بخشی از مقاله
چکیده
توسعه محصولات جدیدی که جاذب موثری بوده، کمترین اثر مضر بر محیط زیست را داشته و ارزان قیمت باشند و برای حذف و کاهش غلظت فلزات سنگین در پسآبهای صنعتی بهکار روند، یکی از مهمترین موضوعات مطرح در علم مواد است. هیدروکسی آپاتیت از تواناییهای مشخصی برای جذب عناصر سنگین برخوردار است و در چند دهه گذشته تحقیقات زیادی بر روی این امر صورت گرفته است. در این پژوهش، پودر نانو هیدروکسیآپاتیت با استفاده از مواد اولیه نیترات کلسیم چهار آبه و آمونیوم دیهیدروژن فسفات توسط فرآیند میکروامولسیون سنتز گردید. به منظور مطالعات آنالیز فازی پودر تهیه شده از پراش پرتو ایکس (XRD) استفاده گردید. با استفاده از میکروسکوپ الکترونی عبوری (TEM) اندازه بلورکها و نانو ذره بودن هیدروکسی آپاتیت سنتز شده تایید گشت. و در ادامه برای بررسی قابلیت هیدروکسی آپاتیت سنتز شده برای حذف فلزات سنگین از پسآبها، رسوبات و خاکها به عنوان آلودگی با استفاده از آزمون طیف سنجی جرم اتمی((AAS میزان جذب عناصر Pb+2 و Zn+2 توسط هیدروکسی آپاتیت مورد تحقیق قرار گرفت.
واژههای کلیدی
هیدروکسی آپاتیت، نانو ذرات، میکروامولسـیون و جـاذب فلـزات سنگین.
مقدمه
فلزات سنگین سمی موجود در فاضلاب، پسآب و خاک یک مشکل عمده زیست محیطی که تلاش برای بازسازی از خاک و فاضلاب آلوده از فلزات سنگین شده است و چندین شیوه بازسازی، مانند استخراج فیزیکی و شیمیایی تثبیت شیمیایی در جامدات و روش الکتروشیمیایی پیشنهاد شده است. مطالعات متعدد برروی فسفات به عنوان یک افزودنی موثر، به خصوص برای رسانههای آلوده به سرب انجام شده است.
اخیرا، آپاتیت، به عنوان جاذب، ارزان اما کارآمد برای حذف/بازسـازی خاک آلوده به سرب، روی و مس، روی و کادمیم آلـوده بـه فاضـلاب پیشنهاد شده است.[1] روشهای رایج برای تصـفیه چنـین فاضـلاب-
1
هایی، شیمیایی و زیستی است کـه هـر یـک از ایـن روشهـا مزایـا و محدودیتهایی دارد. امروزه، فرآیند جذب سطحی به ویژه با استفاده از کربن فعال مورد توجه بسیاری از دانشمندان قرار گرفته است؛ زیرا برای حذف مقادیر جزیی فلزات سنگین موثر است. لیکن این فرآینـد به دلیل هزینه بالا، به طور گسترده بهکار نمیرود .بـه همـین دلیـل، اهمیت استفاده از سایر مواد جاذب که ظرفیت جذب بالاتری داشته و ارزان قیمت نیز باشند، برای حذف فلزات سنگین از پسـآبهـا قابـل توجیه است. هیدروکسی آپاتیت از تواناییهای مشخصی برای جـذب عناصری چـون سـرب، کـادمیم، روی، آرسـنیک، وانـادیم و اورانـیم برخوردار است که به دلیل وجود مناطق سطحی واکنشپذیر گوناگون بر روی هیدروکسی آپاتیت اسـت2]و .[ 3 فرمـول کلـی مینـرالهـای آپاتیتی به صورت M10(ZO4)6X2 بیان میشود که در آن هر یـک از عناصر زیر میتوانند جایگزین شوند :[4]
… M: Ca, Sr, Ba, Cd , Pb , Mg, Na, K, H, D,
… Z: P, CO3, As, S, Si, Ge, Cr, B, X: OH, OD, CO3, O, BO2, F, Cl, Br, vacancies
نام خاص یک ترکیب معدنی، مانند هیدروکسیلآپاتیت، مشخص کننده مخلوط یکتایی از ترکیب شیمیایی و پارامتر ساختاری است. ترکیب شیمیایی مجاز برای هر نام، کاملا ثابت نمیباشد ولی تمام تغییراتی که در ترکیب میتواند اعمال شود، باید حدود بحرانی را در بر بگیرد که عبارت از تعادل بار الکتریکی و تطابق هندسی و فضایی با یونهای شبکه بلور است (یونی که میخواهد جایگزین شود، باید از نظر اندازه، شکل و بار الکتریکی در تطابق با یون اولیه موجود در آن
