسیدی غالباً یون های CrO4– و HCrO4- وجود دارند که تمایل بیشتری به جذب دارند، از طرفی مطابق نتایج حاصل از Zeta Potential آورده شده در جدول - 1 - در محیط اسیدی نانو کامپوزیت مغناطیسی ساخته شد دارای بارهای سطحی مثبت می باشد که با قلیایی شدن محیط میزان بار های سطحی مثبت کاهش می یابد.
