بخشی از مقاله
خلاصه
هدف از انجام این تحقیق، جذب یون های مس - II - از محلول های آبی، توسط جذب سطحی و با استفاده از جاذب نانو کامپوزیت کیتوسان/ نانولوله های کربنی چند دیواره / پلی اکسومتال می باشد. فرآیند جذب سطحی یکی از پر کابردترین فرآیندهای تصفیه آب است و یک فرآیند جداسازی است که، در آن برخی از اجزا فاز سیال به سطح یک جاذب سطحی جامد منتقل می شوند. در آن از جاذب هایی چون جاذب های معدنی - زئولیت ها، سیلیکاها و... - ، آلی - کربن فعال ، نانولوله های کربنی و... - و بیوجاذب ها - کیتوسان، سبوس برنج و... - استفاده می شود. عامل اساسی در سیستم جذب، جاذب است. جاذب پدیدآورنده فناوری جذب سطحی می باشد.
در این پژوهش خصوصیات نانوجاذب توسط روش های BET، SEM ، XRD و FT-IR بررسی شده است. در این مطالعه به منظور انجام آزمایشات جذب روی پارامترهایی چون؛ اثر pH محلول - 7 - 5/5 - ، مقدار جاذب 0/011 - 0/008 - گرم - ، زمان تماس 150 - 30 - دقیقه - ، غلظت اولیه یون فلزی 120 - 20 - میلی گرم بر لیتر - و قابلیت استفاده مجدد برروی راندمان جذب مورد بررسی قرار گرفته است. بهترین زمان، pH و غلظت بهینه به ترتیب؛ 111دقیقه، 5/9 و40ppm با راندمان 95/35٪ می باشد. همچنین، با اثر دادن داده ها در ایزوترم های لانگمویر و فروندلیچ و سینتیک جذب و مقایسه ی آنها به این نتیجه رسیدیم که، ایزوترم لانگمویر و سینتیک شبه مرتبه ی اول جاذب بهترین اثر نفوذ در جذب را دارد.
کلمات کلیدی: مس ، کیتوسان ، نانولوله های کربنی ، جذب سطحی
1. مقدمه
باتوجه به افزایش آلودگی های آب به دلیل وجود تخلیه پساب های صنعتی و شهری و همچنین زباله ها، در آب های سطحی و زیر زمینی وجود متداولترین فلزات سنگین - به ویژه سرب، مس، کادمیوم، جیوه، کروم، نیکل و آهن - و سایر آلاینده ها، یافتن راه حل های اقتصادی تر و پرکارآمدتر جهت تصفیه آب بسیار مهم و ضروری است. در این راستا تکنولوژی های متداولی چون: ترسیب، تبادل یون، اسمز معکوس، استخراج با حلال، انعقاد، لخته سازی ، سل های الکتروشیمیایی و جذب سطحی توسعه یافته اند. جذب سطحی یعنی؛ انتقال انتخابی به سطح بر اساس طبیعت پیوند های بین کاتیون جذب شده و سطح جاذب به جذب فیزیکی و شیمیایی طبقه بندی می شود.
جذب فیزیکی یک پدیده برگشت پذیر است که نتیجه نیروهای جاذبه بین مولکولهای جامد و ماده جذب شده است. بین مولکولها انواع نیروهای درونی وجود دارد و یکی از این نیروهاواندروالس است. این نیروی بسیار ضعیفی است که، دو مولکول را به همدیگرجذب می کند. اما این نیرو تبادل الکترون و تشکیل پیوند شیمیایی را شامل نمی شود. این نیروی فیزیکی بسیار ضعیف است. در جذب شیمیایی یا جذب سطحی فعال شده نتیجه فعل و انفعالات شیمیایی جامد و ماده جذب شده است. قدرت پیوند شیمیایی حاصل به طور قابل توجهی در حالات مختلف تغییرمی کند و شناسایی ترکیبات شیمیاییعملاً مشکل است ولی نیروهای چسبندگی معمولا بیشتر از آن چیزی است که در جذب فیزیکی وجود دارد.
