پاورپوینت روش­های حذف فلزات سنگین از محلول آبی

بخشی از پاورپوینت

اسلاید 2 :

روش­های حذف فلزات سنگین از محلول آبی
رسوب­دهی شیمیایی
یک روش بسیار مؤثر در حذف فلزات سنگین بوده و به دلیل سهولت و ارزان بودن به طور گسترده در صنعت مورد استفاده قرار می­گیرد. در این روش، مواد شیمیایی با یون­های فلزات سنگین واکنش موجود در محلول آبی واکنش داده و رسوب نامحلول را تشکیل می­دهند که این رسوب با استفاده از فرآیندهای رسوب­زدایی و یا فیلتراسیون جدا می­گردد. آب تصفیه شده به این روش برای تخلیه به محیط و یا استفاده مجدد مناسب خواهد بود. روش­های مرسوم رسوب­دهی شیمیایی شامل رسوب­دهی هیدروکسید و رسوب­دهی سولفید می­باشد. رسوب­دهی شیمیایی هیدروکسید به دلیل سادگی، هزینه پایین و سهولت کنترل pH به طور عمده در فرآیند حذف فلزات سنگین از محلول­های آبی استفاده می­گردد. حلالیت هیدروکسیدهای فلزی مختلف در محدوده pHبرابر 8 تا 11، به حداقل می­رسد.

اسلاید 3 :

رسوب­دهی با هیدروکسید دارای معایبی از جمله ایجاد لجن­های آب­دار ، وجود مشکل در دسترسی به مقدار pH بهینه در محلول­های حاوی یون­های فلزی مختلف و عدم رسوب­دهی فلزات در حضور عوامل کمپلکس دهنده می­باشد. قابل ذکر است که در فرآیند رسوب­دهی هیدروکسید افزودن برخی منعقد کننده­ها مانند نمک­های آهن و برخی پلیمرهای آلی حذف فلزات سنگین را از پساب­ها افزایش می­دهد.

رسوب­دهی شیمیایی سولفید نیز یکی از روش­های پربازده در فرآیند حذف فلزات سنگین از پساب­ها می­باشد. از آنجایی که حلالیت سولفید فلزات کمتر از هیدروکسید آن­ها می­باشد، در نتیجه رسوب­دهی سولفید، بازده بالاتری نسبت به رسوب­دهی شیمیایی هیدروکسید دارا می­باشد. همچنین این فرآیند را می­توان در گستره وسیع­تری از pH نسبت به رسوب­دهی هیدروکسید استفاده نمود.

اسلاید 4 :

تعویض یونی
یکی دیگر از روش­های حذف فلزات سنگین از پساب­ها روش تبادل یون می­باشد. رزین­های تعویض یونی شامل رزین­های سنتزی و طبیعی می­باشند که رزین­های سنتزی عملکرد بهتری در حذف فلزات سنگین از خود نشان داده­اند. رزین­های تبادل یونی از نظر الکتریکی خنثی هستند و فقط یکی از دو یون مثبت یا منفی آن متحرک و قابل تعویض یونی می­باشد و بر این اساس شامل دو نوع رزین­های کاتیونی و آنیونی می­باشد.

اسلاید 5 :

تصفیه الکتروشیمیایی
روش های الکتروشیمیایی شامل آب­کاری یون­های فلزی بر روی سطح یک کاتد بوده و می­توانند فلزات را در حالت عنصری بازیابی نمایند. فناوری­های الکتروشیمیایی مستلزم سرمایه گذاری های نسبتاً بزرگ و تجهیزات الکتریکی گران­قیمت می­باشند، به طور گسترده­ای مورد استفاده قرار نگرفته­اند. با این حال با توجه به مقررات سختگیرانه زیست محیطی در خصوص تخلیه فاضلاب، فناوری­های الکتروشیمیایی درطول دو دهه گذشته، اهمیت خود را در سراسر جهان به دست آورده­اند. مهمترین فناوری­های مرتبط با این زمینه شامل انعقاد الکتریکی (Electrocoagulation)، شناورسازی الکتریکی (Electroflotation) و رسوب­دهی الکتریکی (Electrodeposition) می­باشند .

