بخشی از مقاله
چکیده:
در این مطالعه، ارگانوکلی - - organoclays با تبادل سدیم دودسیلسولفات - - SDS با یونهای سدیم در ساختار مونتموریلونیت برای جذب هیدروکربورها مورد بررسی قرار گرفت. نتایج حاصل از پارامترهای فرآیندها - همچون مقدار جذب و زمان تماس - نشان داد که ظرفیت جذب ارگانوکلی برای دریافت آلایندهها افزایش چشمگیری پیدا می کند. نرخ سرعت فرآیند جذب، این رسهای ارگانوهیبریدی را به عنوان نامزدهای مناسب جهت جذب مواد آلی از آبهای زائد و پسابها قرار داده است. نتایج نشان داد که بسته به نوع هیدروکربور، ظرفیت جذب در محدوده 0/6 - برای گازوئیل - %66/66 تا یک گرم در جاذب تغییر می نماید. علاوه بر این تعادل جذب در مدت 2 ساعت حاصل می شود. ارگانوبنتونیت توسط XRD،FTIR و میکروسکوپ های الکترونی مورد بررسی قرار گرفت. آزمایشات نشان داد که مولکولهای آلی در فضاهای بین لایهای جانمایی نمودهاند.
واژه های کلیدی: رس آلی، سورفکتانت، سدیم دودسیل سولفات - SDS - ،FTIR، میکروسکوپ های الکترونی.
مقدمه :
رشد روز افزون فعالیت های صنعتی از یک سو و عدم رعایت الزامات زیست محیطی از سوی دیگر سبب شده تا مقادیر هنگفتی از آلاینده های هیدروکربوری به واسطه عواملی نظیر نشت نفت از مخازن و میادین نفتی، جایگاههای سوخت گیری، دفع و دورریز نامناسب فاضلابها و پساب های پلایشگاهی، پخش آلاینده ها توسط نیروگاهها، تصادفات تانکرها و نفت کش ها و غیره وارد محیط زیست شوند - . - 4 آلوده شدن خاک به نفت خام و یا مشتقات آن می تواند سبب آسیب به محیط زیست شده، بطوریکه سبب از بین رفتن جمعیت میکروبی و گیاهی خاک شود. از تاثیرات مواد هیدروکربوری بر گیاهان، کاهش جوانه زنی و ایجاد تاخیر در رشد گیاه است. دلیل تاخیر این است که ترکیبات هیدروکربنی یک غشا روغنی در اطراف دانه ها تشکیل می دهند و همچون سدی از انتقال آب و اکسیژن به گیاه می کاهند - . - 3
افزایش روزافزون آلایندههای شیمایی آلی و غیرآلی در محیط با منشاهای مختلف علاوه بر تخریبهای اکولوژیکی، نیاز به یافتن فنآوریهای جدید برای حل این معضلات را پیش از بیش ضروری می سازد . - 5 - یکی از این فنآوریها استفاده از مواد جاذب می باشد. جاذبها معمولا محصولات جامدی می باشند که قادر به بدام انداختن آلاینده های مایع می باشند. مهمترین دلایل استفاده از جاذبها: - 1 کاهش گسترش نشت آلاینده ها، - 2 تثبیت آلایندهها با آغشته سازی یا اشباع کردن آن در نشت های کوچک، - 3 بازیابی آلاینده از پساب تولیدی با عملیات پاک کردن آن . - 6 - یکی از مواد طبیعی که برای این فرآیندها استفاده میشود کانیهای رسی است.
علت توجه زیاد به رسها نسبت به سایر مواد جاذب زیست محیطی، گستردگی زیاد، استخراج آسان و پایین بودن قیمت آنها می باشد. رسها همچنین بعلت دارا بودن سطح گسترده و قدرت تبادل کاتیونی زیاد، از مواد جاذب آلایندهها محسوب می شوند. ارگانوکلی ها ، رسهایی اند که ظرفیت تبادلی کاتیونی آنها با استفاده از سورفکتانت کاتیونی افزایش می یابد . - 5 - رس اولیه مورد استفاده مونت موریلونیت می باشد هرچند از زئولیتها و سریسیت نیز گاهی استفاده می شود. ظرفیت جذب مواد آلی بر روی این مواد معدنی بدین ترتیب می باشد: مونت موریونیت< زئولیت< سریسیت که عمدتا وابسته به قدرت تبادل کاتیونی - CEC - هر کانی و نیز نسبت کلسیم به منیزیم - Ca/Mg - می باشد . - 9 - نفوذ مولکولهای آلی در فضای بین لایهای کانیهای رسی، جانمایی - Intercalation - خواندهمیشود. مولکول جانمایی شده - Intercalated - میتواند با دیگرمولکولهای مناسب جانشین شود . - 8 - نتیجه مهم جانشینی کاتیونهای آلی این است که سطح رس یک خصوصیت هیدروفوبیک به جای هیدروفیلیک میگیرد . - 10 - در نتیجه برای جذب آلایندههای آبگریز مناسب میگردد.
