بخشی از مقاله
چکیده
یکی از روشهای مورد توجه پژوهشگران برای حذف فلزات سنگین استفاده از جاذبهای ارزان قیمت و طبیعی میباشد. به منظور ارزیابی رفتار جذبی عنصر روی بر سطح هومین به عنوان بخش نامحلول مواد هومیکی پژوهش حاضر انجام گرفت. برای این منظور از همدماهای جذب سطحی برای تحلیل جذب روی بر هومین استخراج شده از پیت استفاده شد. نتایج نشان داد که همدمای فروندلیچ - R2=0.9942 - برای توصیف فرآیند جذب مناسبتر از دیگر همدماها میباشد. مطابق این همدما، جذب چند لایهای از روی - Zn - در سطح ناهمگن از جاذب رخ میدهد. همچنین حداکثر میزان جذب روی بر هومین توسط همدمای لانگمویر 82/64 میلیگرم بر کیلوگرم بدست میآید. بر طبق نتایج این پژوهش، هومین توانایی جذب موثر روی را دارد و میتواند به عنوان یک جاذب موثر و کارآمد مورد استفاده قرار گیرد.
مقدمه
جذب سطحی یکی از فرآیندهای اصلی تجمع فلزات سنگین در خاک است. بنابراین مطالعه فرایندهای جذب سطحی بیشترین اهمیت را برای درک مکانیسم انتقال این یونها از فاز محلول متحرک به سطوح فازهای جامد دارد . - Sposito, 1989 - مهمترین سطوح درگیر در جذب سطحی یونهای فلزی در خاکها عمدتا رسای معدنی، اکسیدها و هیدروکسیدهای فلزی - MacBride, 1994; Bradl, 2004 - کربناتها و فسفاتها میباشد. همچنین مواد آلی کلوئیدی با منشاء تخریبی - Stevenson, - 1994 و یا میکروارگانیسمها مانند باکتریها سطوحی را برای جذب یونهای فلزی فراهم میکند . - Fein et al., 1999 - جذب سطحی یونها بر این سطوح غلظت محلول آنها را تنظیم میکند که این خود تحت تاثیر لیگاندهای آلی و غیرآلی آنهاست.
لیگاندهای آلی میتواند منشاء زیستی داشته باشد مانند لیگاندهای موجود بر مواد هومیکی - Stevenson, 1994 - و یا اینکه مانند EDTA، NTA و غیره منشاء مصنوعی داشته باشد که اغلب در خاکها و فاضلابهای آلوده یافت میشود - Zachara et . - al., 1995 جاذبهای آلی طبیعی به دلیل فراوانی و قابلیت دسترسی آنها و همچنین قیمت خیلی کم آن در مقایسه با جاذبهای مصنوعی سزاوار توجه خاص است. از مهمترین این جاذبها میتوان مواد هومیکی را نام برد. مواد هومیکی شامل مخلوطی از مولکولهای پیچیده آلی است که وزن مولکولی آن از 0/5 تا 300 کیلو دالتون متغیر است . - Calace et al., 2007 - این مواد بطور کاربردی و بر اساس حلالیت آنها در محلولهای آبی تعریف میشود؛
-1فولویک اسید: بخشی از مواد هومیکی که وزن مولکولی کمی داشته و در تمامی pHها در آب محلول است.
-2هومیک اسید: این بخش از مواد هومیکی دارای وزن مولکولی بیشتری از فولویک اسید بوده و اغلب کلوئیدی بوده و در تمامی pHها بجز pH های کمتر از 2 محلول میباشد.
-3هومین: حداکثر وزن مولکولی و مقدار کربن را در بین مواد هومیکی داشته که بطور بسیار قوی به بخش معدنی خاک پیوسته بوده و در تمامی pHهای آب نامحلول است.
هومین دارای چندین گروه عامل بوده از جمله میتوان به اسیدهای چرب متیل استر، آلکان متوکسی و گروههای آروماتیک قطبی که مکانهای پیوندی چندگانه را تشکیل میدهد اشاره کرد . - De la Rosa et al. 2003 - هومین خالص اضافه شده به محیطهای آبی حلالیت یونهای فلزی را تحت تاثیر قرار میدهد. گروههای عامل کربوکسیل - -COOH - و هیدروکسی فنول - -OH - مکانهای فعال در جذب سطحی Cd - II - بر هومین است. مکانیسمهای جذب سطحی برهمکنش بین Cd - II - و هومین بیشتر از طریق پیوند هیدروژنی - % 52 - و تبادل یونی - % 25 - میباشد.
