بخشی از مقاله
چکیده:
یکی از آلودگیهای محیط زیستی که همواره بشر و دیگر موجودات زنده را تهدید میکند، آلودگی ناشی از فلزات سنگین در فاز مایع میباشد. ورود املاح فلزات سنگین و سمی، رنگهای شیمیایی و دیگر مواد آلوده کننده به آب دریا و آبهای زیرزمینی، با توجه به خاصیت سمی این ترکیبات برای آبزیان و انسان، علاوه بر مردن یا کوچ نمودن این موجودات، در بدن آبزیان بشدت تغلیظ شده و ورود آنها از طریق مصرف آبزیان باعث مسمومیت شدید انسان خواهد شد.
یکی از این فلزات سنگین، جیوه بوده که عامل بسیاری از مشکلات محیط زیستی است. در این پروژه ابتدا ساخت جاذب کربنی مناسب از پوست سخت گردو برای جذب سطحی یون جیوه از فاز مایع مورد بررسی قرار گرفت. دو کربن فعال با نسبت-های 1 :0 / 5 و 1:1 وزنی با کلرید روی تلقیح داده شده و به روش فعال سازی شیمیایی تهیه شدند و یک نمونه از روش فیزیکی با بخار آب آماده گشت. سپس عوامل مختلفی از قبیل تغییرات دما و زمان به طور همزمان، غلظت اولیه محلول، PH، زمان و میزان جاذب مصرفی در جذب سطحی یون جیوه بررسی شدند.
مدل های ایزوترمی متفاوتی نیز مورد بررسی قرار گرفت که از میان آنها ایزوترمهای فریوندلیچ و لانگمویر جوابهای بهتری ارائه نمودند. همچنین در خصوص سینتیک واکنش، معادلات درجه اول و دوم بررسی شد که در مورد جاذب های کربنی تولید شده، معادله درجه دوم پاسخ مناسب تری داشت. ظرفیت جذب تعادلی یون جیوه برای سه کربن تولید شده از پوست گردو در مدت زمان 60 دقیقه به ترتیب 151/51، 100/9 ، mg/g 87/72 می باشد. در این پروژه جاذب ساخته شده از نظر اقتصادی مقرون به صرفه بوده و دارای میزان جذب سطحی مناسبی می باشد.
.1 مقدمه
اساساً میتوان گفت که آب یکی از مهم ترین منابع حیاتی انسانی است و اهمیت اقتصادی، اجتماعی، سیاسی و محیطی در سراسر جهان دارد. با آگاهی به این حقیقت که آب یکی از مهم ترین مواد حیاتی است که جایگزینی آن به هیچ صورت دیگری امکان پذیر نمیباشد و از طرفی در دسترس قرار دادن آن به مقدار کافی و کیفیت مناسب از احتیاجات اولیه زندگی است، باید حفاظت کمی و کیفی از آب کشور را در مقابل دیگر اولویتها در صدر قرار داد.
کشور ایران با بارندگی متوسط سالیانه به میزان 250 میلیمتر که کمتر از یک سوم بارندگی متوسط سالیانه جهان است، یکی از مناطق خشک جهان محسوب میگردد. این در حالی است که افزایش جمعیت، ارتقاء سطح زندگی و به موازات آن توسعه شهری، صنعتی و کشاورزی روز به روز نیاز به تأمین آب را افزایش میدهد . بر اساس آمار سازمانهای جهانی هر سال 1/5 میلیارد نفر در جهان از طریق خوردن آب و مواد خوراکی آلوده به اسهال مبتلا میشوند که باعث میشود سالانه 3/3 میلیون نفر کودک زیر 5 سال جان خود را از دست بدهند
ورود املاح فلزات سنگین و سمی، رنگهای شیمیایی و دیگر مواد آلوده کننده به آب دریا، با توجه به خاصیت سمی این ترکیبات برای آبزیان و انسان، علاوه بر مردن یا کوچ نمودن این موجودات، در بدن آبزیان بشدت تغلیظ شده و ورود آنها از طریق مصرف آبزیان باعث مسمومیت شدید انسان خواهد شد. سمیترین مواد فلزی در محیط زیست شامل جیوه، سرب، نیکل، کروم، کادمیوم، آرسنیک، مس، روی و بریلیوم میباشند
در بین روشهای متعدد قابل دسترس برای کاهش غلظت فلزات سنگین از فاضلاب، رایج ترین آنها رسوبگیری شیمیایی، تعویض یون، اسمز معکوس، استخراج با حلال و جذب سطحی است
رسوبگیری شیمیایی روش قابل اطمینانی است، اما به تانکهای ته نشینی بزرگ برای رسوبگیری نمکهای قلیایی و متعاقب آن به تصفیه نیاز دارد. روش تعویض یون این امتیاز را دارد که یون فلزی در آن بازیابی می شود، اما به علت پرهزینه بودن کنار گذاشته شده است.