روش های آزمایش و آنالیز:
جذب بهینه:
بیشترین میزان جذب توسط رس است. رس در این حالت اشباع از ماده آلاینده است، باید دقت شود که به حالت فوق اشباع نرسد.میزان جذب رس اولیه: 6 گرم رس خام - مونت موریلونیت - در یک بشر ریخته و به آرامی به آن گازوئیل می افزاییم تا به جذب بهینه خود برسد. میزان جذب رس ارگانیک: 6 گرم رس ارگانیک در بشر دیگر ریخته و به آرامی به آن گازوئیل می افزاییم. برای افزایش دقت نوع پیپت ما در هر دو روش ، پیپت 1cc بود. در این حالت، رس ارگانیک با 4 سی سی به بیشینه جذب خود رسید. در روش IR ارتعاش پیوندها مورد بررسی قرار میگیرد . ارتعاش پیوندها در اثر تغییر طول پیوند - ارتعاش کششی - و یا تغییر زاویه پیوند - ارتعاش خمشی - یا تلفیق این دو صورت میگیرد.
برای بررسی ارتعاش پیوند حداقل به مولکول دو اتمی نیاز داریم. بنابراین، روش مادون قرمز ویژه مولکولهاست . - 1 - شرط تاثیر متقابل بین تابش و ماده ایجاد میدان الکتریکی متغیر بر حسب زمان توسط ماده است. بنابراین شرط فعال بودن یک ترکیب در IR این است که دارای ممان دوقطبی دائم باشد . - 7 - این روش عمدتا به طور وسیعی برای شناسایی ترکیبات آلی به کار میرود زیرا طیفهای این ترکیبات معمولا پیچیده هستند و تعداد زیادی بیشینه و کمینه دارند که میتوانند برای اهداف مقایسهای به کار گرفته شوند. علاوه بر آنالیز کیفی، طیف نورسنجی مادون قرمز برای آنالیزهای کمی هم مورد استفاده قرار گرفته است . - 2 -
نتایج و بحث:
در ابتدا لازم است مقدار عناصر تاثیرگذار رس اولیه مشخص شوند. در صورت وجود اکسید آهن، کربنات کلسیم و مواد آلی، سه مرحله دیگر به آزمایشات زیر اضافه خواهد شد.به همین دلیل برای مشخص کردن ترکیبات رس اولیه، آنالیزهای XRD، XRF و SEM انجام گردید. نتایج آزمایشات XRD نشان دادکه کانی رسی مورد استفاده کانی مونتموریلونیت می باشد - شکل . - 2 باتوجه به آنالیزهای XRF و عدم وجود اکسیدهای آهن، کربنات کلسیم و مواد آلی در رس اولیه مورد آزمایش، این سه مرحله حذف گردید - جدول . - 1 شکل 3 تصویر SEM از رس اولیه که نشان دهنده مونتموریلونیت هگزاگونال در بنتونیت خام می باشد. سورفاکتانت یا SDSبا فرمول شیمیایی C12H2NaSO4دارای زنجیره کربنی بوده و این نوع سورفاکتانت با افزایش فاصله بین لایهای، قدرت جذب رس را افزایش میدهد.
ابتدا 20g خاک رس در بشر حاوی 5cc استن،کاملا همزده و 2/5 g سورفاکتانت نیز در آب مقطر حل گردید. استن به منظور کم کردن چسبندگی رس و تعلیق بهتر آن اضافه گردید . مخلوط این دو ماده - مخلوط خاک رس - SDS + در دمای 55°C به مدت دو ساعت هم زده شد. سپس مایع رویی از رس جدا و 5 مرتبه با آب مقطر شستشو داده شد و داخل آون - در دمای - 80°C خشک گردید. برای مشخص نمودن ورود ماده آلی به درون رس از طیف گیری FTIR استفاده گردید. جهت مشخص نمودن تبدیلرس خام به رس آلی، لازم است تا از ماده اولیه، سورفاکتانت و رس نهایی طیف گرفته شود و طولموجها با یکدیگر مقایسه شوند. طیفهای سورفاکتانت، رس اولیه و رس نهایی در اشکال 4 ، 5 و 6 مشاهده میشود. طیف ها نشان دهنده پیکهایی از رس اولیه و سورفاکتانت موجود در رس آلی است که نشان می دهد که این دو ماده، ترکیب جدید و مورد نظر را ساختهاند. بررسی ارگانوبنتونیت توسط XRD و FTIR نشان داد که مولکولهای آلی در فضاهای بین لایهای جانمایی نمودهاند. میزان جذب فیزیکی رس خام 3 سی سی یا بعبارتی % 50 بود. میزان جذب در رس ارگانیک % 66.66 بود. به عبارت دیگر به ازای هر 1/5 گرم رس ارگانیک، 1سی سی گازوئیل جذب آن می شود.
