بخشی از مقاله
چکیده
عملیات استخراج نفت و گاز که در رشد اقتصادی و صنعتی کشور ها بسیار موثر بوده و از درجه اهمیت بسیاری و بویژه برای کشورهای نفت خیز برخوردار است. فرایندهای اکتشاف، استخراج ، بهره برداری، نمکزدایی و انتقال نفت موجود در اعماق زمین، موجب بروز آلودگی های زیست محیطی بسیاری میگردند، فلزات سنگین موجود در این آلودگیها وارد چرخه طبیعت شده و وارد آبهای زیرزمینی میگردد، فلزات سنگین در آب تاثیرات خطرناکی بر سلامت انسان دارند. نانو ذرات آهن صفر ظرفیتی - - NVZIبه دلیل داشتن اندازه کوچک، سطح مقطع زیاد، شکل کریستالی و نظم شبکهای منحصر به فرد و واکنش پذیری بسیار زیاد میتوانند برای حذف Cr - VI - در این مورد استفاده قرار گرفت و با آزمایشات Batch و تغییر فاکتورهای 5 - pH ، 7 و - 9 ، زمان ماند - 2، 10و 30دقیقه - ، غلظت اولیه کروم - 10، 20و Ppm 30 - و غلظت نانو ذرات آهن صفر ظرفیتی - 1 - - NVZI، 0/5 ، 0/25 و 0/1 گرم در لیتر - صورت گرفت.
نتایج حاصل از این مطالعه نشان داد که با فزایش pH میزان حذف کروم کاهش یافت با توجه به اینکه Pv<0/05 است نتیجه میگیریم که بین متغیرهای مورد مطالعه با راندمان حذف Cr - VI - اختلاف معنی داری وجود دارد و بیشترین راندمان حذف Cr - VI - در pH = 5 با غلظت Cr - VI - 20Ppm غلظت 0/5 گرم در لیتر نانو ذره به میزان %100 و در همان دقایق اولیه میباشد و کمترین میزان حذف برای غلظت اولیه کروم 30 Cr - VI - میلیگرم در لیتر در pH = 9 و غلظت نانو ذره 0/1 به میزان %34 بعد از زمان ماند 30 دقیقه میباشد.
کلمات کلیدی: نانوذره آهن صفر ظرفیتی - - NVZI ، کروم - VI - ، نمکزادیی
1. مقدمه
هنگامی که نفت از چاههای مختلف توسط خطوط لوله انتقال وارد کارخانه بهره برداری و سپس نمکزدایی میشود، به منظور بالا بردن عیار و ارزش نفت تولید شده، آب، نمکهای مختلف و گازهای همراه آن توسط فرایندهای مختلف گرفته می شود. در کارخانه بهره برداری ، گاز همراه با نفت و در کارخانه نمک زدایی، آب و نمک همراه با نفت - آب سازنده یا آب فراورش - طی چندین مرحله از آن جدا سازی می شود که در این مراحل مواد شیمیایی اکسیژن زدا، تعلیق شکن، ضد خوردگی، باکتری کش و ...به نفت افزوده می شود. نفت خارج شده از چاهها بسته به نوع، عمق و عمر چاه، دارای مقدار مختلفی آب و نمک همراه می باشد - هر چه عمر چاه بیشتر باشد آب و نمک همراه تولیدی بیشتر است - که اغلب در مجاورت شن و ترکیبات اکسیژنه به حالت امولسیون در می آید و باعث ایجاد اختلالاتی در حین عمل تقطیر و ایجاد خوردگی در دیگهای بخار می شود، همچنین ارزش نفت صادراتی را به شدت می کاهد.
فرایند های جدا سازی آب و نمک همراه از نفت خام در کارخانه نمک زدایی صورت میگیرد که طی آن پساب نمکی با خواص بسیار ویژه تولید می شود که حاوی مقادیر بسیار زیادی فلزات و عناصر سمی - ارسنیک، جیوه، وانادیم، مولیبیدن، نیکل، کروم، سرب و ... - ، روغن و چربی و مواد جامد معلق و محلول می باشند که آلودگی حاصل از آن محیط زیست پیرامون را به شدت تحت تاثیر قرار می دهد.[1] کروم به دو حالت اکسید شده کروم - VI - و کروم - III - یافت میشود که کروم - VI - در محیط حرکت میکند و بسیار سمی ، سرطان زا و جهش زا میباشد در حالیکه کروم - - III سمیت کمتری دارد، توجه به تاثیر کروم بر سلامت انسان و محیط زیست اهمیت زیادی دارد.[2] کروم اگر به میزان 10 میلیگرم در هر کیلوگرم وزن بدن باشد باعث نکروز کبد، نفریت و مرگ می گردد. مقادیر کم آن نیز باعث ایجاد التهاب در مخاط دستگاه گوارش می شود. از دیگر مخاطرات کروم ایجاد درمانیت های پوستی و ناراحتی غشایی معده می باشد.
امروزه، روشهای متعدد و کارآمدی برای حذف فلزات سنگین ازآب، پیشنهاد شده، و تنها محدود به رسوب شیمیایی، تبادل یونی، جذب، فیلتراسیون غشاء وفن آوریهای الکتروشیمیایی نشده است.[3-7] یکی از این تکنیکها را، سیستم جذب سطحی ارائه میدهد، که انعطاف پذیری درطراحی و بهره برداری و تولید کیفیت بالای آب و تصفیه پساب را دارد. علاوه بر این، باتوجه به خاصیت برگشتپذیر بسیاری از فرآیندهای جذب سطحی، جذب کننده را میتوان توسط فرآیندهای دفع مناسب برای استفادههای متعدد بازسازی کرد.[8] بسیاری از فرآیندهای دفع ازهزینه نگهداری پایین، راندمان بالا، وسهولت عملیات برخوردارند.[9] بنابراین، فرایند جذب سطحی درصدر روشهای ا صلی برای حذف فلزات سنگین از آب و فاضلاب است.
