بخشی از مقاله
چکیده
در سالهای اخیر، رنگهای راکتیو، به دلیل کارایی ویژه به طور گسترده در صنایع نساجی مورد استفاده قرار گرفته اند، اما تخلیه پسابهای چنین رنگهایی به منابع آبی، به دلیل ویژگی های سرطانزایی، جهش زایی، ماهیت سمی و ایجاد رنگ در آب می تواند آثار زیانباری بر محیط زیست بر جای گذارد. جذب به عنوان روشی مؤثر در تصفیه پساب های رنگی مطرح است.
در این تحقیق از پوسته تخم مرغ به عنوان یک جاذب طبیعی جهت حذف رنگ راکتیو قرمز 198 از محلول های آبی استفاده شده است. جهت تعیین شرایط بهینه حذف رنگ، 4 فاکتور : اثرpH ، زمان تماس، دما و مقدار جاذب با طراحی آزمایش تاگوچی مورد ارزیابی قرار گرفتند. نتایج بدست آمده نشان میدهدکه پوسته تخم مرغ یک جاذب مناسب برای حذف رنگ صنعتی راکتیو قرمز 198 می باشد و مقادیر بهینه برای حذف این رنگ pH=5 ، زمان تماس 99min ، دمای 69 ºC و مقدار جاذب 3g است. اثر اصلی فاکتورها در این تحقیق به ترتیب pH، مقدار جاذب، زمان تماس و دما ارزیابی شدند.
-8 مقدمه
ترکیبات رنگی یکی از بحرانی ترین آلاینده ها برای اکوسیستم های طبیعی هستند. تخلیه فاضلاب های رنگی حاصل از عملکرد صنایع نساجی به آب های پذیرنده، منجر به کاهش نفوذ نور خورشید، بروز پدیده اتروفیکاسیون و تداخل در اکولوژی آب های پذیرنده شده که ضمن اثر بر شدت فتوسنتز گیاهان آبزی و جلبک ها در محیط های آبی، باعث آسیب به محیط زیست می شود - قانعیان، . - 1399 بنابراین حذف رنگ از پساب های صنعتی، به خصوص کارخانجات نساجی و رنگرزی همواره از اقدامات مهم برای کنترل آلودگی های آنها است.
- کافی، . - 1388 صنعت نساجی یکی از بزرگترین صنایع مصرف کننده آب در جهان، فاضلاب حاوی آلودگی های گوناگون مانند مواد آلی، رنگ ها و مواد مغذی را به محیط تخلیه می کند. این آلودگی ها در مراحل مختلف تولید مانند شست و شو، آهارزنی، آهارزدایی، سفیدگری، رنگرزی، چاپ و عملیات تکمیلی بوجود می آیند - Wouter, 1998, 323-335 & . - Somasiri, 2007, 3692-3699 بررسی ها نشان داده است که 15-29 درصد رنگ مصرفی در این صنایع به جریان فاضلاب وارد می شود . - Asilian, 2010, 93-102 -
مواد رنگی فاضلاب های صنعتی به دلیل سمی بودن بر روی موجودات آبزی و اختلال در کارایی سیستم های طبیعی تصفیه فاضلاب مورد توجه هستند زیرا ورود فاضلاب های رنگی به محیط های آبی به جلوگیری یا کاهش فرآیندهای فتوسنتزی منجر می شود . - Golka, 2004, 203-10 - رنگ ها بر اساس ساختار شیمیایی یا گروه های عاملی رنگ به 29-39 گروه تقسیم می شوند که مهمترین آنها آزو، آنتراکوئینون، فتالوسیانین و تری آریلن اتان هستند . - Dos, 2007, 2369-85 - رنگ های راکتیو معمولاً کروموفورهای بر پایه آزو هستند که با انواع مختلفی از گروه های راکتیو ترکیب شده اند.
