بخشی از مقاله
چکیده
آرسنیک یک ماده بسیار سمی در سیستم های انسانی به ویژه آب طبیعی محسوب شده و مقدار بسیار کم آن سبب میشود آب غیر قابل شرب شود. حضور آرسنیک در آبهای آلوده در چندین کشور گزارش شدهاست. تحقیقات گسترده انجام شده در دهههای اخیر، با کاهش میزان آرسنیک در آبهای نوشیدنی و افزایش نیاز به تکنیک هایی با هزینه کم که میتوانند به طور گسترده برای حذف آرسنیک از آبهای آلوده به کار گرفته شوند، مورد توجه قرار گرفتهاند.
در این پژوهش انواع نانوذرات آهن ساخته شدند ، ساختار و مورفولوژی آنها مورد بررسی قرار گرفت و به دلیل سطح مخصوص بالا و امکان تحریک آرسینک به جذب یا واکنش ،حذف یون ارسنیک از آب توسط آنها مورد بررسی قرار گرفت. در این پژوهش نانوذرات آهن با استفاده از روش انفجار الکتریکی سیم ساخته شدند، بررسی ساختار کریستالی و مورفولوژی آنها با استفاده از XRD وSEM انجام شد و حذف ارسنیک از آب های آلوده توسط آنها مورد بررسی قرار گرفت. بررسی ها نشان دادند که امکان حذف ارسنیک از آبهای آلوده توسط این مواد وجود دارد ولی بازده جذب، وابسته به عناصر آلیاژی نانو آهن، مورفولوژی آن، پارامترهای واکنش و بستری است که نانو آهن بر روی آن قرار گرفته است.
-1 مقدمه
آب یکی از نعمات بزرگ پروردگار، منشأ حیات و سرآغاز زندگی موجودات زنده است. متأسفانه بنا بر بیتوجهیهای موجود امروزه، تمدن جدید تغییراتی را در کیفیت آبها از طریق شهرنشینی و ایجاد آلودگیهای ناشی از صنعت باعث گردیدهاست. محاسبه شده است اگر در سال 2008 تنها چند کشور دچار کمبود منابع آبی بودهاند، در سال 2025، بیش از نیمی از کشورهای دنیا با بحران مشابه کمبود آب مواجه میشوند.[1] بر این اساس با توجه به توانمندیهای فراوان، فناوری نانو نسبت به روشهای قدیمی و سنتی موجود در حذف و کنترل آلودگیهای محیطی و هم چنین تصفیه و جلوگیری از انتشار آلودگیها، میتوان آن را به عنوان یک تکنولوژی سبز و ابزاری موثر برای دستیابی به توسعهای پایدار، چه از نظر اقتصادی و چه از نظر بهرهوری در نظر گرفت.[2]
واژه نانوذرات عموما برای ذراتی استفاده میشود که از سه بعد دارای اندازه زیر 100 نانومتر باشند. این ذرات بنیانگذار تکنولوژی نانو هستند. این ذرات به دلیل خاصیت بی نظیر و فوقالعادهای که دارند برای طیف وسیعی از کاربردها مطلوب هستند. از جمله ویژگیهای این ذرات میتوان به افزایش واکنشپذیری و مساحت سطح بالا اشاره نمود.[2] نانوذرات به خاطر اندازه کوچک - 1 - 100nm - و واکنشپذیری زیادشان، ابزاری مناسب برای حذف آلودگیها میباشند. آنها می توانند به راحتی درون ماده متخلخل جا داده شوند یا تحت فشار و وزن سنگین آلودگیها تزریق شوند و یا اینکه به طور مؤثر به وسیله جریان آب زیرزمینی، به داخل مکانهای آلوده شده فرستاده شوند.[3]
آهن یکی از فراوانترین عناصر موجود در زمین است. آهن عنصری به عنوان گزینهای ایدهآل برای حذف آلودگیها استفاده میشود، زیرا ارزان و فراوان است، به آسانی ساخته و در سیستمهای مختلف به کار برده میشود و آب را از هرگونه مواد سمی شناخته شده، عاری میسازد. اساس استفاده از فلزاتی نظیر آهن به عنوان عوامل حذف آلودگی، بر پایه واکنشهای اکسایش-کاهش1 استوار است.[3-4]
آلودگی آرسنیک در آب، به خصوص آبهای زیر زمینی، یکی از مشکلات مهم به شمار میآید و همچنین در طی سالهای اخیر سمی بودن این عنصر در آب، بارها مشاهده و گزارش شده است. غلظت کمی از این ماده در آب آشامیدنی موجب بروز بیماری و مسمومیت میشود که حتی میتواند موجب مرگ انسانها شود. با توجه به این مسائل اهمیت تکنولوژی حذف آرسنیک از آب افزایش یافته است. استانداردهای بینالمللی آب آشامیدنی سختگیرانهتر شده و مقدار آرسنیک مجاز در آب را به چند واحد در بیلیون1 کاهش داده شده است.[6-7-8] آرسنیک به صورت عنصری در محیط به چهار صورت As - III - ، As - IV - ، As0 و As - III - - و به صورت ترکیبی در طبیعت، اغلب به صورت اکسیدی مشاهده شدهاست.[9]
یکی از راههای تولید نانوذرات روش انفجار الکتریکی سیم است. این فرآیند تحت شرایط عبور جریان با چگالی بالا - > 10 A/cm2 - انجام میشود.[10] این روش به دلیل کاربردهای تکنیکی مهم - نفوذ حرارتی مولکولی، فیزیک حالت جامد و پلاسما، موشک و ... - و پدیدههای فیزیکی پیشرفته حدود نیم قرن است که مورد بررسی قرار گرفته است. در این فرآیند چندین پدیده مانند تغییر فاز سیم و آب، پلاسمای غیرایدهآل، تشکیل و تولید نوسان - ضربه - موجی قوی و اشعه روشن مشاهده میشود.
[11] آقای نازارنکو2 و ایلین3 عضو گروه بومشناسی دانشگاه پلیتکنیک تمسک4 در سال 2008 میلادی، به بررسی تأثیر پارامترهای الکتریکی دستگاه EEW و تولید نانوذرات آلومینیوم پرداختند. آنها نمونهای حاوی 5 mg/L مس و 1 mg/L کرم تهیه نمودند و توانستند مقدار این آلایندهها در آب را با استفاده از 150 mg/L محلول نانوذرات آلومینیوم به صفر برسانند و به طور کامل این آلایندهها را از آب حذف نمایند.[12-13]
-2 مواد و روش تحقیق
در این پروژه با روش EEW نانوذرات آهن سنتز شد و این نانوذرات تولیدی با استفاده از آنالیزهای XRD و FESEM مورد بررسی قرار گرفت. با استفاده از این نانوذرات، یک فیلتر ساخته شد. سپس یک نمونه آب آرسنیکدار که متعلق به آب آشامیدنی یکی از مناطق محروم ایران بود را توسط یک پمپ وارد فیلتر کرده و زمان داده شد تا این آب در داخل فیلتر گردش کند. بعد از انجام این کار، آب تصفیه شده به عنوان نمونه برای آنالیز و بررسی میزان جذب آرسنیک به سازمان آب فرستاده شد و نتایج بدست آمده از سازمان آب مورد بررسی قرار گرفت.
