بخشی از مقاله
چکیده
بور در لیتوسفر و هیدروسفر به صورت وسیعی وجود دارد، اگرچه در طبیعت به صورت آزاد یافت نمیشود، اما میتواند در کمپلکس با اکسیژن و دیگر عناصر وجود داشته باشد - هیلال و همکاران، . - 2011 سازمان بهداشت جهانی، غلظت مجاز بور را در آب آشامیدنی 2/4 میلیگرم بر لیتر بیان کرد زیرا اثر بور، بر سلامت انسان به طور کامل مشخص نشده است. بهمنظور حذف بور توسط نانو ذره رس مونت موری لونایت از آب عوامل موثر در جذب بور از آب را در شرایط بهینه مانند دما 20 درجه سانتیگراد، پی اچ 8، مدت زمان تماس 10 دقیقه و غلظت جاذب 2 گرم بر لیتر مورد مطالعه قرار داده شد.
ایزوترم جذب بور با رس مونت موری لونایت به معادله فروندلیچ با ضریب همبستگی 0/997 برازش پیدا نمود که بیانگر وجود سطوح جذبی غیر همگن میباشد، هم چنین ظرفیت جذب برای رس مونت موری لونایت با اعمال شرایط بهینه4/72 میلی گرم بر گرم برآورد گردید.
این نتایج نشان دهنده این موضوع است که رس مونت موری لونایت در مقایسه با جاذبهای دیگر جاذب موثری در حذف بور از آب محسوب میگردد. در بررسی اثر آنیونهای اسیدهومیک و فسفات و سولفات و کلر بر جذب بور از آب توسط رس مونت موری لونایت، ترتیب اثر رقابتی در کاهش ظرفیت جذب در اسید هومیک4/58 میلی گرم بر گرم، فسفات 4/59 میلیگرم بر گرم و سولفات 4/62 میلیگرم بر گرم و کلر 4/57 میلیگرم بر گرم بدست آمد.
مقدمه
بور یکی از عناصر کم مصرف است که نه تنها برای رشد و توسعه گیاهان ضروری میباشد، بلکه برای حیوانات و انسان نیز عنصری مفید به شمار میرود. مرز سمیت و کمبود این عنصر در گیاهان بسیار نزدیک به هم است و اگر مقدار آن کمی بیشتر از نیاز گیاه باشد، باعث سمیت میشود
حد بحرانی غلظت بور در آبهای آبیاری برای گیاهان حساس 0/3میلی گرم بر لیتر، برای گیاهان با حساسیت متوسط 1-2 میلی گرم بر لیتر میباشد. به دلیل اینکه بور در محیطهای آبی - آب و محلول خاک - به صورت گونهی بدون بار B - OH - و گونه باردار منفیB - OH - ₄⁻ میباشد، حذف آن از آب بسیار مشکل است. هم چنین، به دلیل اینکه خالص بار الکتریکی اکثر کانیهای رسی در پهاش معمول محیط - آب و خاک - منفی میباشد، توانایی کمی برای جذب گونههای شیمیایی با بار منفی - مانند بور - دارند. امروزه به منظور تغییر کارایی جذب کانی از روشهای مانند اصلاح کانی به روش هیدروترمال و همچنین اصلاح کانی با استفاده از لیگاندهای آلی استفاده میشود
قدرت یونی، مواد آلی، نوع و مقدار مواد معدنی بهعنوان مهمترین عوامل مؤثر بر واکنشهای بور در خاک است. کاهش جذب در پهاش بالا، به سبب افت پتانسیل سطحی در مواد معدنی دارای بار وابسته به پهاش است. افزایش قدرت یونی، میدان الکتریکی منفی سطح مسطح را مهار میکند و امکان جذب بیشتر بور را فراهم میآورد، علاوه بر این انواع مختلف مواد معدنی موجود در خاک، رفتار پتانسیلی و بار مختلفی دارند که برجذب بور اثر میگذارد
مواد آلی اتصال قویتر و بیشتری با بور دارند تا مواد معدنی رسی و آنها ممکن است به سبب تشابه بار، همزمان با بور برای جذب بر روی مواد معدنی رقابت کنند، این بر همکنش اتصال بور را به مواد معدنی کاهش میدهد
الراشیدی و اوکونر - 1982 - گزارش دادند که حضور کلسیت در جذب بور از نظر آماری معنیدار نمیباشد. در مقابل، هینگ استون - 1964 - همبستگی منفی بین جذب بور و مواد معدنی کربناتی را مشاهده کردند. گولدبرگ و فورستر - 1996 - جذب نسبتا زیاد بور را بر روی کلسیت اندازه گیری کردند.
مجیدی و همکاران - 2010 - گزارش دادند که خاکهای آهکی ظرفیت زیادی برای جذب بور دارند و قدرت یونی تأثیر مثبتی بر جذب بور دارد، این اثر در حضور یون دو ظرفیتی مثل کلسیم قویتر از حضور یونهای تک ظرفیتی مثل سدیم است. چند روش مرسوم همچون تبادل یونی، روشهای حرارتی، تبلور، تبخیر، الکتروشیمیایی، تکنولوژی فیلتراسیون غشاء و فرآیند جذب سطحی برای حذف فلزات سنگین و دیگرآلایندهها از زهابها وجود دارد
در مناطق شرق میانه و شمال آفریقا مقدار زیادی از آب آشامیدنی و آب آبیاری را توسط روش اسمز معکوس از آب دریا با استفاده از آب شیرینکن تولید میکنند و برای بهبود بهتر آب آشامیدنی از نظر حذف بور، روشهای جذب، تبادل یونی، انعقاد و شستوشو استفاده میشود، در میان این روشها، تبادل یونی یکی از مناسبترین روشهاست زیرا به شرایط عملیاتی ساده نیاز دارد و میتواند برای تیمار آب در غلظتهای پایین بور استفاده شود - کابای و همکاران، . - 2004 استفاده از رزینهای تبادل یونی انتخابی بور، بر اساس منافذ درشت، هنوز هم بالاترین اهمیت را برای حذف بور از آب دارد.