در سالهای اخیر مشخص شده که جذب سطحی روش مناسبی در حذف فلزات از آب و فاضلاب میباشد .[4] علیرغم مفید بودن جذب سطحی ولی گران قیمت بودن جاذب مورد استفاده در این روش حذف، استفاده از آن را محدود کرده است.
این موضوع تحقیقات را به سوی کشف مواد موثر و ارزان قیمت سوق داده است. برای این منظور، محصولات جانبی و ضایعات صنایع مختلف مورد مطالعه قرار گرفتهاند و به دلیل اینکه به پروسه های کمتری نیاز دارند و در طبیعت فراوان هستند، کم هزینه بوده و استفاده از آنها مفید تشخیص داده شده است .[3] سالهای اخیر تعدادی مواد وابسته به صنایع کشاورزی از قبیل کود گیاهی ساخته شده از خزه [5]، پوست نارگیل [6]، سبوس برنج [7]، برگ چای [8]، پوست بادام [9]، پوست درخت [10]، ساقه گل آفتابگردان [11]، تفاله نیشکر [12]، خاک اره [13]، پوست بادام زمینی [14] و غیره برای حذف فلزات از محلولهای آبی استفاده شدهاند.
بیشتر این مواد حاوی گروههای عاملی همراه با پروتئینها، پلی ساکاریدها، لیگنین و سلولز به عنوان ترکیبات اصلی هستند. به نظر میرسد که حذف فلز از محلول به وسیله جذب گروه-های عاملی ذکر شده صورت گیرد. حضور فلزات سنگین بیش از استانداردهای تعریف شده در محیط باعث بروز مشکلات و عوارض زیست محیطی برای ساکنان آن محل و اکوسیستم میگردد.
تأثیرات فلزات سنگین روی انسان مختلف بوده و عمدهترین آن مربوط به بروز اختلالات عصبی است. صنایع، عمدهترین منابع آلاینده مربوط به فلزات سنگین هستند. کارخانجاتی از قبیل آبکاری، باطریسازی و تولید قطعات الکترونیک از مهمترین آنها میباشند. یکی از این عناصر آلاینده محیط زیست جیوه میباشد.
جیوه قویترین سم فلزی است که در آب به صورت معدنی یا آلی دیده شده و به شکل متیل اتیل مرکوری در زنجیره غذایی وارد بدن آبزیان گردیده و تجمع مییابد. این فلز میتواند از طریق جفت وارد بدن جنین شده و ناهنجاریهای مختلفی ایجاد نماید. بیشترین میزان انتشار یون جیوه مربوط به کشور آمریکا بوده که در حدود %30 از سهم آلودگی با این یون را در جهان به خود اختصاص داده است .[15] بر اساس مصوبات سازمان ISI، میزان مجاز جیوه در آبهای زیرزمینی 10 ʽg/1 و در آب آشامیدنی 1 ʽg/1 میباشد
در این پروژه به حذف یونهای فلز سنگین جیوه از فاز مایع توسط روش جذب سطحی خواهیم پرداخت. جذب سطحی فرآیندی است که توسط آن مولکولهای یک گاز یا یک مایع به طور خود به خود در سطوح داخلی یک ماده جامد متخلخل جذب و تغلیظ می شوند. از آنجا که در این روش با گذشت زمان جامد متخلخل از ماده جذب شده اشباع میشود مرحله دفع ماده جذب شده و بازیابی جامد متخلخل با ارزش در این فرآیند به عنوان یک مرحله مهم محسوب میشود.
جاذبهای انتخابپذیر مواد متخلخلی هستند، که قادرند نوعی از مولکولها را از انواع دیگر جدا کنند. بهترین نوع این جاذبها، کربنهای فعال هستند. این جاذبها دارای خلل و فرجهای درونی در حد ابعاد مولکولی بوده و به دلیل ساختمان هندسی خود منحنی توزیع تخلخل دارند در نتیجه دارای قدرت انتخابگری بالایی هستند. پس میتوان گفت در فرآیند جداسازی توسط جذب سطحی، مهمترین عامل، انتخاب جاذب مناسب است.
