بخشی از مقاله
چکیده
در این تحقیق، قابلیت رنگبري کیتوسان به عنوان پلیمر طبیعی مطالعه شد. از دستگاههاي مختلفی مانند تبدیل فوریه مادون قرمز - FT-IR - ، میکروسکوپ الکترونی پویشی - SEM - و اسپکتروفوتومتر - UV-Visible - استفاده گردید. رنگزاي مستقیم قرمز 31به عنوان رنگزاي مدل انتخاب شد. عوامل موثر بر بازده رنگبري مانند مقدار جاذب، pH، نمک و غلظت اولیه رنگزا مطالعه شد. نتایج نشان داد کیتوسان داراي گروههاي عاملی متفاوت مانند هیدروکسیل، آمین و گروههاي کربونیل میباشد. مقدار قابل توجهی از رنگزا با افزایش جاذب حذف میشود. مقدار رنگبري با کاهش مقدار pH، افزایش مییابد. همچنین با افزایش غلظت رنگزا مقدار رنگبري کاهش مییابد. آنیونها تاثیر بازدارندگی در حذف رنگزا دارد. می توان نتیجه گرفت که کیتوسان میتواند به عنوان جاذب براي رنگبري رنگزاهاي آنیونی از پسابهاي رنگی نساجی مورد استفاده قرار گیرد.
کلمات کلیدي:کیتوسان، پساب رنگی نساجی، رنگبري، پلیمر طبیعی، جاذب
-1 مقدمه
از ترکیبات آلی که باعث ایجاد آلودگی آبها میگردد، مواد رنگزا می باشند که بهصورت هاي مختلف مورد استفاده قرار میگیرد. بررسی ها نشان می دهند که پساب تولیدي صنایع نساجی حدود 4 تا 8میلیون مترمکعب در سال میباشد. بارزترین مشخصه پساب صنایع نساجی رنگی بودن آن است دو مرحله اساسی رنگرزي و تکمیل در صنایع نساجی باعث میشود تا حجم قابل توجهی از پساب با غلظت رنگ بالا تولید گردد. مواد رنگزا نه تنها رنگ نامطلوبی به آب می-دهد، بلکه در بعضی موارد خودشان ترکیبات مضري بوده و میتوانند توسط اکسایش، آبکافت یا واکنشهاي شیمیایی دیگر به محصولات جانبی سمی تبدیل شوند. تخلیه پساب حاوي مواد رنگی به محیط زیست و اکوسیستمهاي آبی علاوه بر آسیب رساندن به مناظر زیباي طبیعی، از نفوذ نور به داخل اعماق آب جلوگیري میکند و باعث مختل شدن فرآیند فوتوسنتز و از بین رفتن گیاهان آبزي میشود.
کاربرد مواد رنگزا به علت توسعه صنعتی و تقاضاي روزافزون افزایش یافته است . تخمین زده شده است، % 1- 15 مواد رنگزا در طی فرآیندهاي رنگرزي هدر میرود و بهصورت پساب وارد محیط زیست میشود، بنابراین لزوم حذف این آلاینده ها ضروري به نظر می رسد.اخیراً، مطالعات زیادي براي رشد و توسعه جاذبهاي مؤثر و ارزان-قیمت انجام شده است و زیست جاذبهاي گوناگون مثل قارچها یا زیستتودههاي باکتري و بیوپلیمرها چون به مقدار زیاد تولید می-شوند و براي طبیعت هم مفیدند بسیار مورد توجه قرار گرفتهاند.پلیساکاریدهایی مثل کیتوسان به عنوان یک آمینو پلیمر طبیعی بسیار مورد توجه هستند. تحقیقات نشان داده است که یکی از روش-هاي موثر براي حذف آلودگیها، جذب رنگزا با استفاده از کیتوسان است.
کیتوسان به عنوان پلیمر طبیعی بهدلیل داشتن ویژگیهاي منحصر بهفرد به عنوان یک زیست جاذب موثر در حذف رنگزاها بکار گرفته میشود. این پلیمر با دو مزیت مهم به عنوان زیست جاذب مورد توجه است: -1 قیمت پایین که با کربن فعال تجاري قابل مقایسه است - کیتوسان با دي استیله کردن زیست پلیمر کیتین بدست میآید و کیتین از نظر فراوانی در جهان دومین پلیساکارید بعد از سلولز است - ، -2 خاصیت کیلیت کنندگی خوبی دارد - یکی از کاربردهاي اصلی این آمینو پلیمر قابلیت پیوند خوري خوب با آلایندهها، بهویژه یونهاي فلزي سخت است - . کیتین در پوشش محافظ خارجی سختپوستان - خرچنگ - و دیوارهاي سلولی قارچها یافت میشود.
این ماده ارزان قیمت یک هموپلیمر خطی و ساختاري مولکولی آن مشابه سلولز است - شکل . - 1 کیتین یک آمینو پلیمر است و گروههاي استامید در موقعیت 2 به جاي گروههايهیدروکسیل قرار دارد. حضور این گروهها سبب میشود جذب به خوبی انجام شود. احتیاج به جاذبهاي ارزان قیمت، افزایش مشکلات انهدام زبالهها و قیمت رزینهاي سنتزي بدون شک، کیتوسان را یکی از مواد مطلوب در تصفیه پساب ساخته است .[5-1]تحقیقات نشان داده است که یکی از روشهاي موثر براي حذف آلودگی، جذب رنگزا با استفاده از کیتوسان است. کیتوسان به عنوان پلیمر طبیعی بهدلیل داشتن ویژگیهاي منحصر به فرد بهعنوان یک زیست جاذب موثر در حذف رنگزاها بهکار گرفته میشود.