موضع باشد) .[5]
در مورد هیدروکسیآپاتیت هم جایگزینی هر یک از عناصر
Cd, Pb, Mg, Na, K به جای کلسیم، CO 3, As, S, Si, Ge, Cr, B به جای فسفر و CO3, O, BO2, F, Cl, Br به جای هیدروکسیل مقدور است. در سال 1967، الیوت و یونگ اولین شواهد تبادل یونی حالت جامد برای آپاتیت را در مجله Nature چاپ کردند .[6]
این جانشینیها میتوانند به صورت خودخواسته به سیستم وارد شوند و یا به صورت نامطلوب در طی فرآوری HAp، به ساختار آن تحمیل شوند. در مورد دوم، به دلیل خصوصیت جذب عناصر فلزات
سنگین توسط HAp، برای کاربرد پزشکی1، استانداردهایی برای HAp نظیر استاندارد ASTM-F1185-86 وجود دارد که مقادیر مجاز بعضی ترکیبات سمی را برای HAp مشخص میکند (مقدار آرسنیک، کادمیوم و جیوه آن بایستی کمتر از 5ppm و مقدار سرب کمتر از 30ppm باشد. در ضمن مجموع فلزات سنگین آن (از جمله سرب بایستی کمتر از 50ppm باشد) .[7] یکی از کاربردهای قابل توجه HAp، حذف یونهای سمی فلزات سنگین نظیر سرب از پسآبها میباشد (گزارش سوگیماما2 و همکاران.([8]
یکی دیگر از مواردی که بر روی جذب یون تاثیر میگذارد، بلورینگی است. هر چه بلورینگی بیشتر باشد، امکان جذب یونهای دیگر به صورت جانشینی در ساختار کاهش مییابد. مثلاً در استخوان انسان که میزان بلورینگی کم است، امکان جذب یون افزایش مییابد و یونهای فلزات سنگین که کمی سمی هستند، میتوانند توسط استخوان جذب شوند. در واقع استخوان میتواند به عنوان یک سیستم غیر سمیساز3 عمل کند .[4]
از جانشینیهایی که به صورت خودخواسته به سیستم وارد میشوند، میتوان به جانشینی فلوئور 6]، 9و [10، کلر6]و [9، منیزیم [11]، کربنات 12]،2و[13، استرانسیوم، آلومینیوم، لانتانیم، آهن [14] نام برد. هدف اصلی این مطالعه بررسی پتانسیل استفاده از نانو آپاتیت در تصفیه فاضلابها، پسابها و خاکهای آلوده به فلزات سنگین می-باشد که در تحقیق حاضر به بررسی میزان جذب عناصر Pb+2 و Zn+2 توسط آپاتیت سنتز شده به روش میکرو امولسیون می-پردازیم.
روش تحقیق
در پژوهش فوق از نمکهای نیترات کلسیم چهارآبه4 و آمونیوم دی-هیدروژن فسفات5 به عنوان پیش ماده هیدروکسی آپاتیت استفاده شد همچنین از ان-هگزان6 به عنوان فازآلی، پلی اکسی اتیلن لورتیل اتر7 به عنوان سورفکتنت و از یک بوتانول8 به عنوان کمک سورفکتنت و محلول آمونیاک9 به عنوان عامل رسوب دهنده استفاده شد. کلیه مواد ذکر شده از محصولات مرک آلمان تهیه شده است.
در تحقیق حاضر روند کلی سنتز نانو هیدروکسی آپاتیت تهیه شده به روش میکروامولسیون بدین صورت میباشد که در ابتدا با ثبات نگه داشتن نسبت مولی آب به سورفکتانت برابر با 1:115 میزان 100 ml ان-هگزان و15 mmol سورفکتانت Brij-35 با یکدیگر مخلوط می-کنیم و برای شفاف شدن به آن 1بوتانل را اضافه میکنیم. در مرحله
بعدی با تقسیم کردن محلول به دو بخش D و C به آنها 120ml محلول آبی نمکهای اولیه به صورت قطره قطره اضافه میکنیم تحت همزدن تا میکروامولسیون حذف میگردد. سپس میکروامولسیون را تحت همزدن شدید و قطره قطره به یکدیگر اضافه میکنیم. تا میکروامولسیون E تشکیل گردد