جذب سطحی مس بر هومین استخراج شده از خاک نشان داد که دادههای جذب و واجذب بر معادلات فروندلیچ و لانگمویر بطور مناسبی برازش یافت. بر اساس معادله لانگمویر حداکثر جذب مس بر هومین 111/1 میلیگرم بر گرم بدست آمد. همچنین، جذب مس بر هومیک اسید نسبت به هومین غیرقابل برگشت تر است . - Zhang et al., 2013 - نتایج جذب سطحی و آزاد سازی عناصر بر هومین نشان داده است که هومین مواد امید بخشی برای جذب و آزاد سازی کنترل شده عناصر میباشد. با این وجود پژوهشهای بسیار اندکی در رابطه با نقش هومین در جذب فلزات سنگین انجام شده است که نیازمند توجه بیشتری به این موضوع میباشد. بنابراین پژوهش حاضر با هدف بررسی رفتار جذبی عنصر روی بر سطوح هومین انجام گرفت. همچنین مکانیسم جذب و حداکثر جذب نیز توسط همدماهای جذب سطحی مطالعه میشود.
مواد و روشها
استخراج هومین از پیت
به منظور استخراج مواد هومین از روش انجمن بین المللی مواد هومیکی - IHSS - استفاده شد. در این روش از سود 0/5 نرمال، برای استخراج هومین استفاده شد. پیت و سود با نسبت 1:10 با هم مخلود شد و به مدت 24 ساعت شیک گردید. سپس بخش هومین پیت از اسید هومیک و اسید فولویک محلول با استفاده از سانتریفوژ با دور 8000 دور در مدت زمان 30 دقیقه جدا شد. . - Janos, 2003 - این فرایند انقدر تکرار شد تا اینکه محلول رویی حاوی اسید هومیک و اسید فولویک کاملا شفاف گردد. سپس هومین توسط دستگاه فریز درایر خشک شد. هومین خشک شده با هاون کوبیده شده و از الک 40 مش عبور داده شد و در آزمایشهای جذب سطحی مورد استفاده قرار گرفت.
جذب سطحی و همدماهای مختلف
مقدار 50 میلیگرم هومین در لولههای سانتریفوژ 50 میلیلیتری ریخته و 30 میلی لیتر از محلول کلرید روی در غلظتهای 0، 10، 20، 30، 50، 75، 100 و 150 میلیگرم بر لیتر کلرید کلسیم 0/01 مولار به آن اضافه شد. برای رسیدن به حالت تعادل به مدت 24 ساعت در شیکر-انکوباتور با دمای 25±0/2 درجه سانتیگراد تکان داده شد و بعد از زمان معین، محلول رویی آن توسط سانتریفوژ کردن در دور 8000 دور و 15 دقیقه جدا گردید و از کاغذ صافی واتمن 42 عبور داده شد. غلظت روی در محلول صاف شده با دستگاه جذب اتمی - Shimadzu-Japan - قرائت شد. جائیکه qe، Ci، Ce، M و V به ترتیب عبارتند از مقدار جذب شده از روی - mg/g - غلظت اولیه روی در محلول - mg/l - ، غلظت تعادلی روی - mg/l - ، جرم جذب کننده - هومین - - g - و حجم محلول . - l -
نتایج و بحث
همدماهای جذب سطحی یکی از عوامل مهم در طراحی سیستمهای جذبی است. همدمای جذب رابطهی بین میزان جذب حل شونده توسط جاذب و غلظت حل شونده در محلول به تعادل رسیده میباشد و تاییدی بر کارایی جذب در یک فرآیند میباشد. مدلهای همدمای فروندلیچ، لانگمویر، تمکین و دوبنین-رادوشکویچ از متداولترین مدلها برای مطالعه رفتار جذبی که در آن Kf ضریب توزیع و n فاکتور تصحیح و پارامترهای Ce و Cads به ترتیب غلظت تعادلی موجود در محلول و مقدار جذب شده بر فاز جامد است.
b ثابتی که قدرت پیوند جذب شونده با جاذب را نشان میدهد و فقط به دما بستگی دارد. Qmax حداکثر مقدار جذب سطحی شونده - یک پوشش تک لایه از جذب شونده - ، در مدل تمکین ثابت پیوند بوده که حداکثر انرژی پیوند را نشان میدهد، BT= - RT - /b ثابت تمکین، R ثابت جهانی گازها، T دمای مطلق به کلوین و ثابت b در ارتباط با گرمای جذب سطحی میباشند. KD-R یک ثابت در ارتباط با انرژی جذب سطحی میباشد. در مدل D-R، ε پتانسیل پولانی میباشد و از رابطه 6 محاسبه میگردد. مقدار - mol2 - KJ2 - -1 - KD-R میتواند از شیب نمودار lnCads در برابر 2 بدست آید و Qmax نیز از عرض از مبدا آن حاصل میشود.
