بخشی از مقاله
چکیده
فراهمی فلزات سنگین بستگی به توزیع این فلزات در فاز محلول و جامد خاک دارد که با همدماهای جذب بیان می شود. در این پژوهش همدماهای جذب سطحی کادمیم توسط زئولیت در حضور یا عدم حضور اسید هیومیک در دو حالت غیررقابتی و رقابتی - سرب - مورد بررسی قرار گرفت، کادمیم و سرب از منبع نیتراتی آن ها و در غلظت های0/3، 0/5، 0/9، 1/4، 2/2، 3/1 و 4 میلی مول بر لیتر و اسید هیومیک با دو سطح صفر و 0/2گرم بر لیتر، در محلول زمینه 0/01 مولار کلرید کلسیم تهیه شده، داده های جذب سطحی کادمیم با همدماهای جذب لانگ مویر، لانگ مویر2، فروندلیچ، ادی- هافستی، ردلیچ-پیترسون و تمکین برازش داده شد.
داده های حاصل از همه تیمار ها بهترین برازش را با معادله های فروندلیچ و تمکین با بالاترین ضریب تبیین و پایین ترین خطای استاندارد داشتند. معیار ظرفیت جذب کادمیم - - kf توسط زئولیت در حالت غیر رقابتی بیشتر از حالت رقابت با سرب بود. به طور کلی معیار ظرفیت جذب کادمیم در حضور اسید هیومیک بیشتر از شرایط عدم حضور این ماده بود. باتوجه به ارزان قیمت بودن و توانایی بالای جذب سطحی به نظر می رسد بتوان از زئولیت در آلودگی زدایی کادمیم استفاده نمود.
.1 مقدمه
در حال حاضرآلودگی خاک ها به فلزات سنگین، سبب شده تا سلامت انسان، سایر موجودات و بوم نظام های طبیعی را با خطرات جدی رو به رو نماید.[15] که این آلودگی ها به طورگسترده ای ناشی از فعالیت بشر به منظور استفاده از سوخت های فسیلی، فعالیت های کشاورزی، صنعتی، استخراج و ذوب فلزات و ورود پسماند ها و فاضلاب های شهری و صنعتی به محیط خاک می باشد
به منظور حذف فلزات سنگین می توان به روش هایی نظیر رسوب گذاری شیمیایی، فرایند های غشایی، تبخیر، استخراج با حلال، تبادل یون و جذب سطحی اشاره کرد.
امروزه پژوهش های زیادی در جهت استفاده از انواع جاذب ها به دلیل خاصیت جذب سطحی و تبادل یونی آن ها در حال انجام است، یکی از این جاذب ها زئولیت بوده که از خانواده آلومینوسیلیکات های هیدراته فلزات قلیایی و قلیایی خاکی می باشد .
با توجه به ساختار ویژه فضایی، ظرفیت تبادل کاتیونی بالا، پایداری شیمیایی، حرارتی و فیزیکی، قیمت پایین و توزیع فراوان آن در دنیا مورد توجه زیادی قرار گرفته است، ویژگی دیگر زئولیت، حفرات وکانال های آن می باشد که سبب ایجاد پدیده جذب گزینشی یعنی جذب یک یون یا مولکول خاص در حضور گونه های دیگر می شود.
ویژگی های ذکرشده سبب شده که زئولیت ها به عنوان جاذب مناسبی برای حذف انواع فلزات سنگین مطرح شود که در این میان باتوجه به خاصیت گزینش پذیری آن برای یون های مختلف می توان اثر رقابتی سرب و کادمیم در جذب بوسیله زئولیت را نیز با همدماهای جذب برآورد نمود. اسید هیومیک یک پلیمر طبیعی، که دارای موضع های H+ مربوط به عامل های اسیدی کربوکسیل بنزوئیک و فنولی به منظور تبادل یونی می باشد
همدماهای جذب سطحی به راحتی جذب سطحی مواد حل شده توسط جامدات در دمای ثابت را به صورت واحد های کمی توصیف می کنند. یک همدمای جذب سطحی نشان دهنده ی مقدار جذب شونده است که توسط جذب کننده و به عنوان تابعی از غلظت تعادلی جذب شونده، جذب سطحی می شود
از این رو همدماهای جذب، در تعیین جذب و نگهداری مواد شیمیایی در خاک و ارزیابی و مدیریت مناطق آلوده کاربردی گسترده دارند.[10] هدف از انجام این پژوهش بررسی کارایی زئولیت در جذب سطحی کادمیم در شرایط رقابتی و غیر رقابتی و در حضور یا عدم حضور هیومیک اسید می باشد.
.2 تئوری و پیشینه تحقیق
کادمیم یک فلز سنگین و سمی با قابلیت تحرک بالادر محیط است که سبب آلودگی و به خطر افتادن سلامت محیط زیست می شود.[12]که طبق پژوهش های صورت گرفته در جهت استفاده از انواع جاذب ها، در تحقیقی از دو نوع زئولیت طبیعی اسلوواکی و فرم اصلاح شده آن برای حذف کادمیم استفاده شد، که زئولیت طبیعی دارای تمایل کم برای جذب کادمیم و تمایل زیاد برای جذب سرب بود. در حالی که پس از اصلاح تمایل زئولیت برای جذب کادمیم به طور قابل توجهی افزایش یافت
در تحقیقی دیگر بیان کردند با افزایش کاربرد زئولیت میزان کادمیم در محلول خاک به طور قابل توجهی کاهش می یابد.[7] پس به طور کلی زئولیت ها قادر به جذب گازها[3] و عناصر[9] مختلف می باشند. از این رو شش مدل به منظور بررسی جذب سطحی کادمیم مورد ارزیابی قرار گرفت، که شامل همدماهای لانگ مویر، لانگ مویر2، فروندلیچ، ادی - هافستی، ردلیچ -پیترسون و تمکین می باشد که شکل خطی شده این مدل ها به ترتیب به صورت ذیل است.
