بخشی از مقاله
چکیده
کاربرد جاذبهای مختلف جهت جذب سطحی فلزات از روشهای موثر جهت حذف فلزات سنگین از اکوسیستمهای آبی می-باشد. گل سرشور حاوی کانیهای انبساطپذیر با بار منفی بالا است که میتواند در حذف فلزات، مورد استفاده قرارگیرد. به منظور بررسی وضعیت جذب غیر رقابتی و رقابتی مس - در حضور روی - توسط گل سرشور، آزمایشی با غلظت های مختلف عناصر روی و مس انجام شد.
نتایج حاصله نشان داد که همدمای جذبی لانگمویر و پس از آن فروندلیچ و ردلیچ - پیترسون بهترین مدلها در توصیف روند جذب غیررقابتی و رقابتی مس، بر سطح کانی گل سرشور بودند. رقابت روی سبب افزایش معیارهای ظرفیت و شدت جذب عنصر مس گردید. با توجه به قیمت پایین گلسرشور، معادن فراوان در ایران و ظرفیت بالای آن در جذب فلزات سنگین از جمله مس، لازم است استفاده از این ماده به میزان بیشتری مورد توجه قرار گیرد.
مقدمه
عناصر کممصرف در خاک به شکلهای - 1 - موجود در کانیهای اولیه و ثانویه - 2 - جذب سطحی روی کانیها و موادآلی - 3 - داخل ساختمان ریزجانداران و موادآلی - 4 - محلول در محلول خاک، وجود دارند . - Havlin et al., 2006 - مس - Cu - از جمله این عناصر کممصرف است. مقدار مس در لیتوسفر حدود 70ppm و متوسط آن در خاکها 9ppm است . - Lindsay, 2001 - یکی از عوامل کنترلکننده قابلیت استفاده مس در خاک، جذب سطحی آن برروی کانیها است.
روی و مس ازجمله کاتیونهای فلزی هستند که جذب آنها توسط گیاه، بدلیل احتمالا رقابت آنها برای ناقلهای یکسان در نوار کاسپاری یا پلاسمالما، کاهش مییابد. علاوه بر کمبود مس، سمیت آن نیز در خاکها مشاهده میشود. از علائم سمیت آن میتوان به کاهش رشد اندام هوایی، ایجاد سیستم ریشهای ضعیف و بیرنگ و زردی برگها اشاره کرد. این مقدار مس اضافی توسط کاربرد مواد حاوی مس زیاد مثل لجنفاضلاب، کمپوست، زباله شهری، کودهای مرغی و خوک و ضایعات معادن و یا درحالت مصرف مکرر آفتکشهای حاوی آن اتفاق میافتد
یکی از روشهای حذف فلزات سنگین از آبها و پسابها و مناطق آلوده، استفاده از پدیده جذب سطحی بر روی جاذب است. جذب سطحی در خاک فرآیندی است که طی آن مولکولها یا یونهای یک ماده به سطح ذرات خاک متصل میشوند. به علت اینکه واکنش جذب سطحی سریعتر از فرایند رسوب صورت میگیرد، جذب سطحی در حدفاصل مرز جامد و محلول، فرایند غالبی است که غلظت عناصر کم مصرف در محلول خاک از جمله مس و روی کنترل میکند.
همدماهای جذب سطحی عبارتند از نمودارها یا توابع ریاضی بین مقدار عنصر جذب شده به وسیله ذرات خاک و مقدار آن عنصر در محلول خاک در حال تعادل در دمای ثابت Ellis . - Harter, 1991 - و - 1972 - Knezek نشان دادند که رسها قادر به جذب مس و روی به مقدار بیش از ظرفیت تبادل کاتیونی - CEC - میباشند. آنان دلیل این ظرفیت نگهداری زیاد در پ هاشهای قلیایی و نزدیک به خنثی را به رسوب یا جذب سطحی به شکل M - OH - + نسبت دادند.