این رنگ ها دارای رنگ روشن، تکنیک های کاربردی آسان و مصرف انرژی پایین بوده اند و به میزان وسیعی در صنعت نساجی مورد استفاده قرار می گیرند. از آنجایی که رنگ ها پایدار و عمدتاً سرطان زا و سمی هستند، آزادسازی آنها به محیط، مشکلات زیست محیطی، زیبا شناختی و بهداشتی را بوجود می آورند . - Andrade, 2007, 2035- 43 & Lee, 2004, 1838-52 - حضور آلاینده های رنگی حتی در مقادیر کمتر از 1 میلی گرم در لیتر، از نظر ظاهری قابل روئیت و مهم می باشند . - Nilsson, 2006, 94-100 - بنابراین آلاینده های رنگی فاضلاب این صنایع قبل از تخلیه به محیط زیست باید به نحو مطلوبی تصفیه شوند .
- Mohorcic, 2006, 1709-1717 - رنگ راکتیو قرمز 198 از جمله رنگ های آنیونی بوده که حاوی دو گروه عاملی محکم در مقایسه با سایر رنگ های راکتیو است و به طور گسترده در صنایع نساجی مورد استفاده قرار می گیرد . - Carneiro, 2010, 694-9 - خصوصیات این رنگزا در جدول - ب- - 1 نشان داده شده است . - Moussavi, 2009, 806-12 - تخلیه پساب های تصفیه نشده و یا با تصفیه ناکافی حاوی مواد رنگزا می تواند باعث اختلالاتی در محیط زیست شود. این رنگها عموماً با فیبرهای نساجی نظیر کتان پیوند کووالانسی برقرار می کنند و به دلیل قابلیت تجزیه پذیری کم و استفاده گسترده از آنها، سبب تأثیراتی بر فرآیند های متداول تصفیه پساب نساجی در چند دهه اخیر شده است. - Khaled, 2009, 210-232 & Yu, 2010, 83-91 -
روش های شیمیایی و فیزیکی زیادی نظیر انعقاد شیمیایی، اکسیداسیون، جداسازی غشایی و روش های متداول بیولوژیکی برای حذف مواد رنگزا از پساب صنایع نساجی مورد بررسی قرار گرفته اند. هر چند این روش های بیولوژیکی و شیمیایی روش های مؤثری در حذف مواد رنگزا می باشند اما نیازمند تجهیزات و انرژی زیادی بوده، یا فاقد توجیه اقتصادی می باشند و اغلب باعث تولید محصولات جانبی نا مطلوبی می گردند . - Gong, 2007, 1319-1323 - امروزه فرآیند جذب سطحی به عنوان گزینه ای جهت حذف بهینه مواد رنگزا در محصول های آبی مطرح است.
این روش توانایی حذف ترکیبات آلی و غیرآلی نظیرفلزات، مواد رنگزا و ترکیبات تولید کننده بو را دارا می باشند . - Hii, 2009, 625-631 - جذب سطحی فرآیندی است که در آن اتم ها، یون ها و یا مولکول های یک گاز، مایع و یا جامد به یک سطح متصل می شوند . - Robert, 1993, 15-25 - ماهیت دقیق این اتصال به جزئیات گونه های درگیر در فرآیند جذب بستگی دارد . - Anderw, 2009, 931-938 -
در سال های اخیر کاربرد جاذب های ارزان قیمت توسعه یافته است. پوسته تخم مرغ - شکل الف- - 1 یکی از جاذب های ارزان قیمت می باشد که متشکل از کلسیم هیدروکسی آپاتیت بوده و به دلیل ساختار حفره ای می تواند به عنوان یک جاذب مناسب جهت حذف آلاینده های زیست محیطی مورد استفاده قرار گیرد. ساختار این ماده دارای 4 درصد ترکیبات آلی، 94 درصد کربنات کلسیم و 2 درصد باقیمانده شامل فسفات کلسیم و کربنات منیزیم می باشد . - Dong, 2007, 344-351
. - & Abdel-salam, 2006, 35-42 & Tsai, 2006, 488-493 با توجه به اینکه محققین درصدد استفاده از روش هایی برای صرفه جویی در زمان و هزینه های آزمایشگاهی می باشند، با استفاده از طراحی آزمایش1 می توان حل مشکلات و بهینه سازی تولید یا فرآیند یک پروژه را بطور موفقیت آمیزی انجام داد. روش طراحی آزمایش یک روش سیستماتیک و کارآمد برای آنالیز و بهینه سازی می باشد که علاوه بر سهولت مراحل تولید، باعث ارتقاء سطح اطمینان و بهبود عملکرد سیستم می شود.