این پیوند شیمیایی قوی است و حدود 100 برابر جذب فیزیکی انرژی جذب دارد. حرارت آزاد شده در جذب شیمیایی معمولا زیاد و در حدود حرارت یک واکنش شیمیایی است. فرآیند عموما برگشت ناپذیراست و با دفع و جداسازی اولیه ماده جذب شده، تغییر شیمیایی در آن مشاهده می شود. در جذب سطحی از جامد متخلخل استفاده می شود که این منافذ سطح بسیار زیادی را ایجاد می کنند. یعنی فقط سطح خارجی نداریم و تخلخل نیز داریم و هرچقدر سطح جاذب افزایش یابد، مقدار ظرفیت جذب نیز افزایش می یابد. برای سیستم جذب سطحی از ذرات با تخلخل زیاد استفاده می شود. در عملیات جذب از قابلیت بعضی از جامدات در جذب بعضی از مواد موجود در محلول روی سطح استفاده می شود.
از نظر سازمان بهداشت جهانی - - WHO حداکثر غلظت قابل قبول در آب آشامیدنی 1/5 mg/l و در مصارف کشاورزی 0/2 mg/l و حد مجاز این آلاینده در تخلیه به آب سطحی 1 mg/l می باشد. در این پژوهش با توجه به اهمیت فناوری نانو و حذف فلزات سنگین به ویژه مس ازآب، از جاذب نانوکامپوزیت کیتوسان/ نانولوله های کربنی چند دیواره / پلی اکسومتال استفاده شد3]،2،.[1 کیتوسان - CS - به عنوان یک بیوجاذب قابلیت حذف فلزات سنگین را دارا می باشد. کیتوسان یک پلیمر خطی با ساختارساکاریدی است که از هیدرولیز یا فرآیند استیل زدایی کیتین حاصل ازاستخراج پوسته خارجی بندپایانی مانند میگو وخرچنگ بدست می آید.
استفاده از بیوجاذب ها بسیار کم خطرتر از مواد دیگرند. از مزیت های این مواد میتوان به بازده ی مناسب، حداقل ضایعات و مواد باقیمانده و قابلیت بازیافت کردن وارزان تر بودن این مواد اشاره کرد. اهمیت کیتین در تهیه کیتوسان از آن جا است که کیتوسان در فراوردههای بالینی به دلیل سازگاری زیستشناسی با بقیه مواد، قابلیت هضم آسان، غیر سمی بودن، قدرت جذب بالا، و در دسترس بودن به عنوان یک حامل داروئی به کار میرود. کیتوسان بدلیل غیر سمی بودن، خاصیت جذب بالا، امکان تجزیه در طبیعت، سازگاری با محیط زیست، مقرون به صرفه بودن از نظر اقتصادی، توانایی حذف محدوده ی وسیعی از رنگ ها و فلزات، سینتیک سریع و در نهایت امکان تهیه مشتقات فراوان از آن، بسیار مورد توجه است. با توجه به گروههای آمینی و هیدروکسیل کیتوسان، این ماده به وفور در زمینه های پزشکی مورد استفاده قرار می گیرد6]،5،.[4
کامپوزیت هایی با پایه نانولوله ی کربنی دارای استحکام بالا نسبت به وزنشان هستند و مصارف گسترده ای را در صنعت خواهند داشت. نانولوله ها از پیچیده شدن ورقه های گرافیت بدست می آیند. در واقع، نانولوله ی کربنی، گرافیتی است که به شکل لوله در آمده باشد. به عبارتی نانولوله ها از پیچیده شدن ورقه های گرافیت بدست می آیند. این لوله ها بسیار بلند و نازک بوده و دارای ساختار پایدار، مقاوم وانعطاف پذیری می باشند. تقسیم بندی انواع نانولوله های کربنی براساس ساختار تک و چندلوله ای آن هاست. نانولوله های تک دیواره از یک لوله و نانولوله های چند دیواره از چندین لوله متحدالمرکز گرافیتی تشکیل یافته اند 7]،. [8
