بخشی از مقاله
چکیده
زمینه و هدف: آلودگی آب به فلزات سنگین، تهدیدی جدی برای محیطزیست و سلامت بشر است. یافتن روشی مؤثر و ارزان قیمت برای پالایش این فلزات از آب اهمیت فراوانی دارد. از اینرو، هدف از انجام این پژوهش، استفاده از جاذب ارزان قیمت پودر سنگ مرمر در حذف فلز مس از پساب میباشد. در این مطالعه تجربی آزمایشات جذب سطحی ناپیوسته برای حذف فلز مس انجام گرفت. پودر سنگ مرمر از زائدات کارگاههای سنگبری کاشان تهیه و سپس آسیاب شد و در محدوده مش 0/063 میلی متر دانهبندی گردید.
اثر متغیرهای غلظت اولیه فلز سنگین، pH اولیه محلول، زمان تماس، مقدار جاذب بر حذف فلز با استفاده از ماتریس متعامد L16 روش تاگوچی بهینه شد. آنالیز و تفسیر دادهها با نرمافزار مینی تب 17 انجام شد. غلظت باقیمانده فلز مس توسط دستگاه جذب اتمی اندازهگیری گردید.
نتایج دادهها در مدل تاگوچی نشان داد، دوز جاذب 0/5گرم در لیتر پودر سنگ مرمر، pH برابر 7، زمان تماس150 دقیقه و غلظت اولیه فلز 500 میلیگرم در لیتر شرایط بهینه در فرایند جذب فلز مس با جاذب پودر سنگ مرمر میباشد. نتایج همچنین نشان داد که جاذب تهیه شده بیش از 99 درصد در حذف فلز کارایی داشت. علاوه براین، نتایج نشان داد حداکثر مقدار نسبت سیگنال به نویز برابر 39/98 و همچنین حداکثر میانگین درصد حذف 99/07 درصد میباشد. بهطور کلی نتایج این پژوهش نشان داد که پودر سنگ مرمر بهعنوان یک جاذب بدون هزینه، بدون ایجاد آلاینده ثانویه، میتواند بهعنوان گزینه مناسب در حذف مس از محیطهای آبی مد نظر قرار بگیرد.
مقدمه
افزایش میزان فلزات سنگین در منابع آب سبب بروز مشکلات جدی برای سلامت انسان و اکوسیستمهای طبیعی شده است؛ زیرا این دسته از فلزات بسیار پایدار بوده و قابلیت تجمع در بدن موجودات زنده را دارند. پسابهای صنعتی بهعنوان منشأ اصلی ورود فلزات سنگین به محیطهای آبی شناخته شدهاند. از مهمترین این صنایع میتوان به معدن کاوی، رنگسازی، آبکاری، نساجی و پالایشگاهها اشاره نمود
تاکنون روشهای مختلفی بهمنظور تصفیه پسابهای صنعتی و حذف فلزات سنگین بهکار گرفته شده است که از مهمترین آنها، میتوان به فرایند تبادل یونی، اسمز معکوس، ترسیب، نانو فیلتراسیون، هماوری و انعقاد و استفاده از جاذبها اشاره نمود. فرایند جذب فلزات سنگین توسط جاذبها فرایندی فیزیکو شیمیایی است که بهدلیل سادگی و ارزان بودن نسبت به سایر روشها، بهطور گستردهای مورد استفاده قرار گرفته است
در سالهای اخیر استفاده از جاذبهای ارزان قیمت مورد توجه بسیاری از محققین قرار گرفته است. جاذبهای ارزان قیمت جاذبهایی هستند که به فراوانی یافت شده و در دسترس میباشند و هزینه آمادهسازی آنها بسیار پایین میباشد. این جاذبها عمدتا از مواد زائد حاصل از فعالیتهای صنعتی و بهخصوص کشاورزی تهیه میشوند؛ و از سوی دیگر انواع مختلفی از مواد طبیعی معدنی و آلی را در بر میگیرند
یکی از روشهایی که در سالهای اخیر توسعه یافته است، استفاده ازجاذبهای معدنی نظیر کائولینیت، بنتونیت، زئولیت، ورمیکولیت و.... میباشد - . - 11 حجم تولید ضایعات سنگ مرمر در صنایع سنگبری کشور زیاد است. بنابر این میتوان ضایعات سنگ مرمر را تقریبا بدون پرداخت هزینه تهیه و استفاده نمود.
هدف از این تحقیق، بررسی امکان استفاده از ضایعات پودر سنگ مرمر ناشی از صنایع سنگبری، در تعیین ظرفیت جذب سطحی فلز مس محلول در آب است.
مواد و روشها
سنگ مرمر مورد نیاز از ضایعات معدنی تهیه شد و بهعنوان جاذب جهت حذف مس مورد استفاده قرار گرفت. نمونه آماده شده، آسیاب شد و در محدوده مش 0/063 میلیمتر دانهبندی گردید. برای حذف ناخالصیهای اولیه، پوکه معدنی چندین بار با آب مقطر شسته شد و به مدت دو ساعت در دمای 125 درجه سانتیگراد توسط آون حرارت داده شد.