این روش ها می توانند طراحی و توسعه محصول و فعالیت های مرتبط با حل مشکلات را به میزان قابل توجهی بهبود بخشند - Wily-VCH, 2003, . - Vol. 10; Taguchi, 1987, Vol.1 طراحی آزمایش به روش تاگوچی، به دلیل سهولت کاربرد برای بهینه سازی فرآیندهای مهندسی بکارگرفته می شود . - Roy, 2001 - در روش طراحی آزمایش، بطور آگاهانه در متغیرهای ورودی فرآیند تغییراتی داده می شود، تا از این طریق میزان تغییرات حاصل در پاسخ فرآیند مشاهده و شناسایی شود. به عبارت دیگر روش طراحی آزمایش ها، از روش های مفیدی است که به وسیله آن می توان متغیرهای کلیدی را که بر مشخصه کیفی مورد نظر فرآیند اثر می گذارند شناسایی نمود.
با بکارگیری این روش می توان عامل های ورودی قابل کنترل را به طور سیستماتیک تغییر داد و اثرات آنها را بر روی پارامترهای خروجی ارزیابی نمود . - Dias, 1986 - هدف از بکارگیری روش تاگوچی در طراحی، تعیین پارامترهای مؤثر در طراحی و مطالعه تغییرات فرآیند نسبت به تغییرات این پارامترهاست. در واقع هدف از انجام آزمایش، تعیین سطوحی از عوامل قابل کنترل جهت دست یابی به بالاترین راندمان است . - Nam -Ng, 1995 - این مطالعه با هدف بررسی کارایی پوسته تخم مرغ در حذف رنگ راکتیو قرمز 198 از محلول های آبی به روش طراحی آزمایش تاگوچی انجام گرفته است.
-2 جذب سطحی
پدیده جذب سطحی در فرآیند های خالص سازی و جداسازی مورد استفاده قرار می گیرد . - Abdeli, 2009, 260-267 - در عمل جذب سطحی نیروهای مختلفی اعم از فیزیکی و شیمیایی مؤثرند و مقدار آن به طبیعت ماده جذب شونده و جسم جاذب بستگی دارد. جذب سطحی از طریق دو ساز وکار اصلی جذب سطحی فیزیکی و جذب سطحی شیمیایی صورت می گیرد. در جذب سطحی فیزیکی نیروهای واندروالسی و در جذب سطحی شیمیایی پیوندهای کووالانسی بین مولکول های سطح جاذب و جذب شونده برقرار می شوند . - Anderw, 2009, 931-938 -
8-2 جذب سطحی فیزیکی
جذب فیزیکی نوعی فرایند جذب است که در آن نیروهای مؤثر، نیروهای بین مولکولی - واندروالس - بوده و در اثر این فرایند جذب تغییر محسوسی در الگوی اربیتال الکترونی اتم های دیگر به وجود نمیآید. این نوع جذب دارای انرژی فعال سازی نیست و انرژی آزاد شده در طی آن مقایسه با جذب شیمیایی کمتر است. جذب فیزیکی همچنین انتخابی بوده و از ماده ای به ماده ای دیگر در شرایط یکسان تفاوت چندانی ندارد و نیز بر خلاف جذب شیمیایی میتوان به صورت چند لایه باشد - بیلوجان، . - 1385
