بخشی از مقاله
چکیده
هدف این تحقیق حذف یون Cd 2+ با استفاده از رزین تعویض یونی کاتیونی قوي پرولایت C100E با گروه عاملی سولفونیک، در فرآیند ناپیوسته و با مقیاس آزمایشگاهی می باشد. اثر پارامترهاي مختلفی از قبیل غلظت اولیه یون کادمیم، مقدار رزین تبادل یونی مصرف شده، زمان تماس و pH بر بازدهی جذب یون کادمیم بررسی شد. غلظت نهایی یون کادمیم در محلول با استفاده از دستگاه جذب اتمی اندازه گیري شد. در دماي ثابت 26 درجه سانتی گراد آزمایشگاه و با استفاده از روش طراحی آزمایش تاگوچی غلظت بهینه 10 ppm ، pH بهینه 5 ، مقدار رزین مصرفی بهینه 1 گرم و زمان تماس بهینه 60 دقیقه بدست آمد.
سپس با استفاده از مقادیر بهینه بدست آمده، داده هاي ایزوترم جذب جهت استفاده در معادلات فرندلیچ، لانگمویر و تمکین مورد تحلیل قرار گرفت. بررسی نتایج حداقل مجموع مربعات خطاهاي داده هاي نظري و تجربی حاصل از معادلات ایزوترم جذب نشان داد که معادله فرندلیچ با R2=0.9919 مناسب ترین ایزوترم جذب است. بررسی سینتیک واکنش براي غلظت 10 ppm، pH=5 ، رزین مصرفی یک گرم و در زمان هاي 20 تا 60 دقیقه نیز نشان داد که معادله سرعت واکنش جذب کادمیم به وسیله رزین تعویض یونی کاتیونی C100E از معادله سرعت واکنش شبه درجه 2 پیروي می کند.
کلمات کلیدي: کادمیم، تعویض یون، طراحی آزمایش تاگوچی، رزین کاتیونی پرولایت
-1مقدمه
کادمیم از معدود عناصري است که هیچگونه نقش ساختاري در بدن انسان ندارد. این عنصر و محلول ترکیبات آن حتی به میزان ناچیز هم، سمی هستند و در اندامها و محیط زیست، انباشته میشوند.[1] یون هاي فلزي کادمیم محلول در آب که می تواند خروجی پساب صنایع مختلف باشد سمی می باشند. قبل از تخلیه پساب حاوي یون هاي کادمیم در محیط زیست باید این یون ها جدا شوند.[2] جهت جداسازي یون هاي فلزات سنگین روش هاي زیادي می توان بکار برد از رایج ترین این روش ها می توان به رسوب دهی شیمیایی، تبادل یونی، انقعاد و لخته سازي، شناورسازي، فیلتراسیون غشایی، تصفیه الکتروشیمیایی و جذب سطحی اشاره کرد.2]و3و4و[5 یکی دیگر از این روش ها حذف فلزات سنگین بوسیله رزین هاي تعویض یونی کاتیونی است.
در یک تعریف کلی و عمومی فلزات سنگین به دسته اي از عناصر فلزي شیمیایی اطلاق می شود که دانسیته بیشتر از 5 g/cm3 داشته و در غلظتهاي خیلی پایین سمی می باشند.[6] فلزات سنگین شامل سرب، جیوه، روي، نیکل، کروم، کادمیم، مس و غیره است که همگی آنها با یک غلظت مشخص از جمله مواد سمی به شمار می آیند. این فلزات مانند دیگر آلاینده ها تجزیه پذیر نیستند و تمایل دارند که در اندامهاي زنده جمع شوند و بیماریها و اختلالات زیادي ایجاد کنند.[7] آنها در پساب خروجی صنایعی از قبیل آبکاري فلز، معدن، چرم سازي، رنگسازي، تولیدکنندگان رادیاتور، کشاورزي و... وجود دارند8]و.[9بطور متوسط EPA1 تخمین می زند در حدود 81 درصد از فلزاتی که وارد واحدهاي تصفیه فاضلاب می شوند از صنایع مرسوم گوناگونی که فاضلابشان را به سیستم فاضلاب شهري تخلیه می کنند می باشد و 19 درصد باقیمانده از سوي مصرف کنندگان خانگی در شکل تولیدات متداول خانگی می باشد.[10]
سازمان EPA حداکثر حد مجاز کادمیم در آب آشامیدنی را 0.005 ppm اعلام کرده است.[11]کاربردهاي صنعتی کادمیم : باتري سازي، آبکاري الکتریکی، تولید برخی نیمه رساناها، تولید رنگدانه ها، بعنوان تقویت کننده خاك در کود فسفاته و...12]و13و[14یون فلزي کادمیم را می توان با استفاده از دستگاه جذب اتمی به روش شعله تا حد 5µg/l و به روش کوره تا حد 0.1µg/l اندازه گیري کرد.[15]رزین هاي تبادل یونی، پلیمرهایی هستند که قادر به تبادل یونهاي خاص روي سطح پلیمر، با مقادیر هم ارز یونهاي موجود در محلولی که از رزین ها گذشته، می باشند. شامل بار مثبت کاتیونی و بار منفی آنیونی می باشند به گونه اي که از نظر الکتریکی خنثی هستند.[16] تبادل یون را می توان یکی از پدیده هاي جذب سطحی دانست که مکانیزم جذب آن بر اساس نیروهاي الکترواستاتیک است.
-2مواد و روش ها
در این تحقیق جهت جداسازي یون هاي فلز سنگین کادمیم از محلول آبی از رزین تعویض یونی کاتیونی اسید قوي C100E ساخت شرکت Purolite استفاده شد که مشخصات فیزیکی شیمیایی رزین در جدول 1 نشان داده شده است.[17]