Kabata-Pendias و - 1984 - Pendias نشان دادند که توانایی کانیهای خاک جهت انتقال مس از محلول خاک به میزان بار سطحی کانی بستگی دارد. آنان همچنین بیان داشتند که ظرفیت تبادل کاتیونی با جذب مس و روی همیشه رابطه مستقیم ندارد. Farrah و همکاران - 1980 - ترتیب نگهداری روی و مس به وسیله رسها را به صورت مونت موریلونیت < ایلیت < کائولینیت و - 1980 - Kabata-Pendias ترتیب را به صورت مونت موریلونیت < کائولینیت < ایلیت گزارش کردند.
ماده جاذب باید ارزانقیمت، در دسترس و از نظر زیستی غیر مضر بوده و توانایی مناسبی برای جذب فلزات سنگین داشته باشند . در تحقیق حاضر از گل سرشور که بهصورت گسترده و به شکل سنتی به عنوان یک نوع شامپو در ایران استفاده میشده است؛ استفاده شد. به دلیل خاصیت تورم پذیری و استفادههای تجاری و داروسازی از آن، این فرض شده است که گل سرشور جز کانیهای رس انبساط پذیر گروه اسمکتیتها است . - 1996 - Mahjoory به وسیله آنالیز شیمیایی، اینفرارد IR و پراش اشعه ایکسXRD نشان داد که ترکیب اصلی گل سرشوری که از جنوب ایران واقع در 150 کیلومتری غرب شیراز برداشت شده بود 83 - درصد آن - ، یک اسمکتیت دی اکتاهدرال با بار بالا و مقدار کمی میکا، ورمیکولیت و کوارتز است. از اینرو به دلیل اینکه بخش اعظم گلسرشور را اسمکتیت تشکیل داده است، شاید بتواند مقدار قابل توجهی از فلزات سنگین مثل مس را جذب کند.
هدف تحقیق حاضر بررسی امکان استفاده از گلسرشور در حذف فلز سنگین مس ضمن مطالعه همدماهای جذب سطحی غیررقابتی و رقابتی - درحضور روی - این عنصر بود.
مواد و روشها
در این آزمایش ابتدا دو گرم از گلسرشور - سه تکرار - توزین و در لوله سانتریفیوژ ریخته شد و سپس 30 میلیلیتر از محلول حاوی مس از منبع نیترات مس سه آبه و محلول حاوی همزمان دو عنصر روی و مس - روی از منبع نیترات روی شش آبه - با غلظتهای 0/2، 0/3، 0/5 ، 1، 1/7، 2/8 و 4 میلی مولار افزوده شد. جهت ثابت نگهداشتن تقریبی قدرت یونی، محلولهای ذکر شده در کلسیم کلرید 0/01 مولار تهیه شدند. جهت رسیدن به تعادل، نمونهها به مدت یک ساعت در دستگاه تکان دهنده با دور متوسط تکان داده شدند.
پس از 22 ساعت ساکن ماندن، مجددا به مدت یک ساعت تکان داده شدند و سپس نمونهها به مدت 15 دقیقه با دور 2500 در دقیقه سانتریفیوژ گردیدند. محلول زلال رویی از کاغذ صافی عبور داده شده و غلظت مس در محلول صاف شده به وسیله دستگاه اتمی مدل Shimadzu AA-670G تعیین شد. تفاوت بین غلظت مس در محلول اولیه و نهایی به عنوان مس جذب سطحی شده در نظر گرفته شد. دادههای حاصل با استفاده از شکل خطی همدماهای جذب سطحی لانگمویر، فروندلیچ، تمکین، ادی هافستی و ردلیچ - پیترسون برازش شد و ضرایب مربوطه محاسبه گردیدند . - Harter, 1991 - شکل خطی این معادله-ها در جدول - 1 - آمده است.