اسلاید 6 :

فناوری غشایی
فرآیندهای غشایی با استفاده از انواع مختلف غشاها، به دلیل بازده بالا و سهولت عملیات به عنوان یک روش بسیار مناسب جهت حذف یون­های سنگین شناخته می­شوند. فرآیندهای غشایی به منظور انجام جداسازی­های فیزیکی یا شیمیایی طراحی می­گردند. فرآیندهای غشایی که جهت حذف یون­های فلزات سنگین از محلول آبی مورد استفاده قرار گرفته­اند در جدول زیر آورده شده­اند.

اسلاید 7 :

جداسازی فلزات سنگین با روش حذف زیستی
حذف زیستی در اینجا به صورت جمع آوری و تغلیظ آلاینده­ها از محلول های آبی با استفاده از مواد بیولوژیکی تعریف می­شود. در این روش امکان بازیابی آلاینده­ها و یا رساندن آن­ها به سطوح قابل قبول از لحاظ زیست محیطی امکانپذیر می­باشد. فرآیندهای حذف زیستی می توانند بر پایه توده های زیستی گیاهی و یا پلیمرهای حیوانی نظیر کیتوسان باشند.
دست کم چهار حوزه برای کاربرد زیست­جاذب­ها مورد اشاره قرار گرفته­اند که عبارتند از:
1) دفع سم از فاضلاب های حاوی فلزات
2) رفع آلودگی های رادیواکتیوی از فاضلاب­ها
3) بازیابی فلزات از محلول های فرآیند معدن­کاری
4) تغلیظ و بازیابی فلزات نادر و استراتژیک از آب دریا

اسلاید 8 :

مکانیسم­های جذب فلزات شامل، کمپلکس شدن تبادل یون، کئوردیناسیون، جذب سطحی، آهن زدایی و ته نشینی در مقیاس میکرو می­باشند. این مکانیسم­ها بسیار پیچیده و به شیمی یون­های ­فلزی، ویژگی­های سطح میکروارگانیسم ها و فیزیولوژی سلول وابسته هستند. فرآیند جذب زیستی تحت تأثیر اثرات فیزیکی و شیمیایی محیط از قبیل pH ، دما، غلظت توده زیستی، غلظت اولیه فلز، و رقابت یونی می­باشد. زیست جاذب های معمول را می­توان از سه منبع 1) توده های زیستی غیر زنده (از قبیل، پوست درخت، لیگنین، میگو و .)، توده های زیست جلبکی، توده­های زیست میکروبی (مانند باکتری ها، قارچ ها و مخمرها) به دست آورد.

اسلاید 9 :

مراحل جذب ماده ذب شونده بر روی سطح جاذب

اسلاید 10 :

جداسازی فلزات سنگین با روش جذب سطحی
جذب به عنوان غنی کردن یا افزایش دانسیته سیال در نزدیکی سطح یک جامد (جذب کننده) تعریف میشود. جذب یک فرآیند طبیعی است که به وسیله آن مولکولهای ماده حل شده بر سطح یک جاذب جامد جمع شده و میچسبند. اين فرآيند زمانی اتفاق میافتد که نیروهای جاذبه در سطح جاذب جامد بر نیروهای جاذبه مایع یا گاز غلبه کند. علت استفاده از این فرآیند گزینش­پذیری مناسب یک جاذب برای جذب یک جزء یا چند جزء از اجزای سیال حامل میباشد. بسیاری از مهم­ترین کاربردهای جذب سطحی وابسته به قدرت انتخاب شوندگی و تفاوت در نیروهای جذب مولکولها در مخلوط بر روی جاذب می­باشد.

اسلاید 11 :

در واقع غشا وسیله ای است که بر اساس اندازه های مولکولی جداسازی انجام می دهد.

در یک فرآیند غشایی، عموماً دو فاز وجود دارد که بصورت غیر مستقیم و توسط یک فاز سوم (غشا) با هم در تماس هستند. بنابراین فرآیندهای غشایی جزو عملیات تماس غیرمستقیم دو فاز می باشند.

