بخشی از مقاله
چکیده
سرب و کروم - VI - از جمله فلزات سنگین در پساب صنایع هستند که برای انسان و محیط زیست بسیار سمی وخطرناک می باشند. هدف از انجام این تحقیق ، مروری بر نتایج حاصله از بررسی حدف عناصر سرب و کروم - VI - توسط نانوذرات آهن صفر ظرفیتی از محیط های آبی است . در این مطالعه سه عامل اثرگذار بر حدف آلایندههای فوق شامل pH محلول، زمان تماس و غلظت اولیه جاذب ، مورد بررسی قرار گرفت.
نتایج نشان داد که pH بهینه محلول برای جذب و حدف عناصر سرب و کروم - VI - توسط نانوذرات آهن صفر ظرفیتی، بترتیب 5 و 6 میباشد. بهترین زمان تماس آلاینده ها با نانوذرات آهن صفر ظرفیتی نیز به ترتیب برای سرب و کروم 15-40 دقیقه گزارش شده است . در نهایت غلظت اولیه جاذب برای حذف آلاینده های فوق به ترتیب 5 و 1 گرم در لیتر برای سرب و کروم گزارش شد ه است.
مقدمه
آبهای زیرزمینی از منابع مهم آشامیدنی هستند که آب های با کیفیت را فراهم می نمایند. در مناطق خشک و نیمه
خشکی همانند ایران، منابع آب های زیرزمینی به عنوان مهمترین منبع تامین آب شرب و کشاورزی محسوب میشود
براساس گزارش سازمان بهداشت جهانی، آلودگی آب منجر به مرگ بیش از 3/5 میلیون نفر در سال در جهان شده که وجود فلزات سنگین در این آب ها بدلیل سمیت زیاد و غیرقابل زیست تجزیه پذیری، آلودگی آنها را تشدید کرده است
در میان فلزات سنگین مختلف، سرب و کروم - VI - جز معمولترین و سمیترین آلایندهها هستند که درباره هر کدام به اختصار بحث میگردد:
سرب-سرب از طریق فعالیت های صنعتی مختلف، مانند آبکاری فلزات، تولید رنگ، ساخت باطری و مهمات، معدن کاوی و اتومیبل سازی وارد آبهای طبیعی می شود
سرب از طریق تنفس، خوردن و تماس با پوست وارد بدن میشود. این عنصر عمدتا در استخوانها، مغز، کلیه و ماهیچهها تجمع یافته و سپس اختلالهای خطرناکی مانند کمخونی، بیماریهای کلیوی و اختلال عصبی و حتی مرگ را موجب می گردد. سرب می تواند جایگزین کلسیم شود که عنصری ضروری برای محکم شدن استخوان و دندان است
حد مجاز سرب در آب های آشامیدنی توسط اتحادیه اروپا، سازمان بهداشت جهانی و موسسه استاندارد 0.01 میلی گرم در لیتر تعیین شده است
کروم-
کروم به دو گونه عمده - III - و - VI - ظرفیتی میباشد که کروم - VI - با توجه به حلالیت بالا و تحرک زیاد برعکس کروم - III - ، بسیار سمی و سرطان زا است در حالی که کروم - III - بعنوان ریزمغذی ضروری برای گیاهان و حیوانات مورد استفاده میباشد . - Srivastava et al. 2015 - استفاده گسترده و همه جانبه کروم در صنایع مختلف از قبیل آبکاری، چرم، رنگ، تولید خمیر کاغذ، حفاظت چوب و تولید آلیاژ بکار می رود و بدلیل کارایی بالای کروم، مقدار زیادی از آن وارد آب، هوا و خاک میشود - . - Chen et al. 2015 سازمان بهداشت جهانی - WHO - و اداره حفاظت محیط زیست ایالات متحده امریکا - USEPA - مقدار مجاز کروم را از 50 تا 100 PPM برای آب آشامیدنی مجاز دانستند
بنابراین بدلیل سمیتهای سرب و کروم، حذف آنها از آب و فاضلاب برای سلامت عموم و محیط زیست ضروری است . روشهای بسیاری برای تصفیه فاضلاب های حاوی فلزات سنگین شامل رسوب دهی شیمیایی، اسمز معکوس، تبادل یونی، اکسیداسیون، الکترولیز و جذب بکار گرفته شده است
درمیان روش های گفته شده، جذب بعنوان فرآیندی موفق بدلیل صرفه اقتصادی برای حذف سرب و کروم بسیار مورد توجه قرار گرفته است. در سالهای اخیر نانوذرات آهن اصلاح شده، با اندازه کمتر از 100 نانومتر توجه زیادی را به خود جلب کردهاند. نانوذرات آهن اصلاح شده، انرژی سطحی زیاد و واکنش پذیری بالایی دارند که این امر ناشی از سطح ویژه بالای آنهاست
تاکنون از نانوذرات آهن اصلاح شده برای حذف بسیاری از آلایندههای محیط زیستی مانند حلالهای کلرینه، کادمیم و آرسنیک از محلولهای آبی استفاده شده است
ویژگیهای فیزیک و شیمیایی نانوذرات آهن صفر ظرفیتی و خصوصیات احیاکنندگی بالایشان منجر به
استفاده از آن ها در حذف سریع آلاینده های محیط زیست شده است اما دربرخی موا قع، نانوذرات به دلیل نیروهای واندروالسی و نیروهای جاذبه بین ذرات ، مجتع شده و قدرت پالایش آنها کاهش می یابد
در نتیجه افزایش پایداری سوسپانسیون نانوذرات یکی از عوامل کلیدی بر افزایش واکنش پذیری نانو ذرات است . تاکنون از پایدارکنندههای مختلف مانند نشاسته، کربوکسی متیل و سلوز، زئولیت، گوارگام و بنتونیت برای پایدارسازی سوسپانسیون نانوذرات آهن صفر ظرفیتی استفاده شده است
پلی اکریلیک اسید قابل حل در آب بوده و از لحاظ زیست محیطی هیچ گونه آلودگی ایجاد نمی کند - رمضانپور
وهمکاران.. - 1391 ریکودوری و همکاران در سال 2010 دریک پژوهش از پلی اکریلیک اسید برای پایدارسازی
نانوذرات آهن صفرظرفیتی استفاده کردند و نتیجه گرفتند که پلی اکریلیک اسید توان زیادی در افزیش پای داری
نانوذرات ازخود نشان می دهد.
به عبارت دیگر مطالب ارائه شده در این مقاله مخلصی از مقالات برجسته منتشر شده در این زمینه می باشد که به طور دقیق بررسی شده اند و به خوبی توانمندی فناوری نانوذرات در حذف آلودگی های آبهای زیرزمینی را نشان میدهد.
نتایج و بحث
در منابع مختلف برای حذف سرب و کر وم بترتیب از نانوذرات آهن اصلاح شده با پوشش پلی اکریلیک اسید PAA- - 1 - nzvi و بنتونیت غنی شده با نانوذرات آهن صفر ظرفیتی - B-nzvi - 2 استفاده شده است . با توجه به آزمایش های سینتیک جذب برای حذف سرب و کروم ، سه عامل اصلی اثر pH بر حذف سرب وکروم، اثر زمان تماس بر حذف سرب و کروم و مقدار غلظت اولیه نانوذرات آهن موثر بر حذف سرب و کروم بررسی گردیده است.
اثر pH بر حذف سرب و کروم
نتایج منتشر شده در منابع مختلف نشان داده که PAA-nzvi در pH های پایین کارایی کمتری در پالایش سرب دارند بطوریکه در pH برابر 2 در کمترین حد خود یعنی 66/5 درصد بوده است . با افزایش pH از 2 تا 5، میزان بازده حذف سرب افزایش یافته و به حداکثر خود یعنی 93/5 درصد می رسد. بنابراین pH برابر 5 بعنوان pH بهینه برای حذف سرب انتخاب شد
حذف کروم - VI - در دامنه pH بین 2 تا 6 برای جاذب B-nzvi گزارش شده است و پس از آن با افزایش pH مقدار جذب کاهش مییابد
کارایی حذف سرب و کروم بترتیب در 5 pH و 6 به حداکثر می رسد . درحالی که در pH های بالاتر ضخامت لایه دوگانه بین محلول و جاذب افزایش مییابد که منجر به کاهش حذف سرب و کروم توسط نانوذرات میگردد
اثر زمان تماس
تاثیر زمان تماس واکنش - از 0 تا 120 دقیقه - بر کارایی حذف سرب توسط PAA-nzvi در محلولی با pH برابر 5، غلظت اولیه نانوذرات 2 گرم در لیتر و غلظت اولیه آلاینده 10میلی گرم بر لیتر انجام گرفت. در ابتدای واکنش، مشاهده گردید میزان کارایی حذف سرب صفر بود که با گذشت 2 قیقه به47.75 درصد رسید. با گذشت زمان میزان کارایی حذف سرب افزایش یافت . تا اینکه در 15 دقیقه پس از واکنش سرب با ذرات مقدار کارایی حذف به 92.50 درصد رسید و پس از آن هیچ گونه تغییری نکرد . از این رو 15 دقیقه زمان بهینه واکنش انتخاب شد
برای کروم هم با افزایش زمان ، میزان جذب روند صعودی داشت و سپس این افزایش کند و واکنش به تعادل رسید . پس از گذشت 240 دقیقه فرآیند جذب کروم توسط B-nzvi به تعادل رسید . در پژوهشی دیگر که با جاذب نانوذرات آهن اصلاح شده با هیدروکسی آپاتیت انجام شده بود مشاهده شد که کارایی حذف با افزایش زمان تماس افزایش می-یابد بطوریکه با افزایش زمان تماس از 10 تا 40 دقیقه راندمان جذب یون کروم از 94 درصد به 98.39 درصد میرسد. با افزایش زمان تماس بیش از 40 دقیقه راندمان حذف تغییری نمی کند. بطور کلی با افزیش زمان واکنش، زمان تماس میان یون های آلاینده و نانوذرات افزایش یافته و یون ها فرصت بیشتری برای اتصال به مکان های جذب موجود بر سطوح ذرات دارند.