بهمنظور انجام آزمایشات، ابتدا محلول مس با غلظت 1000 میلیگرم در لیتر با حل کردن 3/802 گرم از نیترات مس با افزودن چند قطره اسید نیتریک و سپس آب مقطر بدون یون تهیه شد و بهعنوان محلول مادر استفاده گردید. سپس محلول یون مس در غلظتهای مختلف تهیه گردید. pH محلول با استفاده از سود1 و اسید کلریدریک2تنظیم شد.
در طول زمان واکنش محتویات ظرف روی شیکر با سرعت 150 دور بر دقیقه قرار داده شدند و بعد از اتمام زمان واکنش، جاذب بهوسیله کاغذ صافی واتمن شماره 42 جدا شد و غلظت مس در محلول با استفاده از دستگاه جذب اتمی مدل جی بی سی3 ساخت انگلستان در حداکثر طول موج جذب مس برابر 327/4 اندازهگیری شد و راندمان حذف یون مس توسط درصد تغییر غلظت فلز در محلول قبل و بعد از اضافه شدن جاذب و مقدار فلز جذب شده به ازای واحد وزن جاذب محاسبه شد.
در این مطالعه رویکرد آماری آنالیز میانگین برای تعیین شرایط بهینه اجرا شده است. پارامترهای مورد بررسی در این پژوهش شامل مقدار غلظت اولیه مس 300 - ،500،1000، 100میلیگرم در لیتر - ، زمان واکنش 60 - ،90،120،150 دقیقه - ، 7 - pH،5،3، - 1 و مقدار جاذب 0/05 - ، 0/25، 0/5، 1 گرم در لیتر - میباشد. طرح آزمایشات براساس روش تاگوچی4 انجام شد که براساس آن عوامل موثر در آزمایشها به دو دسته کنترلپذیر - عوامل سیگنال و غیر قابل کنترل - عوامل اغتشاش یا نویز - 6 تقسیم میشوند.
در این روش از تحلیل نسبت سیگنال به نویز7 برای دستیابی به پاسخ بهینه استفاده میگردد. از آنجا که در این تحقیق پاسخ در نظر گرفته شده درصد حذف فلز بود، بنابر این هدف، بیشینهسازی پاسخ بود و نسبت سیگنال به نویز تعیین شد. هر چه نسبت سیگنال به نویز بیشتر باشد، راندمان حذف فلز نیز بهتر است و اطمینان به وجود میآید که اثرعوامل اغتشاش در مقایسه با اثر عوامل اصلی حداقل است و پاسخ نهایی کمترین حساسیت را نسبت به عوامل غیرقابل کنترل دارد - . - 1 تمام آزمایشهای جذب فلز توسط جاذب، بهطور ناپیوسته انجام شدند. چهار عامل و هرکدام با چهار سطح برای تعیین شرایط بهینه حذف فلز در نظر گرفته شد. عوامل و سطوح در نظر گرفته شده در طراحی آزمایشها در جدول - 1 - نمایش داده شده است.
جدول : - 1 - فاکتورهای قابل کنترل و سطوح آنها جهت بهینهسازی حذف فلز مس
نتایج
جدول - 2 - نتایج بدست آمده و مقادیر مربوط به سیگنال به نویز هر کدام از آزمایشات را نشان میدهد. این نتایج نشان میدهد که آزمایش 12 دارای حداکثر مقدار نسبت سیگنال به نویز برابر 39/98 و همچنین حداکثر میانگین درصد حذف 99/07 درصد میباشد. نمودار - 1 - نشان دهنده مقادیر میانگین سیگنال به نویز برای سطوح موجود در بهینهسازی حذف فلز مس میباشد.
یکی از مهمترین پارامترهای جذب سطحی فلز، pH محلول میباشد. نمودار - 1، - A نشان میدهد که با نسبت سیگنال به نویز بهتر، pH بهینه جهت حذف فلز برابر با 7 به دست آمده است.
بررسی اثر زمان تماس بر روی نسبت سیگنال به نویز در نمودار 1 - ، - B، نشان میدهد که جذب فلز در زمان 150 دقیقه پس از شروع واکنش به تعادل میرسد. با توجه به نمودار 1 - ، C - ، با افزایش مقدار جاذب میزان حذف فلز افزایش یافته، همچنین نسبت سیگنال به نویز نیز از مقدار 32/96 برای مقدار جاذب 0/05 گرم به 39/91 گرم برای مقدار جاذب 0/5 گرم افزایش پیدا میکند. بنابراین مقدار جاذب 0/5گرم بهعنوان حد بهینه انتخاب گردید. مطابق با نمودار 1 - ، - D، مقدار غلظت 500 میلیگرم بر لیتر بهعنوان غلظت بهینه انتخاب گردید.
جدول : - 2 - آزمایشهای طراحی شده به روش تاگوچی، مقادیر میانگین حذف مس و نسبت S/N در هر آزمایش
