بخشی از مقاله
چکیده
آلودگی ناشی از فلزات سنگین هماکنون یکی از مشکلات محیط زیست در سطح جهانی است. فلزات سنگین از عمومیترین موادی هستند که به عنوان ماده خام اولیه در صنایع به کار میروند و پساب خروجی بسیاری از صنایع حاوی این نوع آلایندهها میباشد. صنعتی شدن سریع و رشد بی رویه استفاده از کودها و سموم کشاورزی، منجر به افزایش ورود فلزات سنگین به محیط زیست شده است.
در سالهای اخیر در راستای افزایش آلودگی منابع آبی، استفاده از روشهای جدید برای حذف فلزات سنگین بیش از پیش مورد توجه قرار گرفتهاند که از جمله روشهای موثر در این زمینه میتوان به فرآیند جذب سطحی به وسیله کربن فعال اشاره نمود. کربن فعال یک نوع جاذب قوی با جذب سطحی فوق العاده میباشد که بسیار متخلل و دارای سطح داخلی و مقاومت مکانیکی بالاست. برجسته ترین مشخصه آن حذف انتخابی آلایندههاست و در برخی موارد برای بازیافت مواد نیز به کار میروند. در این مقاله به معرفی کربن فعال، روشهای گوناگون تهیه آن و چگونگی حذف فلزات سنگین و آلایندهها از محیط های آبی توسط آن پرداخته شده است.
-1 مقدمه
یکی از عمدهترین آلایندههای محیط زیست، وجود فلزات سنگین در پسابهای صنعتی است که از نظر شدت آلایندگی در گروه آلایندههای درجه اول سمی قرار دارند. ترکیبات سمی درجه اول، موادی هستند که دارای خطرات زیست محیطی بوده و برای سلامت انسان زیانآور هستند.[13] اغلب فلزات سنگین در واکنشهای بیولوژیک سلولهای موجودات زنده دخالت مینمایند و باعث اختلال در فعالیتهای متابولیکی میشوند.[10]
علی رغم تمامی قوانین و مقرراتی که به منظور حفظ منابع آب از آلوده شدن به انواع آلایندهها به ویژه فلزات سنگین وضع گردیده است، عدم نظارت و حساسیت کافی در اجرای این ضوابط سبب شده تا آلودگی آب به فلزات سنگین روندی رو به رشد داشته باشد. از این رو حذف فلزات سنگین از منابع آبی امری ضروری به نظر می-رسد. روشهای متعدد فیزیکی، شیمیایی و بیولوژیکی به منظور حذف فلزات سنگین از پیکرههای آبی وجود دارد که یکی از روش-های متداول حذف فلزات سنگین از پیکرههای آبی استفاده از جاذبهاست.[19] به طور کلی جذب سطحی، فرآیند تجمع مواد در فصل مشترک بین دو فاز است.
در جذب سطحی از مواد مختلفی مثل کربن فعال گرانوله و پودری، خاکستر، بنتونیت، فسفر هیدرات سلولز، بیومس، زغال کک و خاک چینی استفاده میشود.[22] جذب یک روش تصفیه چند منظوره است که به طور گستردهای در صنایع شیمیایی و تصفیه فاضلاب استفاده میشود. سودمندی فرآیند جذب در سادگی و استفاده مجدد از جاذب در دراز مدت است .[6] تاریخچه مطالعه و کاربرد جاذبها در تصفیه آب و فاضلاب سابقه طولانی دارد به طوری که استفاده از جاذب-ها در واحدهای تصفیه در آمریکا به سال 1883 باز میگردد.[8]
استفاده از مواد طبیعی که توانایی جذب آلایندههایی نظیر فلزات سنگین را دارند در دهههای اخیر بسیار مورد توجه قرار گرفته است. از جمله این مواد میتوان به انواع رسها، زئولیتهای طبیعی، خاکستر فرار، خاک اره، پوست درختان کاج و گردو، پوسته برنج، کاه و پوشال گندم، پوسته سخت نارگیل، گردو، فندق و بلوط، هستههای هلو، زردآلو، خرما و دانههای انگور، پوست خرچنگ و زائدات برگ چای اشاره کرد.[14]
-2 کربن فعال
کربن فعال، شکل میکروکریستالی و غیرگرافیتی کربن است که به منظور داشتن تخلخل و سطح ویژه زیاد، برای فرآیند جذب تهیه و عملآوری میشود 28]،.[27 سطح ویژه بالا موجب افزایش ظرفیت جذب مواد شیمیایی - گاز و مایع - می-شود.[27]سطح ویژه کربن فعال تجاری، بین 800 تا 1500مترمربع بر گرم است که معمولاٌ با جذب گاز نیتروژن تعیین میشود .[29] اختلاف در اندازه حفرات کربن فعال، بر ظرفیت جذب ملکولها با اندازه و شکل متفاوت تاثیر میگذارد و در واقع خصوصیتی از کربن است که برای کاربردهای ویژه در نظر گرفته میشود 3[27]
-3 ساختار کربن فعال
اشکال شناختهشده کربن، الماس مکعبی و گرافیت ششگوشه است. اخیراٌ فولرینها1یا مواد کربنی که ساختار آنها نظم کمتری دارند، هم شناسایی شدند. بر اساس طبقهبندی بلورشناسی2، اعضای خانواده کربن، به کربنهای گرافیتی و غیرگرافیتی3 دستهبندی میشوند .[30] شکل 5-1 - الف - ساختار گرافیت شش گوشه را نشان میدهد. کربنهای غیرگرافیتی به کربن قابل گرافیتشدن - زغال کک - و کربن غیرقابل گرافیتشدن - زغال - طبقهبندی میشوند .[31]
کربنهای قابل گرافیتشدن بوسیله تیمار حرارتی در فشار اتمسفر میتوانند به کربنهای گرافیتی تبدیل شوند در حالیکه کربنهای غیرقابل گرافیت شدن در طی فرآیند پیرولیز - نوعی تیمار حرارتی - متحمل تغییر نمیشوند .[30] کربن غیر قابل گرافیتشدن، پیشمادههای اصلی کربن فعال هستند. کربن فعال ماده کربنی آمورف و متخلخل با سطح ویژه و تخلخل داخلی بسیار توسعه یافته است .[32] ساختار این کربنها از بخشهای ناقص لایههای گرافن تشکیل شده است که با هم پیوند شده تا یک ساختار سه بعدی تشکیل دهد، همانند آنچه در شکل 5-1 - ب - نشان داده شده است.