ازجمله جذب کنندههای دردسترس، نانو ذرات اکسیدفلزی - - NMOs، ازجمله نانو ذرات اکسیدآهن، نانو آهن با ظرفیت صفر، اکسیدمنگنز، اکسیدآلومینیوم، اکسیدتیتانیوم، اکسیدمنیزیم و اکسیدسریم، به عنوان امیدی برای حذف فلزات سنگین ازسیستمهای آبی طبقه بندی میشوند.[10-12] در بین این ذرات نانو آهن با ظرفیت صفر - - NVZI به دلیل فراونی، ارزانی، غیر سمی بودن، واکنش سریع و توانایی و بازده بالا در تجزیه آلاینده ها به عنوان یک فرایند تصفیه در اولویت قرار دارد.[13] مکانیسم حذف آلایندهها توسط آهن با ظرفیت صفر - - NVZI ازطریق واکنشهای احیایی یا فرایند جذبسطحی می-باشد. فرآیند جذب سطحی جدا شدن یک جزء یا اجزایی از حالت سیال و تجمع آن بر روی سطح یک جسم جاذب است، بنابراین از این روش میتوان برای جداسازی اجزاء یک مخلوط از یکدیگر و یا جداسازی برخی از ناخالصیها از سیال مورد نظر استفاده نمود. اندازه ذره یک ویژگینسبتاً مهم ذرات و واکنش با آلایندههاست. چون واکنشهای ذرات آهن با ظرفیت صفر فرایندی است که به سطح بستگی دارد، بنابراین هر چه اندازه ذره کمتر و سطح مقطع ذره بیشتر شود میزان واکنش پذیری این ذرات افزایش مییابد.[14]
.2 مواد و روشها
در این تحقیق از نانوذرات آهن صفر ظرفیتی تولید شده در پژوهشکده نفت استفاده شده است و برای محلول سازی کروم از دی کرومات پتاسیم - - Merk در آب مقطر تهیه گردید. کلیه آزمایشات با دو بار تکرار و میانگین پارامترها به صورت نمودار بیان شده است.
-1 -2 نانو ذرات آهن صفر ظرفیتی - - NVZI
ساختار معمول نانو ذرات به صورت هسته - پوسته میباشد. NVZI بدون پوشش، از یک هسته با جنس آهن صفر ظرفیتی و واکنش پذیری از اکسیداسیون هستهی NVZI میباشد درحالی که یک پوسته اکسیدی - با ترکیبی از آهن دو و سه ظرفیتی - در نتیجه اکسایش آهن فلزی به دور آن تشکیل شده است. هسته قدرت احیاکنندگی را برای واکنش با آلاینده های محیط زیستی ایجاد میکند و پوسته مکانهایی را برای تشکیل کمپلکس شیمیایی فراهم مینماید .[15]
سطح ویژه بالا در بسیاری از موارد، دلیل انجام واکنش با آلاینده ها توسط نانو ذرات آهن میباشد. دلیل دیگر واکنش پذیری بالای نانو ذرات میتواند واکنش پذیری ذاتی بالای این مواد باشد. نانو ذرات به طور خاصی پایدار نیستند و در حالت خشک، وقتی در معرض هوا قرار میگیرند اکسید میشوند. ذخیره سازی NVZI فقط در حالت خشک و تحت جو بی اثر امکان پذیر است. متاسفانه NVZI تمایل به آگلومره شدن و چسبیدن به سطح دارد که منجر به توزیع کم این مواد در زیر سطح زمین میشود .[16]
-2 -2 آزمایشات Batch
محلول آبکی کروم شش ظرفیتی درون بشر ریخته شده و نانو ذرات آهن صفر ظرفیتی NVZI به محلول اضافه شد، در حین انجام آزمایشات نمونه ها در شرایط خنثی و از طریق وارد کردن گاز نیتروژن به سیستم صورت گرفت. بعد از تکمیل واکنش - محتویات ظرف توسط یک همزن مغناطیسی با سرعت حدود 150 دور در دقیقه اختلاط شد و سپس به حالت سکون نگه داشته شد تا ذرات واکنش شده با عنصر مورد نظر ته نشین شود و بخش رویی توسط دستگاه سانتریفوژ شد و از فیلتر 0/54 میکرون عبور داده شد و توسط دستگاه جذب اتمی - ای سی پی - قرائت شد. برای تغییرات pH از اسید نیتریک و سود استفاده شد و توسط pH متر سنجیده شد. تغییر فاکتورهای 5 - pH، 7و - 9 ، زمان ماند - 2، 10و 30دقیقه - ، غلظت اولیه کروم - 10، 20و - Ppm 30 و غلظت نانو ذرات آهن صفر ظرفیتی - 1، 0/5، 0/25 و 0/1گرم در لیتر - صورت گرفت.
-3 -2 روشهای آماری مورد استفاده
پس از انجام آزمایشات و جمع آوری داده ها نتایج از طریق Spss و آزمون کراسکال- والیس مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفت و اختلاف آماری نتایج حاصل از این مطالعه نشان داد که بین متغیرهای مورد مطالعه با راندمان حذف Cr - VI - اختلاف معنی داری وجود دارد. از نرم افزار Excel جهت کشیدن نمودار ها استفاده شد.
.3 نتایج و بحث
-1 -3 خصوصیات و روشهای آنالیزی
میزان کروم بوسیله دستگاه ICP قرائت گردید، نانو ذرات آهن صفر ظرفیتی که در پژوهشکده نفت تولید شد دارای خصوصیات زیر میباشد:
