بخشی از مقاله
مقدمه
امروزه زئولیتها بطور فزایندهاي در کاربريهاي مختلف صنعتی، کشاورزي و حفاظت محیط زیست به کار میروند. کلینوپتیلولیت یکی از زئولیتهاي طبیعی است که به دلیل دارا بودن حجم منافذ برابر % 34، ظرفیت تبادل کاتیونی حدود 216 سانتی مول بار بر کیلوگرم و جذب سطحی بالا رایج ترین زئولیت در کاربريهاي زیست محیطی و حذف آلاینده ها از پسابها و فاضلابهاست - پولات و همکاران، 2004؛ اسپرینسکی و همکاران، . - 2006 چند مطالعه در خصوص سینتیک جذب سرب توسط زئولیتهاي طبیعی انجام شده است - گوناي و همکاران، 2007؛ حمیدپور و همکاران، - 2011، اما اتفاق نظري در مورد مدلهاي سینتیکی توصیف کننده جذب وجود نداشته است. در این تحقیق دو مدل سینتیکی شبه مرتبه اول و شبه مرتبه دوم براي مطالعه جذب سرب Pb2+ توسط سه زئولیت طبیعی مورد استفاده قرار گرفت.
مواد و روشها
نمونه هاي زئولیت طبیعی از معادن سمنان - Se - ، سبزوار - Sa - و میانه - Mi - تهیه و در آزمایشگاه خرد و از غربال 250 مش عبور داده شدند. از آنالیزXRD براي تعیین ماهیت کانیهاي تشکیل دهنده زئولیتها استفاده شد. سینتیک جذب Pb2+ در غلظت 30 میلی مولار این فلز مورد بررسی قرار گرفت. بدین منظور به 1 گرم زئولیت 25 میلی لیتر محلول نیترات کلسیم 0/1 مولار حاوي 30 میلیمولار - Pb 2+ از منبع نیترات سرب - اضافه شد و پس از تکان دادن در دماي اتاق در مدت زمانهاي 5، 10 ، 20و 30 دقیقه و 1، 2، 6، 10 و 24 ساعت با کاغذ صافی واتمن 42 فیلتر و غلظت فلز در محلول زلال رویی با دستگاه جذب اتمی اندازهگیري گردید.
مدل هاي سینتیکی شبه مرتبه اول1 و شبه مرتبه دوم2 ، به ترتیب معادله هاي [1] و [2]، به دادههاي سینتیکی جذب برازش دادهشدند: ]١[ qt1 = qe1 - 1 − e −k1 t - ]٢[ qt2 = qe2 k2 t / - 1+ k2 t - در این معادلهها qt1 و qt2 میزان Pb2+ جذب شده توسط فاز جامد در زمان t بر حسب میلیگرم بر کیلوگرم، qe1 و qe2 میزان Pb2+ جذب شده در زمان تعادل بر حسب میلیگرم بر کیلوگرم، k1 و k2 به ترتیب ثابت سرعت جذب مدل مرتبه اول برحسب بر ساعت و ثابت سرعت جذب مدل مرتبه دوم بر حسب کیلوگرم بر میلیگرم در ساعت و t زمان بر حسب ساعت است.
نتایج و بحث
دیفرکتوگرامهاي نشان داده شده در شکل 1 بیانگر حضور کانی کلینوپتیلولیت به عنوان فراوانترین زئولیت در سه نمونه تهیه شده بودند. جذب Pb2+ توسط زئولیت ها نشان دهنده 2 مرحله جذب سریع و آهسته بود - شکل 2، الف - . جذب سریع تا حدود 30 دقیقه اول و جذب با سرعت آهسته تا پایان 24 ساعت ادامه داشت که با یافته هاي حمیدپور و همکاران - 2011 - مطابقت دارد. اسپرینسکی و همکاران - 2006 - جذب سریع را به تبادل یونهاي Pb2+ در سطح ریزبلورهاي با سطح ویژة بیش از 30 مترمربع در گرم نسبت داده اند. بدین ترتیب حدود Pb2+ %25در طی این مرحله توسط ریزبلورها جذب سطحی گردیده است.
دلیل پائین بودن pH سوسپانسیون ها هیدرولیز یونهاي Pb2+ بود که در حضور زئولیتها افزایش پیدا کرد. با توجه به شکلهاي 2 الف و ب مشخص می شود که زئولیت حتی در pH اسیدي نیز Pb2+ را جذب کرده است. با توجه به اینکه مکانسیم غالب جذب فلزات سنگین توسط زئولیت پیوندهاي الکترواستاتیک است، این امر نشان میدهد که هر سه زئولیت حتی در pHهاي اسیدي همچنان بارهاي منفی خود را حفظ کردهاندکه با یافتههاي ارسوي و چلیک - 2002 - مطابقت دارد. آنان گزارش کردند که پتانسیل زتا براي کلینوپتیلولیت در حدود 2 pH برابر -18 میلی ولت است که نشان میدهد این کانی حتی در pHهاي بسیار اسیدي بارهاي منفی خود را حفظ میکند که امتیازي براي کلینوپتیلولیت در واکنشهاي جذب الکترواستاتیک آلایندههاي آلی و غیر آلی است.
تغییرات pH در حین جذب Pb2+ اهمیت بافر کردن pH در مطالعات سینتیکی را نشان می دهد. جذب Pb2+ توسط زئولیتهاي سمنان - Se - ، سبزوار - Sa - و میانه - Mi - در زمان 24 ساعت به ترتیب1/36 ×105 ، 1/24 ×105 و 7/24 ×104 میلی گرم بر کیلوگرم بود که به یافتههاي بکتاش و کارا - 2004 - که حداکثر جذب Pb2+ را توسط کلینوپتیلولیت 1/6 ×105 میلی گرم بر کیلوگرم گزارش کردند مشابهت دارد. نتایج نشان داد که زئولیتهاي سمنان و سبزوار در مقایسه با زئولیت میانه ظرفیت بیشتري براي جذب Pb2+ دارند.
سبزوار - Sa - و میانه - Mi -
شکل 3 برازش غیر خطی و جدول 1 ضرایب معادلات سینتیکی شبه مرتبه اول و شبه مرتبه دوم را براي جذب Pb2+ توسط سه زئولیت طبیعی Se، Sa و Mi نشان میدهند. مقادیر R2 و RMSE نشان دهنده برازش بهتر مدل شبه مرتبه اول به دادههاي سینتیکی جذب Pb2+ توسط دو زئولیت Se و Sa است. اما در مورد زئولیت Mi مدل شبه مرتبه دوم برازش بهتري به داده ها نشان داد.