که در این معادله و سایر معادلات ذیل qe برابر با مقدار کادمیم جذب شده و ce برابر با غلظت تعادلی کادمیم می باشد. KL ثابت لانگ مویر بوده که در ارتباط با انرژی جذب می باشد و qm برابر با حداکثر ظرفیت جذب می باشد.
.3 مواد و روش ها
برای مطالعه توانایی زئولیت در جذب سطحی کادمیم، 40 میلی لیتر از محلول 0/01مولار کلرید کلسیم حاوی غلظت های 0/3، 0/5، 0/9، 1/4، 2/2، 3/1، 4 میلی مول بر لیتر کادمیم از منبع نیترات کادمیم و در تیمار های رقابتی کادمیم و سرب از منبع نیترات کادمیم و سرب استفاده شده و غلظت برابر با صفر - بدون اسید هیومیک - و یا 0/2گرم بر لیتر اسید هیومیک محلول های حاوی کادمیم به لوله های سانتریفوژ 50 میلی لیتری حاوی 2 گرم زئولیت افزوده شد.
محلول 0/01مولار کلرید کلسیم برای تنظیم قدرت یونی به عنوان محلول زمینه استفاده شد. نمونه ها پس از 24 ساعت تکان دادن در دمای 25 درجه سانتی گراد در شیکر، بلافاصله به مدت 15 دقیقه سانتریفوژ شده و مایع رویی از کاغذ صافی گذرانده شد. این فرایند برای هر غلظت در هر تیمار، در دو تکرار انجام گرفت. پس از به هم زدن نمونه ها غلظت کادمیم در عصاره ها توسط دستگاه جذب اتمی اندازه گیری شد، سپس مقدار کادمیم جذب شده توسط زئولیت از تفاوت غلظت کادمیم در محلول اولیه و تعادلی محاسبه گردید.
.4 نتایج و بحث
مقدار ضریب تبیین و خطای استاندارد معادله های لانگ مویر، لانگ مویر2، فروندلیچ، ادی-هافستی، ردلیچ -پیترسون، تمکین برای داده های مربوط به تیمارهای مختلف در جدول 1 نشان داده شده است. بر اساس نتایج، در تیمار غیر رقابتی کادمیم، بجز معادله های لانگ مویر، ادی- هافستی و ردلیچ- پیترسون بقیه معادله ها دارای ضریب تبیین نسبتا خوبی بوده اند، فروندلیچ و تمکین با بالاترین ضرایب تبیین و پایین ترین خطای استاندارد بهترین برازش را با داده ها داشتند.
در تیمار کادمیم و اسید هیومیک - غیر رقابتی - بجز معادله های لانگ مویر، ادی- هافستی و ردلیچ پیترسون بقیه معادله ها دارای ضریب تبیین بالایی بوده که درمیان آنها معادله های فروندلیچ و تمکین با ضرایب تبیین بالا و خطای استاندارد کمتر بهترین برازش را با داده ها داشتند. در تیمار کادمیم با رقابت سرب نیز معادله های فروندلیچ و تمکین با بالاترین ضریب تبیین و پایین ترین خطای استاندارد بهترین برازش را با داده ها داشتند.
در تیمار کادمیم و اسید هیومیک با رقابت سرب بجز معادله های لانگ مویر، ادی- هافستی و ردلیچ- پیترسون بقیه معادله ها دارای ضریب تبیین بالایی بوده که در میان آنها معادله های فروندلیچ و تمکین با خطای استاندارد کمتر بهترین برازش را با داده ها داشتند. بطور کلی در بین معادله های برازش داده شده به داده های مربوط به جذب سطحی کادمیم، کادمیم در حضور اسید هیومیک، کادمیم در حضور سرب و همچنین کادمیم در حضور سرب
و اسید هیومیک به وسیله زئولیت، معادله های فروندلیچ و تمکین دارای بهترین برازش می باشند. تعیین معیار ظرفیت جذب - kf - کادمیم - منتج از معادله فروندلیچ - توسط زئولیت در تیمارهای مختلف نشان داد ظرفیت جذب کادمیم در حالت غیر رقابتی بیشتر از حالت رقابت با سرب بوده که احتمالا به دلیل اشغال شدن بخشی از مکان های جذب توسط سرب بوده است. - داده ها ارائه نشده است - ظرفیت جذب کادمیم در حضور اسید هیومیک بیشتر از عدم حضور آن بود. به نظر می رسد اسید هیومیک به دلیل دارا بودن مکان های جذبی، سبب افزایش در ظرفیت جذب کادمیم شده است. نظر به توانایی زئولیت در جذب سطحی کادمیم و با توجه به قیمت پایین و در دسترس بودن این ماده به نظر می رسد می توان از آن در آلودگی زدایی کادمیم بهره برد.
