دوره 21، شماره 1 - ( فروردین و اردیبهشت 1401 )
جلد 21 شماره 1 صفحات 97-86 |
برگشت به فهرست نسخه ها
Download citation:
BibTeX | RIS | EndNote | Medlars | ProCite | Reference Manager | RefWorks
Send citation to:
BibTeX | RIS | EndNote | Medlars | ProCite | Reference Manager | RefWorks
Send citation to:
Narimanpour A, Ghaneian M, Ehrampoosh M. Evaluation of Usual and Acid-Modified Fig Leaves Powder Application as a Biosorbent for Removing Chromium (VI) from Aqueous Solutions. TB 2022; 21 (1) :86-97
URL: http://tbj.ssu.ac.ir/article-1-2080-fa.html
URL: http://tbj.ssu.ac.ir/article-1-2080-fa.html
نریمان پور عاطفه، قانعیان محمدتقی، احرامپوش محمدحسن. بررسی کاربرد پودر برگ انجیر به صورت معمولی و اصلاحشده اسیدی به عنوان جاذب زیستی در حذف فلز سنگین کروم ششظرفیتی از محلولهای آبی. طلوع بهداشت. 1401; 21 (1) :86-97
دانشگاه آزاد اسلامی واحد یزد، یزد ، ایران. ، atefeh.narimanpour@gmail.com
متن کامل [PDF 565 kb]
(358 دریافت)
| چکیده (HTML) (837 مشاهده)
متن کامل: (531 مشاهده)
بررسی کاربرد پودر برگ انجیر به صورت معمولی و اصلاحشده اسیدی به عنوان جاذب زیستی در حذف فلز سنگین کروم ششظرفیتی از محلولهای آبی
نویسندگان: عاطفه نریمانپور1، محمدتقی قانعیان2، محمدحسن احرامپوش2
1.نویسنده مسئول: کارشناس ارشد مهندسی منابع طبیعی-آلودگی محیط زیست، دانشگاه آزاد اسلامی واحد یزد، یزد ، ایران.
تلفن تماس: 09153671343 Email: atefeh.narimanpour@gmail.com
2.استاد گروه مهندسی بهداشت محیط، دانشکده بهداشت، دانشگاه علوم پزشکی و خدمات بهداشتی درمانی شهید صدوقی، یزد، ایران.
3. استاد مرکز تحقیقات علوم و فناوری های محیط زیست،گروه مهندسی بهداشت محیط، دانشکده بهداشت، دانشگاه علوم پزشکی و خدمات بهداشتی درمانی شهید صدوقی، یزد، ایران.
چکیده
مقدمه: یکی از مشکلات زیستمحیطی نگرانکننده آلودگی فاضلابهای شهری و صنعتی به ترکیبات سمّی فلزات سنگین از جمله فلز کروم میباشد. با توجه به اثرات مخرب فلز کروم و عدم تجزیهپذیری، حذف آن از اهمیت بالایی برخوردار است. روش جذب سطحی با استفاده از جاذبهای زیستی ارزان قیمت، روشی موفق است که در دهه اخیر مورد توجه قرارگرفتهاست. در این تحقیق اثر پودر برگ خشکشده انجیر به عنوان یک جاذب زیستی ارزانقیمت به دو صورت معمولی و اصلاحشده با اسید نیتریک، بر حذف فلز کروم ششظرفیتی از محلول آبی سنتتیک بررسی شده است.
روش بررسی: در این مطالعه بررسی آزمایشگاهی شامل محلولسازی کروم ششظرفیتی انجام شده و سپس به منظور مطالعه اثر پارامترهای مختلف محلول و جاذب شامل pH محلول، زمان تماس، غلظت محلول و وزن جاذب، با دستگاه جذب اتمی مقدار ثانویه غلظت کروم اندازهگیری و مقایسه شده است.
یافتهها: برای جاذب معمولی 2=pH، غلظت اولیه 200 میلیگرم بر لیتر، غلظت جاذب 40 گرم بر لیتر و زمان تعادل 120 دقیقه به عنوان پارامترهای بهینه و برای جاذب اصلاحشده 3=pH ، غلظت اولیه 300 میلی گرم بر لیتر، غلظت جاذب 40 گرم بر لیتر و زمان تعادل 120 دقیقه به عنوان پارامترهای بهینه حاصل شدند که درصد جذب حداکثر کروم ششظرفیتی از محلول در حالت اول 33/54% و در حالت دوم 50/91% بودند. همچنین با بررسی ایزوترمها و سینتیک جذب مشخص گردید که جذب کروم در هر دو حالت از ایزوترم لانگمویر (942/0= R2برای معمولی و 975/0=R2 برای اصلاحشده) و سینتیک شبه درجه دوم (976/0= R2 برای معمولی و 982/0= R2 برای اصلاحشده) پیروی میکند.