-2بخش آزمایشگاهی
در این تحقیق انتخاب پوست گردو برای تهیه کربن فعال به این دلیل است که ضایعات گردو در ایران بسیار بالاست. پوست چوبی گردو که به عنوان ضایعات پس از جدا کردن مغز آن به دست میآید به حدود 60 تا 70 هزار تن در سال میرسد. در داخل کشور تاکنون بیشتر آن را جهت سوزاندن استفاده کردهاند. ابتدا پوست سخت گردو - گردو استفاده شده در این پروژه، گردو محلی شهرستان طرقبه میباشد - را از مغز آن جدا نموده، سپس با آب معمولی و بعد از آن با آب مقطر به خوبی میشوییم و آنها را با دستگاه خردکن خرد کرده و از غربال عبور میدهیم.
در اینجا از غربال شماره 60 که دارای روزنههای 0/250 میلیمتر بوده استفاده شده است. این عمل برای هم اندازه بودن ذرات پوست سخت گردو و یکنواخت بودن آنها در حین خشک کردن و تهیه کربن فعال میباشد. سپس آنها را در ظرف پیرکس ریخته و در دمای 80 تا 90 درجه سانتیگراد برای مدت 24 ساعت در آون خشک میکنیم. محصول به دست آمده در این مرحله آماده عمل تلقیح برای فعالسازی شیمیایی و یا مرحله فعال سازی فیزیکی میگردد.
فعالسازی شیمیایی با ماده تلقیح کننده کلرید روی - ZnCl2 - انجام میشود. برای تلقیح دادن مواد خام با استفاده از کلرید روی، ابتدا مواد خام را وزن کرده 15-20 - گرم - و داخل یک بشر 500CC انتقال داده و با نسبتهای مختلف تعیین شده از کلرید روی مخلوط میکنیم. بعد از کمی هم زدن، بشر را حرارت داده تا تمام مواد کاملاً با هم مخلوط شوند. بعد از مدتی مواد سیاه رنگی با بوی نامطلوب ایجاد میشود. حال این مواد را داخل یک قایق فلزی انتقال داده و آن را درون یک راکتور از جنس فولاد ضد زنگ قرار میدهیم که در انتهای راکتور سوراخی جهت خروج گاز در نظر گرفته شده است.
راکتور درون یک کوره الکتریکی استوانه ای قرار داشته و با شیب حرارتی - 5 œC/min - تا رسیدن به دماهای موردنظر حرارت داده میشود. پس از عملیات حرارتی، مواد را از کوره خارج می کنیم و با استفاده از هوای فشرده آنها را سرد میسازیم. مواد خروجی سرد شده را به داخل یک بشر 500CC انتقال داده و به ازای هر 20 گرم ماده خروجیتقریباً 100CC اسید کلریدریک 0/5 مولار ریخته و به مدت 15-30 دقیقه صبر میکنیم تا ناخالصیهای درون روزنهها - ترکیبات روی - خارج شود.
حال محلول را صاف کرده و محصول را با آب مقطر داغ آنقدر شستشو میدهیم تا PH ثابت باقی بماند - با PH حالت خنثی برابر شود - . سپس مواد را داخل ظرف صافی ریخته و داخل آون در دمای 120-130 درجه سانتیگراد قرار میدهیم تا زمانی که کاهش وزن نداشته باشد - تقریباً 5-6 ساعت - . بعد از اطمینان از خشک شدن، کربنهای فعال را از آون خارج ساخته و در ظرفی تمیز در دسیکاتور نگهداری میکنیم. در این تحقیق از نسبتهای وزنی 1:1 و 1 :0 /5 کلرید روی استفاده شد.
در نوع فعالسازی فیزیکی مواد خام آماده شده را پس از خشک کردن در داخل راکتوری که کمی شیب دار بوده و دارای چرخشی یکنواخت میباشد، قرار میدهیم . در این روش از بخار آب برای فعالسازی استفاده شده است. دمای کربونیزاسیون در این روش 800°C بوده که در مدت زمان یک ساعت در این دما در کوره نگه داشته میشود. سپس نمونهها را خارج نموده و پس از شستشو با آب مقطر، در آون آنها را خشک میکنیم.