جداسازی اجزای دو فاز از طریق غشا بصورت فیزیکی می باشد. بدین صورت که غشا نسبت به یکی از اجزای مخلوط انتخاب پذیر است و انتقال این جز از یک فاز به فاز دیگر انجام می شود. بدین ترتیب یکی از فازها نسبت به جز انتخابی تهی و فاز دیگر نسبت به آن جز غنی می گردد.
غشا (Membrane)
یک لایه ی نازک از جنس مواد خاص است که می تواند اجزای تشکیل دهنده ی یک سیال (گاز و مایع) را بطور انتخابی از آن جدا کند.

اسلاید 12 :

بازار جهانی غشا

اسلاید 13 :

اولين مطالعات ثبت شده در زمينه غشا و پديده نفوذ در سال 1748 توسط آبنولت فرانسوي انجام شده است. سپس فيك انتقال گاز از غشاي ساخته شده از نيترات سلولز را مورد مطالعه قرار داد و قوانين نفوذ مولکولي را که به نام او معروف هستند، ارايه نمود.
از سال 1980 با توسعه صنايع مختلف وعدم کارايي غشاهاي آلي، ساخت غشاهاي غير آلي توجيه اقتصادي پيدا کرد.
تراوش پذيري بخار و فرآيند تراوش تبخيري را شايد بتوان آخرين فرآيندهاي جداسازي غشائي دانست كه به صورت تجاري وارد بازار رقابت با ساير واحدهاي رايج در بسياري از كاربردهاي صنعتي گرديدند. اولين واحد غشائي تراوش تبخيري در مقياس بزرگ در سال 1985 و در آلمان شروع به كار كرد. واحد ديگري نيز بلافاصله در كشور فرانسه راه اندازي شد كه هر دو واحد در حال حاضر براي آب زدائي از الكل 94% به كار گرفته مي شوند
با توسعه و گسترش غشاء هاي پليمري مركب در دهه 70, جداسازي تجاري اجزاء گازي امكان پذير گشت و اولين كاربرد جداسازي غشائي گازها در مقياس صنعتي مربوط به بازيابي هيدروژن در واحدهاي آمونياك مي باشد
تاريخچه غشاء

اسلاید 14 :

در فرایندهای غشایی، جزئی از خوراک که از غشا عبور می کند به نام تراوش کرده(Permeate) و بخشی که نتواند از غشا عبور کند، نگه داشته شده (Retentate)  نامیده می شود که بر اساس هدف جداسازی ، هرکدام از آنها می توانند به عنوان محصول در نظر گرفته شوند.
تعاریف
در حالت کلی ، روشهای غشایی در مواقعی که غلظت مواد کم باشد کارایی بسیار زیادی دارند

اسلاید 15 :

بار سطحی
اجزای شیمیایی موجود در سطح غشا ممکن است دارای گروههای عامل خنثی یا باردار (مثبت ومنفی) باشند . بار سطحی غشا از این جهت اهمیت دارد که عامل جاذبه یا دافعه الکترواستاتیکی بین غشا و ذرات موجود در محلول است . بار سطحی غشا به قدرت یونی محلول مجاور آن بستگی دارد .
هدایت الکتریکی
اکثر غشاهای پلیمری هادی الکتریسیته نیستند ولی غشاهای هادی نیز ساخته شده اند .
جذب کنندگی
با توجه به عوامل موجود در سطح غشا و بار انها امکان جذب یا دفع ذرات توسط سطح غشا وجود دارد . به علاوه بسیاری از ذراتی که داخل حفره های غشا می گردند جذب سطح داخلی حفره ها شده و امکان عبور از آنها را نمی یابند .
آبدوست یا آبگریز بودن غشا
غشا ممکن است ابدوست یا آبگریز باشد . این موضوع با توجه به ساختار مولکولی سطح غشا حاصل می شود . با تغییر و اصلاح سطح غشا می توان این خاصیت را تغییر داد . آبدوستی یا ابگریزی می تواند در جداسازی تاثیر بگذارد .
خواص شیمیایی

اسلاید 16 :

انواع غشاها از نظر جنس
انواع غشاها از نظر شکل و ريزساختار
تقسيمبندي غشاها از نظر ساختار
تقسیم بندی بر اساس مکانیسم حاکم بر جداسازی
تقسیم بندی بر اساس نوع عملکرد
تقسیم بندی غشاءها

اسلاید 17 :