نتیجهگیری: حذف مؤثرتر کروم با استفاده از جاذب اصلاحشده در مقایسه با جاذب معمولی و مطالعات قبلی، نشاندهنده مناسب بودن پودر برگ انجیر اصلاحشده به عنوان جاذب کروم ششظرفیتی میباشد.
واژههای کلیدی: جذب سطحی، فلزات سنگین، کروم ششظرفیتی
شکل 1: تغییرات درصد جذب کروم بر حسب (الف) pH در غلظت اولیه 200 میلیگرم بر لیتر، غلظت جاذب 40 گرم بر لیتر و زمان تماس 2 ساعت، (ب) غلظت اولیه محلول در 2=pH، غلظت جاذب 40 گرم بر لیتر و زمان تماس 2 ساعت برای جاذب معمولی و 3=pH ، غلظت جاذب 40 گرم بر لیتر و زمان تماس 2 ساعت برای جاذب اصلاحشده، (ج) مقدار جاذب در 2=pH، غلظت اولیه 200 میلیگرم بر لیتر، حجم محلول 50 میلیلیتر و زمان تماس 2 ساعت برای جاذب معمولی و 3=pH، غلظت اولیه 300 میلیگرم بر لیتر، حجم محلول 50 میلی لیتر و زمان تماس 2 ساعت در مقادیر متفاوت جاذب (گرم) برای جاذب اصلاحشده، (د) زمان در 2=pH، غلظت اولیه 200 میلیگرم بر لیتر، غلظت جاذب 40 گرم بر لیتر برای جاذب معمولی و 3=pH، غلظت اولیه 300 میلیگرم بر لیتر، غلظت جاذب 40 گرم بر لیتر برای جاذب اصلاحشده
جدول 1: مقایسه پارامترهای بهینه جذب بهوسیله پودر برگ انجیر معمولی و پودر برگ انجیر اصلاحشده
جدول 2: مقایسه ایزوترمهای لانگمویر و فروندلیچ برای پودر برگ انجیر معمولی و اصلاحشده به عنوان جاذب کروم VI
جدول 3 : مقایسه مدلهای سینتیک شبه درجه اول و شبه درجه دوم برای پودر برگ انجیر معمولی و اصلاحشده به عنوان جاذب کروم VI
نویسندگان: عاطفه نریمانپور1، محمدتقی قانعیان2، محمدحسن احرامپوش2
1.نویسنده مسئول: کارشناس ارشد مهندسی منابع طبیعی-آلودگی محیط زیست، دانشگاه آزاد اسلامی واحد یزد، یزد ، ایران.
تلفن تماس: 09153671343 Email: atefeh.narimanpour@gmail.com
2.استاد گروه مهندسی بهداشت محیط، دانشکده بهداشت، دانشگاه علوم پزشکی و خدمات بهداشتی درمانی شهید صدوقی، یزد، ایران.
3. استاد مرکز تحقیقات علوم و فناوری های محیط زیست،گروه مهندسی بهداشت محیط، دانشکده بهداشت، دانشگاه علوم پزشکی و خدمات بهداشتی درمانی شهید صدوقی، یزد، ایران.
چکیده
مقدمه: یکی از مشکلات زیستمحیطی نگرانکننده آلودگی فاضلابهای شهری و صنعتی به ترکیبات سمّی فلزات سنگین از جمله فلز کروم میباشد. با توجه به اثرات مخرب فلز کروم و عدم تجزیهپذیری، حذف آن از اهمیت بالایی برخوردار است. روش جذب سطحی با استفاده از جاذبهای زیستی ارزان قیمت، روشی موفق است که در دهه اخیر مورد توجه قرارگرفتهاست. در این تحقیق اثر پودر برگ خشکشده انجیر به عنوان یک جاذب زیستی ارزانقیمت به دو صورت معمولی و اصلاحشده با اسید نیتریک، بر حذف فلز کروم ششظرفیتی از محلول آبی سنتتیک بررسی شده است.
روش بررسی: در این مطالعه بررسی آزمایشگاهی شامل محلولسازی کروم ششظرفیتی انجام شده و سپس به منظور مطالعه اثر پارامترهای مختلف محلول و جاذب شامل pH محلول، زمان تماس، غلظت محلول و وزن جاذب، با دستگاه جذب اتمی مقدار ثانویه غلظت کروم اندازهگیری و مقایسه شده است.
یافتهها: برای جاذب معمولی 2=pH، غلظت اولیه 200 میلیگرم بر لیتر، غلظت جاذب 40 گرم بر لیتر و زمان تعادل 120 دقیقه به عنوان پارامترهای بهینه و برای جاذب اصلاحشده 3=pH ، غلظت اولیه 300 میلی گرم بر لیتر، غلظت جاذب 40 گرم بر لیتر و زمان تعادل 120 دقیقه به عنوان پارامترهای بهینه حاصل شدند که درصد جذب حداکثر کروم ششظرفیتی از محلول در حالت اول 33/54% و در حالت دوم 50/91% بودند. همچنین با بررسی ایزوترمها و سینتیک جذب مشخص گردید که جذب کروم در هر دو حالت از ایزوترم لانگمویر (942/0= R2برای معمولی و 975/0=R2 برای اصلاحشده) و سینتیک شبه درجه دوم (976/0= R2 برای معمولی و 982/0= R2 برای اصلاحشده) پیروی میکند.
