بخشی از مقاله
چکیده
در پروژه ی حاظر به ساخت نانو زئولیت NaA در عدم حضور غالب آلی به منظور دستیابی به جاذبی کارا و مقرون به صرفه جهت تصفیه ی آب های آلوده به نیکل و آهن در واحد های شناور سطحی و زیر سطحی و بررسی سینتیکی و ترمودینامیکی فرایند جذب سطحی دو فلز سنگین نیکل و آهن در سه دمای متفاوت 20، 30 و 40 درجه سانتیگراد با استفاده از جاذب ساخته شده، در محلول آبی پرداخته ایم. برای ساخت جاذب از روش هیدروترمال بدون استفاده از غالب آلی استفاده شد. خواص جاذب با استفاده از آنالیز SEM - Scanning microscope electronic - و - X-ray diffraction - XRD مشخص شد.
از مدل های سینتیکی شبه درجه اول و شبه درجه دوم به منظور بررسی نتایج تجربی از دیدگاه سینتیکی استفاده شد و مدل شبه درجه اول با داده های تجربی تطابق و نزدیکی قابل قبول تری داشت. گرمای واکنش جذب فلزات نیکل و آهن، به ترتیب در محدوده 3/299 تا 12/709 و 13/809 تا 44/645 کیلوژول بر مول، تغییرات آنتروپی، به ترتیب در محدوده 14/458 تا +41/911 و 46/750 تا +163/212 ژول بر مول کلوین و تغییرات انرژی آزاد گیبس فلزات، به ترتیب در محدوده -4/145 تا +1/593 و -6/731 تا -0/012 گزارش شد.
-1 مقدمه
آلودگی آب به دلیل تخلیه فاضلاب های شهری و صنعتی، سلامت بشر را تحت خطر قرار داده است. از آلاینده های مهم منابع آبی می توان به فلزات سنگین اشاره کرد. فلزات سنگین عناصری با وزن اتمی بین 63/5 تا 200/6 و ثقل ویژه بیشتر از 5 می باشند Srivastava, N - ، 2008، - 1 که از جمله آنها می توان به نیکل و آهن اشاره نمود.
این دو فلز ارزشمند که در بسیاری از صنایع مانند استخراج و ذوب فلزات، فرایندهای تولید مواد غذایی Kinhikar, V - ، 2012، - 6 و... بکار می روند، در صورت وجود بیش از اندازه درآب مصرفی انسانها، حیوانات و گیاهان می توانند به صورت مستقیم و غیرمستقیم موجب انواع بیماری ها از قبیل سرطان استخوان Hasar, H - ، 2003، - 49، تهوع Vasu, A - ، 2008، - 1، بیماری های کبدی Prabakaran, R - ، 2011، - 218و... شوند.
در میان فرایندهای متنوع موجود برای کاهش مقدار غیر مجاز یون های فلزی سنگین موجود در پساب های صنعتی، استفاده از فرایند جذب سطحی به دلیل عدم تولید هرگونه عامل مضر و یا سمی مورد توجه قرار گرفته است. جذب سطحی عملیات انتقال جرمیست که شامل در تماس قرار گرفتن جامد با مایع یا گاز است، در طی این تماس، انتقال جرم از فاز سیال به فاز جامد رخ می دهد Vijayaraghavan, K - ، 2008، . - 266 نانوزئولیت ها به دلیل مساحت بالا و ظرفیت قابل توجه جذب آلاینده های محلول های آبی و گازی از رایج ترین جاذب های صنعتی به شمار می روند.
با وجود کاربرد زیاد نانوزئولیت ها در صنایع جذب، بزرگترین مشکل استفاده از آن حضور ترکیبات الی - غالب های آلی - جهت ایجاد تخلخل است که در صنعت هزینه بالای ساخت جاذب و مشکلات احیای جاذب را منجر می شود. Chen, Y - ، 2011، . - 39 از این رو محققان به تولید زئولیت هایی از مواد ارزان قیمت و بدون غالب آلی پرداختند. ما در این تحقیق به ساخت نانوزئولیت بدون استفاده از غالب آلی بمنظور دستیابی به جاذبی کارا و اقتصادی در حذف دو فلز سنگین نیکل و آهن پرداخته ایم.