غشاهاي سنتزی آلي(پليمري، سلولزي و غيره)
غشاهاي سنتزی معدنی
تاريخچه طولاني تر
کارايي بالاتري
استحکام مکانيکي
مقاومت حرارتي بالا
مقاومت شيميايي بالا
طول عمر بالا
عبوردهي بالا
مقاومت در مقابل حلالهای آلی و ساير مواد شيميايی
استفاده از مواد فعال و خورنده در تميز کردن
هزينه هاي ساخت و نصب نسبتاً بالا
1300-1200 دلار به ازای هر متر مربع در ازای 100 دلار برای آلی
غشاهای سرامیکی
غشاهای فلزی
غشاهای زئولیت
غشاهای شیشهای
غشاهای فلزی از پودر فلزاتی مانند تنگستن، مولیبدن، فولاد ضد زنگ و … ساخته میشوند. غشاهای سرامیکی ترکیبی از یک فلز با یک غیرفلز است. این فلز میتواند آلومینیوم، تیتانیوم، سیلیسیوم و زیرکونیوم و … باشد. غیرفلز نیز میتواند اکسیژن، نیتروژن، کربن و … باشد، یعنی غشاهای سرامیکی اکسید، نیترید یا کربید یک فلز هستند.
انواع غشاءها از نظر جنس

اسلاید 18 :

غشاهاي چگال و غير متخلخل
غشاهاي متخلخل
اين نوع غشاها حفره نداشته، عملکرد آنها براساس نفوذ مولکولي، حل شوندگي و واکنش شيميايي است و نحوه عملکرد آنها به جنس غشا بستگي دارد.
اين نوع غشاها متخلخل بوده، داراي حفره هستند و عملکرد آنها عمدتاً براساس مکانيسم نفوذ و اندازه اجزا خواهد بود .
غشاء هاي متخلخل از نظر ساختار و طرز عملكرد بسيار شبيه فيلترهاي رايج هستند. عموماً امكان جداسازي ملكول هائي كه داراي اختلاف اندازه قابل ملاحظه اي هستند توسط اين غشاء ها امكان پذير است
انواع غشاءها از نظر ساختار

اسلاید 19 :

غشاهاي متقارن
غشاهاي غير متقارن
ترکيب و شکل ساختاري همگن در طول ضخامت غشا دارد .(ايزوتروپيک)
غشاها يی را که از دو يا چند لايه با شکل و ريزساختاري متفاوت ساخته شده و اندازه حفره هاي لايه هاي مختلف متفاوت است، غشاهاي غير متقارن يا غير ايزوتروپيک مي نامند
انواع غشاءها از نظر شکل و ريزساختار

اسلاید 20 :

غشاهای هیدروفیلیک: پلیمرهایی که قابلیت جذب بسیار بالای آب را دارند، پلیمرهای هیدروفیلیک نامیده میشوند که این خاصیت هیدروفیلیکی به گروههای موجود در زنجیر پلیمر بر میگردد که قادرند بر مولکولهای آب اثر بگذارند، آب در غشاهایی که با این پلیمرها ساخته شدهاند بهتر نفوذ میکند و این غشاها بهترین کاندید برای مصارف آب زدایی میباشند. پلیمرهای یونی، پلی وینیل الکل، پلی اکریلید اسید و پلی وینیل پیرولیدین نمونههایی از آن میباشند. 
غشاهای هیدروفیلیک قابلیت بسیار زیادی برای متورم شدن دارند. متورم شدن پلیمرها باعث کاهش گزینشپذیری آنها نسبت به حالت خاص میگردد. و در غشاهای متورم قابلیت نفوذ به حلالیت ترکیبات آلی افزایش مییابد.
تقسیم بندی بر اساس نوع عملکرد
غشاهای هیدروفوبیک: پلیمرهایی که دافع آب میباشند هیدروفوبیک نامیده میشوند که پلیاتیلن، پلی پروپیلن، پلی وینیلیدین فلوراید و پلی تترافلئورواتیلن و … نمونههایی از آن میباشند. نکته مثبت این غشاها این است که پلیمرهای هیدروفوبیک مقاومت حرارتی و شیمیایی بالایی دارند و به این دلیل به عنوان یک ماده پایه انتخاب میشوند و سعی میشود که خاصیت جداسازی آن به وسیله اصلاحات شیمیایی بالا برود.