هدف از این مطالعه بررسی کارایی رس مونت موریلونایت با نام تجاری کلوسیت در حذف بور از آب میباشد.
-2 مواد و روشها:
-1-2 بررسی خصوصیات نانو ذره رس مونت موری لونایت
برای تعیین ساختار کریستالی و صحت خصوصیات نانو ذرات و اندازه ذرات مونت موری لونایت از دستگاه پراش ایکس XRD مدل Unisantis xmd-300 استفاده شد. محاسبه اندازه کریستالی ذرات نانو از الگوهای پراش اشعه ایکس با توجه به رابطه شرر1 است، که به صورت زیر میباشد:
D اندازه کریستال بر حسب انگستروم، λ طول موج اشعه X برخوردی 1/5 - انگستروم - ، b پهنای یک ماکزیمم در نصف ارتفاع آن، 0/9 ضریب شکل و θ زاویه برخورد اشعه با سطح ذره است.
برای تعیین اندازه صحیح و ماهیت صحیح ذرات نانو رس مونت موری لونایت از دستگاه SEM مدل Tscan company استفاده شد.
برای نشان دادن نوع گروههای عاملی موجود در ذرات نانو از دستگاه FTIR مدل PerkinemlerspectrumGX استفاده شد. این گروههای عاملی یونها را جذب مینمایند. گروههای عاملی نقش مهمی در فرآیندهای جذب سطحی برعهده دارند. برای مشاهده درصد خلوص و نوع عناصر موجود جذب سطحی شده از آنالیز دستگاهی EDX مدل SiriusSD استفاده شد.
-2-2 بررسی اثر پهاش بر جذب بور
برای بررسی اثر پهاش در حذف بور، 25 سی سی از محلول 100 میلی گرم بر لیتر بور را در پ هاش 3، 4، 5، 6، 7و 8 تهیه کرده و به 0/025 گرم نانو ذره رس مونت موریلونایت اضافه شد. سپس 24 ساعت و در دمای 25 درجه سانتیگراد نمونهها در انکوباتور قرار داده و محلول تعادلی را سانتریفیوژ کرده و مایع شفاف رویی را با استفاده از کاغذ واتمن 42 صاف کرده و غلظت بور در مایع صاف شده با استفاده از روش رنگ سنجی آزومتین H و با دستگاه اسپکتروفتومتر و در طول موج 420 نانومتر غلظت بور قرائت گردید و درصد و میزان جذب بور را محاسبه کرده و پهاش بهینه جهت مطالعات ایزوترمی بدست آمد.
-3-2 بررسی اثر زمان تماس بر جذب بور
میزان حذف بور را در فواصل زمانی 10، 20، 30، 40، 50، 60، 90، 120، 180 و 1440دقیقه مورد مطالعه قرار داده شد و سایر شرایط همانند مرحله قبل اعمال شد.
-4-2 بررسی اثر غلظت جاذب بر جذب بور
مقادیر مختلف رس شامل غلظتهای 0/5، 1، 1/5، 2 و 2/5 و 3 گرم در لیتر را با 25 سی سی محلول 100 میلی گرم بر لیتر بور در لوله سانتریفیوژ ریخته و میزان جذب بور در غلظتهای مختلف جاذب اندازه گیری شد. ضمنا سایر شرایط همانند قسمت 2-2 انجام شد.
-5-2 تأثیر دما بر جذب بور و محاسبه ثابتهای ترمودینامیکی:
مطالعات حذف بور در دماهای کنترل شده 20،15، 25، 30، 35 و40 درجه سانتیگراد انجام شد و میزان جذب بور در دماهای فوق مورد بررسی قرار گرفت.
برای بررسی ماهیت جذب از معادله ترمودینامیکی استفاده میکنیم. ∆* - تغییرات انرژی آزاد گیبس - برای فرآیند جذب از معادله زیر محاسبه میشود:
∆* برابر با انرژی آزاد گیبس - کیلو ژول بر مول - ، R ثابت گازها میباشد و برابر با 8/314 ژول بر مول در درجه کلوین، T دما بر حسب کلوین و kc برابر با qe / ce میباشد
اگر در این معادله ∆Gœ منفی باشد واکنش خود به خودی است و اگر مثبت باشد واکنش برای انجام به انرژی نیاز دارد و واکنش غیر خود به خودی است و نیاز به محرک خارجی دارد. از آنجایی که ∆Gœ برابر است با:
در اینجا Hœ - کیلو ژول بر مول - برابر با تغییرات آنتالپی میباشد اگر منفی باشد واکنش گرمازا است، اگر مثبت باشد واکنش گرماگیر است، Sœ - ژول بر مول در کلوین - برابر با تغییرات آنتروپی میباشد، مثبت بودن آن نشان میدهد سیستم دارای حداکثر بی نظمی است
-6-2 بررسی ایزوترم جذب
ایزوترمهای جذب برابر با: جرم جذب شده از ماده جذب شونده به ازای واحد جرم ماده جاذب در دمای ثابت
در این مرحله وزن جاذب 0/05 گرم در 25 سی سی محلول جذب شونده حاوی بور و در زمان تماس جهت اطمینان از عمل تعادل، 10 دقیقه انتخاب شد و پهاش بهینه برای ذرات 8 تنظیم شد. سایر شرایط همانند قسمت 2-2 انجام شد.