-2 روش تحقیق
-1-2 مواد و روش ها تترا اتیل اورتو سیلیکات - %98 - و آلومینیوم ایزوپروپاکسید - %99 - بترتیب به عنوان منبع سیلیس و آلومینیوم، و سدیم هیدروکسید، هیدروکلریک اسید - %37 - برای تنظیم pH و نمک نیترات نیکل 5 آبه و کلرید آهن همگی از شرکت مرک آلمان خریداری شده اند.
-2-2 تهیه نانوزئولیت NaA بدون استفاده از غالب آلی برای تهیه نانو ذرات زئولیت NaA ابتدا 2/3 گرم از سدیم هیدروکساید را در 25 میلی لیتر آب مقطر حل کرده و به دو قسمت مساوی تقسیم می کنیم. در یک قسمت از محلول سود 0/45 گرم از تترا اتیل اورتو سیلیکات را اضافه کرده و حرارت می دهیم تا یک محلول شفاف حاصل شود. در قسمت دیگر محلول سود 0/7 گرم از آلومنیوم ایزوپروپاکسید را حل می نمائیم. پس از سرد کردن هر دو محلول سیلیکات و آلومینات، محلول آلومینات را همراه با هم خوردن شدید به درون محلول سیلیکات به آرامی اضافه می کنیم.
ژل آلومینوسیلیکات تشکیل شده را به درون یک ظرف تفلونی منتقل کرده و به مدت 30 دقیقه تحت تابش امواج ریز موج قرار می دهیم. در ادامه ژل سنتزی را به درون راکتور اتوکلاو منتقل کرده و به آن 50 میلی لیتر آب مقطر اضافه می کنیم. سپس راکتور را درون آون در دمای 180 ºC به مدت 3 ساعت قرار می دهیم. سرانجام ذرات کلوئیدی بدست آمده را توسط سانتریفیوژ با دور 15000 rpm جدا کرده و برای خنثی کردن قلیائیت محلول آن را چندین بار با آب مقطر شستشو می دهیم. در آخر رسوب زئولیتی حاصل را در آون قرار می دهیم تا به طور کامل خشک گردد.
-3-2 آزمایشات جذب
پیش از انجام آزمایشات جذب به دلیل رسوب دهی سریع آهن - - ll، به منظور اندازه گیری PH رسوب، محلول هایی با غلظت معین تهیه کرده و با تنظیم PH آنها و اندازه گیری مجدد غلظت محلول ها محدوده مناسب برای جذب تعیین شد. با توجه به نتایج بدست آمده، بهترین PH از نظر نزدیکی به محدوده خنثی و رسوب اندک آهن، PH مناسب برای انجام آزمایشات جذب، 4 در نظر گرفته شد.این فرایند در مورد فلز نیکل نیز تکرار شده و PH مناسب برای انجام آزمایش جذب این فلز، برابر با 6 در نظر گرفته شد. آزمایشات جذب در سه دمای متفاوت 30،20 و 40 درجه سلسیوس و در پنج غلظت 40،2010،30 و 50 میلی گرم بر لیتر ، با دز جاذب 2 گرم بر لیتر، در مورد دو فلز به صورت جداگانه صورت گرفت.
-3 بخش تئوری
-1-3 آنالیز XRD , SEM
شکل.1 طیف XRD نانوزئولیت تهیه شده را نشان می دهد. بر طبق الگوهای XRD بدست آمده، پیک های مشخصه موجود در θ2 برابر با: 2/7، 19/10، 49/12، 23 و 30 نشان دهنده فاز خالص زئولیت NaA می باشد. همچنین شدت مناسب پیک های مشخصه و پهنای پیک پایین بیانگر نانو بودن زئولیت سنتزی می باشد. این ویژگی را در تصویر SEM نیز می توان بخوبی نشان داد. از طرفی همانطور که از تصویر SEM در شکل .2 نشان داده شده است بخوبی کروی بودن ساختار زئولیت را می توان ثابت کرد.