جدول -1 همدماهای جذب سطحی مطالعه شده
:X مقدار مس و روی جذب شده به ازای واحد وزن ماده جذب کننده : C . - mg kg-1 - غلظت مس و روی در محلول تعادل n . - mg L- 1 - و :Kf ثابتهای تجربی معادله فروندلیچ که به ترتیب با شدت و ظرفیت جذب همبستگی دارند. :KL ثابت معادله لانگمویر وابسته به انرژی جذب :b . - L mg- 1 - حداکثر مقدار جذب مس و روی K1 . - mg kg-1 - و :K2 ضرایب جذب معادله تمکین :bE . - Maftoun, 2002 - حداکثر میزان جذب- :KE ثابت معادله ادی هافستی. n و KRP و aRP ثابتهای ردلیچ-پیترسون
به منظور ارزیابی معادلههای همدمای جذب سطحی مقادیر ضریب تبیین - R2 - و خطای استاندارد - SE - محاسبه ومعادله همدمای جذب سطحی که دارای بیشترین مقدار ضریب تبیین و کمترین خطای استاندارد بود به عنوان معادلههای برتر جهت توصیف جذب سطحی مس انتخاب شدند. در نهایت ضرایب مربوط به هر معادله محاسبه و اثر تیمارهای اعمال شده بر ثابتهای معادلههای مورد مطالعه بررسی شد.
نتایج و بحث
بتدریج با افزایش غلظت اولیه مس در محلول، میزان غلظت جذب سطحیشده این عنصر چه بصورت تنها و چه بصورت رقابتی نیز افزایش یافت. Margaret و همکاران - 2012 - نیز نشان دادند که جذب روی و مس بتدریج با افزایش سطوح مس و روی در خاکهای گرمسیری مالزی، افزایش یافت.
برای مطالعه و تعیین همدمای مناسب جذب سطحی مس، ضریبهای تبیین - R2 - و خطای استاندارد - SE - پنج همدمای جذب سطحی شامل فروندلیچ، لانگمویر، تمکین، ادی هافستی و ردلیچ - پیترسون محاسبه شدند. مقادیر ضریب تبیین و خطای استاندارد در جدول - 2 - آمده است.
از بین همدماهای جذبی مورد مطالعه، به ترتیب همدماهای جذبی لانگمویر، فروندلیچ و ردلیچ - پیترسون بهترین توصیف را از روند جذب مس بر سطح کانی گل سرشور نشان دادند؛ که مناسب بودن این همدماها از بالا بودن مقدار ضریب تبیین و کم بودن خطای استاندارد معلوم میگردد.
Cavallaro و - 1978 - McBride گزارش کردند که دیتای جذب فلزات مس و کادمیم در دو خاک اسیدی و آهکی بهخوبی با ایزوترم لانگمویر مطابقت داشت. تحقیقی توسط Arias و همکاران - 2002 - انجام شد که نشان داد معادله ایزوترم فروندلیچ بهترین معادله جذب برای مس و کادمیم برروی کائولینیت بود. Shamohammadi-Khalagh و همکاران - 2011 - ایزوترم ردلیچ پیترسون را بهترین ایزوترم جذب برای عناصر مس، روی و سرب درحضورکائولینیت دانستند.
جدول-2 ضریبهای تبیین - R2 - و خطای استاندارد - SE - شش همدمای مختلف جذب سطحی عنصر مس
منصورپور و قاسمی فسایی - 1394 - طی تحقیق جداگانهای کارایی ایزوترمهای جذبسطحی در پیشبینی جذب رقابتی و غیر رقابتی مس توسط زئولیت را بررسی کردند و به این نتیجه رسیدند که ایزوترم لانگمویر بهترین برازش را با دادههای این تحقیق داشته است.
درتحقیق دیگری Ghasemi-Fasaei و همکاران - - 2013 نشان دادند که جذب هردو فلز مس و سرب با ایزوترم لانگمویر بهترین جواب را داده و همچنین دیتای جذب مس تا حد متوسطی با ایزوترم فروندلیچ، در هردو خاک اسیدی و قلیایی مطابقت نشان داد .پس برطبق پیشینه تحقیقات آورده شده در این قسمت، نتایج آزمایش مذکور با آنها مطابقت داشته و بهترین همدماهای جذب برای توصیف رفتار عنصر مس لانگمویر و فروندلیچ بودند که با نتایج Veli و - 2007 - Alyuz مطابقت داشت. از این رو نمودارهای خطی مربوط به معادلات لانگمویر و فروندلیچ برای جذب عنصر مس بر سطح گل سرشور رسم شدند
