بخشی از مقاله
چکیده
فرآیند جذب سطحی به عنوان یکی از پرکاربردترین و موثرترین فناوری های تصفیه آب و پساب به شمار می رود. تاکنون مطالعات زیادی به منظور توسعه جاذب های ارزان قیمت با استفاده از پسماندهای کشاورزی، صنعتی و شهری انجام شده است. استفاده از پسماندهای کشاورزی به عنوان جاذب های کم هزینه، با توجه به سهم خود در کاهش هزینه ها برای دفع پسماند و کمک به حفاظت از محیط زیست، مناسب می شوند. در این پژوهش ضایعات روغن کشی بادام به کمک بیوپلیمر آلژینات رسوب داده شده و مهره های بیوکامپوزیت سنتز شده به عنوان یک جاذب مشخصه یابی شدند. برای تعیین خواص جذبی محلول رنگ متیلن بلو به عنوان یک پساب معمول مورد بررسی قرار گرفت و نتایج بیانگر جذب مناسب این رنگ توسط این جاذب بود.
واژه های کلیدی: متیلن بلو، بیو کامپوزیت، جذب سطحی، ضایعات روغن کشی بادام
-1 مقدمه
محدودیت منابع آبی، خطر بحران آب در کشور و اهمیت بازیابی مجدد آب به همراه افزایش آلودگی آب های سطحی و زیر زمینی به وسیله فلزات سنگین و سایر آلاینده ها ی حاصل از فاضلاب ها، یافتن راه حل های موثر و اقتصادی محیط زیستی را در جهت حذف این مواد از منابع آبی ضروری می سازد. در این راستا استفاده از پسماند های ارزان قیمت به عنوان جاذب می تواند بسیار راه گشا باشد .[1] آلودگی های موجود در پساب ها شامل فلزهای سنگین، ترکیبات غیرآلی، آلودگی های آلی و بسیاری از ترکیبات پیچیده دیگر می باشد. رشد صنایع به ویژه صنایع مرتبط با رنگرزی - نساجی، کاغذ، غذایی و ... - و وجود این رنگ ها در پساب های خروجی از این صنایع، رنگ ها را به عنوان یکی از اصلی ترین منابع آلوده کننده آب های سطحی و زیر زمینی به شمار آورده است.
صنایع مختلف اعم از نساجی، کاغذ سازی، صنایع غذایی و آرایشی بهداشتی برای رنگ کردن محصولات خود از مواد رنگ زا استفاده می کنند. آمار نشان می دهد حدود 1-2 درصد از انتشار آلودگی رنگی مربوط به پساب کارخانه های تولید رنگ و حدود 1-10 درصد ناشی از کارخانه های مصرف کننده مواد رنگی می باشد .[2] مصرف رنگ در صنایع نساجی دنیا بیش از ده هزار تن در سال تخمین زده می شود که با این میزان مصرف، سالیانه 1000 تن از رنگ مصرفی وارد پساب این صنایع می گردد. وجود این مواد حتی در غلظت های کم بسیار مشهود است و موجب رنگی شدن محیط می شود. به همین دلیل موضوعات زیست محیطی در صنایعی که به نوعی با مواد رنگی در ارتباط هستند از اهمیت زیادی برخوردار است.
علاوه بر این، قوانین محدود کننده ای در مورد میزان تخلیه مجاز ترکیبات رنگی توسط نهاد های مسئول اعمال می شود که البته شدت این قوانین در کشورهای مختلف متفاوت است. تصفیه پساب صنایع یک موضوع چالش انگیز در دانش محیط زیست می باشد که ناشی از افزایش جمعیت، رشد سریع صنایع و خشک سالی های دراز مدت می باشد. بنابراین کنترل آلودگی آب در سال های اخیر اهمیت زیادی یافته است و کنترل اثرات زیان بار آلودگی ها و بهبود شرایط زیست محیطی زندگی بشر مهم می باشد .[3] حذف رنگ از فاضلاب نساجی در مقیاس صنعتی در سال های اخیر مورد توجه زیادی قرار گرفته است.[4] استفاده کننده های از این رنگ ها همیشه ملزم به استفاده از تکنیک های موثر و مناسب از نظر اقتصادی برای حذف این رنگ ها می باشند.[5] به دلیل ماهیت خطرناک رنگ ها، فاضلاب حاصل از این صنایع و تخلیه آن در منابع آبی، مشکلات جدی را به همراه دارد.