این پلیمر با دو مزیت مهم به عنوان زیست جاذب مورد توجه است: -1 قیمت پایین که با کربن فعال تجاري قابل مقایسه است - کیتوسان با دي استیله کردن زیست پلیمرکیتین بدست میآید و کیتین از نظر فراوانی در جهان دومین پلیساکارید بعد از سلولز است - ، -2 خاصیت کیلیت کنندگی خوبی دارد - یکی از کاربردهاي اصلی این آمینو پلیمر قابلیت پیوند با آلایندهها، بهویژه یونهاي فلزي سخت است - .در این تحقیق، قابلیت رنگبري کیتوسان مورد بررسی قرار گرفت.رنگزاي مستقیم قرمز 31 به عنوان مدل انتخاب شد. براي بررسی مورفولوژِي سطح کیتوسان از تبدیل فوریه مادون قرمز - - FT-IR ومیکروسکوپ الکترونی پویشی - SEM - استفاده خواهد شد. عوامل موثر بر بازده رنگبري مانند مقدار جاذب، pH محلول، غلظت رنگزا و تاثیر نمک مطالعه خواهد شد.
-2 بخش تجربی
کیتوسان با درجه دياستیله 85% - DDA% - و وزن مولکولی - MW - 1000KDa از شرکت مرك تهیه گردید. از اسید سولفوریک براي تنظیم pH در محیط اسیدي و از هیدروکسید سدیم براي تنظیمpH در محیط بازي استفاده شد. رنگزاي مستقیم قرمز 31 از شرکت سیبا تهیه و با گرید تجاري و بدون خالص سازي استفاده شد. ساختار شیمیایی رنگزا شکل 2 ارائه شده است. سایر ترکیبات شیمیایی از شرکت مرك - آلمان - تهیه شد.براي بررسی مورفولوژي سطح کیتوسان تصویر میکروسکوپی الکترونی پویشی - - SEM تهیه شده است. - شکل . - 4 تصویر نشان میدهد این جاذب داراي ساختار خلل و فرج دار هستند که یکی از دلایل قابلیت رنگبري آنها است.
در سیستم، غلظت مشخصی از رنگزاي مورد نظر و مقدار معینی از جاذب تهیه کرده، آنها را درون بشر ریخته و pH محلول را توسط افزودن H2SO4 یا NaOH تنظیم کرده و سپس محلول توسط همزن مغناطیسی با سرعت یکنواخت همزده شد. دماي محلول 25°C و در فواصل زمانی مشخص بهمدت 30 دقیقه با استفاده از پیپت مدرج از درون محلول نمونه برداري کرده، نمونه را با استفاده از کاغذ صافی، صاف کرده و درون سل انتقال داده و مقدار جذب رنگزاي باقیمانده - مقدار جذب در طول موج ماکزیمم - - λmax=524 nm - در محلول طی عمل جذب سطحی با دستگاه اسپکتروفوتومتر - CECIL 2021 - خوانده میشود.
-2-3 تاثیر متغیرهاي فرآیند بر بازده رنگبري
-3 نتایج و بحث
-1-3 بررسی خواص کیتوسان
براي مطالعه گروههاي عاملی جاذب از طیف FT-IR استفاده شده است - شکل . - 3 طیف FT-IR مربوط به کیتوسان موقعیت پیک را در3449 cm-1، 2916، 1600، 1450، 1145 ، 1074 و 860 نشان میدهد. پیک در 3449 cm-1 مربوط به کشش پیوندهاي O-H و N-H میباشد. در حالیکه پیکها در 1600 cm-1 و 1450 cm-1ناشی از کشش گروه کربونیل و N-H میباشد. پیک در 1145 cm-1و 1074 cm-1 به ترتیب بخاطر وجود پیوندهاي C-H و C-O است.مطالعات FT-IR نشان داد که CS داراي گروههاي عاملی متفاوتی مانند آمین، هیدروکسیل و گروههاي کربونیل میباشد که تحت تاثیرpH محیط قرار میگیرند.رفتار جذب سطحی رنگزا بر روي کیتوسان در شرایط مختلف مورد بررسی قرار گرفت که به ترتیب به آن پرداخته میشود. نتایج حاصل از آزمایشهاي مختلف شامل مقدار جاذب، زمان تماس، تاثیر pH،تاثیر نمک و تاثیر غلظت اولیه رنگزا بر بازده رنگبري جاذب مورد بحث و بررسی قرار گرفته است.
-1-2-3 تاثیر مقدار جاذب بر بازده رنگبري
تعیین مقدار بهینه جاذب عامل بسیار مهمی است زیرا بازده رنگبري را تعیین میکند. براي ادامه بررسی فرآیندهاي رنگبري، مقدار بهینه جاذب مورد استفاده قرار میگیرد. نمودار درصد رنگزاي حذف شده در مقابل زمان در مقادیر متفاوت جاذب در شکل 5 ارائه شده است.نتایج نشان میدهد با افزایش مقدار جاذب، بازده رنگبري افزایش مییابد که بهعلت افزایش سطح جاذب و میزان دسترسی بیشتر به