حضور رنگ ها در منابع آبی نه تنها از جنبه زیبایی شناسی خوشایند نیست بلکه به دلیل تجزیه ناپذیری، تعادل اکوسیستم را نیز بر هم می زند. همچنین این مواد علاوه بر ایجاد بیماری های پوستی جدی برای انسان، مانع فعالیت فتوسنتزی گیاهان با کاهش نفوذ نور خورشید به آب و کاهش میزان انحلال اکسیژن در آب جدا از تأثیر مستقیم سمیت مزمن و حاد آن ها روی آبزیان می شوند.>6] رنگی متیلن بلو دارای بار مثبت خالص می باشد است و شامل بخش آروماتیک که شامل اتم های سولفور و نیتروژن است، می باشد. در واحد آروماتیک، گروه دی متیل آمین به آن متصل است. در قسمت آروماتیک مولکول مسطح و دارای بار مثبت است. ابعاد مولکول متیلن بلو در طول 16,9 آنگستروم، در عرض 7,4 آنگستروم و دارای ضخامت 3,8 آنگستروم می باشد. فرمول ساختاری رنگ در شکل - 1 - نشان داده شده است.[7]
جذب سطحی یک فرآیند جداسازی است که در آن برخی از اجزاء فاز سیال به سطح یک جاذب سطحی جامد منتقل می شوند. ذرات ریز جاذب در بستر ثابتی نگه داشته می شوند و سیال به صورت پیوسته از میان بستر عبور داده می شود تا جائیکه جامد اشباع شود و در آن زمان انتقال جرم و جداسازی اجزاء پیشرفتی نخواهد داشت. جذب سطحی را می توان عملأ تمایل مولکول های فاز سیال برای چسبیدن به سطح جامد تعریف کرد.[8] عامل اساسی در سیستم جذب، جاذب است. عملأ نوع و کیفیت جاذب پدید آورنده فناوری جذب سطحی است. امروزه در بررسی های انجام شده از لحاظ علمی ساختار منافذ و تخلخل و انرژی های سطحی و دیگر مشخصه های یک جاذب را از پیش تعیین می کنند و بر مبنای آن جاذی را استفاده می کنند. پدیده های جذب سطحی به خاطر ویژگی های موجود بر روی سطح جامد اتفاق می افتد.بنایسا1 و همکاران در سال 2007 از مغز بادام به عنوان یک جاذب جهت حذف ماده رنگی متیلن بلو از محلولهای آبی را مورد بررسی قرار دادند.
ماکزیمم ظرفیت جذب 113تا 140 میلی گرم بر گرم بدست آمد. .[9]احمد2 و همکاران در سال 2009 جذب رنگ بریلیانت گرین توسط مغز بادام اصلاح شده با اسید هیدروکلریدریک را مورد بررسی قرار دادند. بررسی ها نشان داد که اصلاح توسط اسید هیدروکلریدریک ظرفیت جذب مغز بادام را برای حذف رنگ بریلیانت گرین افزایش می دهد. ماکزیمم جذب دراین مطالعه 30 میلی گرم بر گرم گزارش شد .[10] بنایسا و همکاران در سال 2012 ، حذف رنگ بنزالین رد از محلول آبی به وسیله مغز بادام را مورد بررسی قرار دادند. ماکزیمم ظرفیت جذب بدست آمده درمحدوده 8,14 میلی گرم بر گرم بدست آمد .[11] بنایسا و همکاران در سال 2013 جذب متیلن بلو به وسیله مواد زائد کشاورزی همچون مغز بادام را بررسی و ماکزیمم ظرفیت جذب درحدود 219 تا 246 میلی گرم بر گرم گزارش شد. پارامترهای ترمودینامیک نشان دادکه فرآیند خود به خودی و گرماگیر میباشد .[12]
احمد و همکاران در سال 2016 به بررسی سینتیک و ترمودینامیک جذب رنگ برلیانت بلو توسط مغز بادام را مورد بررسی قرار دادند. نتایج نشان داد که جذب رنگ برلیانت بلو توسط مغز بادام فعال شده با سولفوریک اسید، گرماگیر، بی نظمی روند کاهش و فرآیند خود به خودی میباشد .[13]در این مطالعه ضایعات روغن کشی بادام به کمک بیوپلیمر آلژینات رسوب داده شده و مهره های بیوکامپوزیت سنتز شده به عنوان یک جاذب تولید شدند. برای تعیین خواص جذبی محلول رنگ متیلن بلو به عنوان یک پساب معمول مورد بررسی قرار گرفت بیوکامپوزیت سنتز شده از ضایعات روغن کشی بادام یک جایگزین مقرون به صرفه است و به آسانی در دسترس بوده که به راحتی یافت می شود.
-2 مواد و روشها
هیدروکلریدریک اسید 37 - HCL - درصد شرکت Samchun ، سدیم آلژینات ساخت شرکت Sigma-Aldrich و محلول کلسیم کلرید دی هیدرات 99 - CaCl2.2H2O - درصد ساخت شرکت Merck مورد استفاده قرار گرفتند. دستگاه طیف سنج نوری مدل - Rayliegh- UV-2601 - آنالیز غلظت محلولها مورد استفاده قرار گرفت. میکروسکوپ الکترونی روبشی SEM هم جهت بررسی مورفولوژی و ساختار بیونانوکامپوزیت مورد استفاده قرار گرفت.مغز بادام از بازار محلی تهیه شد سپس خیسانده و پوست قهوه ای رنگ آن گرفته و در دمای محیط خشک شد، سپس داخل دستگاه روغن گیری قرار گرفت، زمانی که تفاله مغز سفید بادام، از دستگاه روغن گیری در دمای 80 درجه سانتیگراد خارج می شوند، در ساعات اولیه نرم می باشند ولی به مرور زمان سفت می شوند، بنابراین در ابتدا همه تفاله ها را پودر کرده و داخل آون به مدت 4 ساعت در دمای 80 درجه سانتی گراد قرار داده تا به طور کامل خشک شوند. همچنین هر 15 دقیقه دو مرتبه مواد را پودر کرده زیرا تفاله ها زمانی که رطوبت دارند در هنگام حرارات دیدن سفت می شوند. بعد از گذشت 4 ساعت مواد را از آون