نتیجهگیری: حذف مؤثرتر کروم با استفاده از جاذب اصلاحشده در مقایسه با جاذب معمولی و مطالعات قبلی، نشاندهنده مناسب بودن پودر برگ انجیر اصلاحشده به عنوان جاذب کروم ششظرفیتی میباشد.
واژههای کلیدی: جذب سطحی، فلزات سنگین، کروم ششظرفیتی
مقدمه
آلودگی رو به افزایش فاضلاب های شهری و صنعتی به ترکیبات سمّی فلزات سنگین، در اثر توسعه و رشد صنایع در طی سالهای اخیر یک مسئله نگران کننده محسوب میگردد. یکی از منابع آلاینده مهم، فلز کروم است که ورود آن ها به منابع آبی معمولاً از طریق پساب خروجی بسیاری از صنایع از جمله تولید فولاد زنگ نزن، آبکاری فلزات، چرم سازی، نیروگاه های اتمی، نساجی، خنک سازی آب و تولید کرومات بوده و لذا یکی از مشکلات زیست محیطی نگرانکننده بشر میباشد (1). اهمیت جلوگیری از ورود فلز کروم به محیط زیست از آن جهت است که این عنصر برای موجودات زنده حتی در غلظتهای کم نیز سمّی بهشمار میآید و نیز خاصیت عدم تجزیه پذیری آن، منجر به تجمع آن در بدن موجودات زنده و افزایش غلظت آن در بالای زنجیره غذایی میگردد. به همین دلیل مقدار غلظت مجاز کروم توسط نهادهای بهداشتی و زیستمحیطی دنیا تعیین و رصد میشود. برای کروم غلظت مجاز تعیین شده زیر 50 میکروگرم بر لیتر است که توسط سازمان بهداشت جهانی یا سازمان حفاظت از محیط زیست آمریکا پیشنهاد شده است (3 ، 2). البته مقدار مجاز کروم جهت تخلیه به آبهای سطحی، توسط سازمان حفاظت محیط زیست ایران 500 میکروگرم بر لیتر تعیین شده است (4). عنصر کروم با عدد اتمی 24 از جمله عناصر چندظرفیتی و از دسته فلزات سنگین است که در هوا، خاک و آب یافت می شود. حالات اکسیداسیونی آن از 2+ تا 6+ متغیر است ولی عمدتاً در دو حالت اکسیداسیونی سه و ششظرفیتی در طبیعت حضور دارد که پایداری این دو حالت به شدت به pH وابسته است. کروم ششظرفیتی نسبت به کروم سهظرفیتی، سمّیت، تحرک و قابلیت انحلال بیشتری دارد و برای سلامت انسان بسیار مضر است (5). تاکنون تحرک زیست محیطی و آلودگی کروم توسط محققین زیادی مورد مطالعه قرار گرفته است و بنظر می رسد که کروم ششظرفیتی حدود 100 تا 1000 برابر از کروم سهظرفیتی سمّی تر است.
در سیستم محیط زیست Cr6+ بهصورت اکسیآنیون های کرومات (Cr2O42-)، بی کرومات (HCrO4-)، و دی کرومات (Cr2O7-) حضور دارد و قابلیت انحلال آن در آب بسیار بالاست. در مقابل Cr3+ قابلیت انحلال کمتری در آب داشته و آمادگی رسوبگذاری بصورت Cr(OH)3 یا هیدروکسید مخلوط Fe و Cr در pH های بیشتر از 4 را دارد. کروم سهظرفیتی در مواد با قابلیت انحلال پایین قرار دارد و بنابراین خارج از دسترس ارگانیسم هاست.
با توجه به مشکلات عمده زیست محیطی که توسط فلز کروم در طبیعت ایجاد میشود، روشهای متعددی به منظور کاهش غلظت این آلاینده در طبیعت مورد بررسی قرار گرفتهاند که امروزه روش جذب با اختلاف فاحش، کاربردیترین و رایج ترین روش برای جذب کروم VI شده است. بخصوص اگر با مراحل بازتولید و بازیافت جاذب همراه شود. این بازتولید جاذب مشکل دفع لجن فرآیند را برطرف کرده و از لحاظ اقتصادی فرآیند را مقرون به صرفه تر میکند (6). در سالهای اخیر تمایل به استفاده از جاذبهای مختلف زیاد شده است از جمله حذف کروم از پسابها بوسیله باکتری، قارچ، گیاهان آبی و دیگر انواع گیاهان گزارش شده است. این جاذبها اگرچه عملکرد خوبی از خود در مقیاس آزمایشگاهی نشان دادهاند ولی از آنجا که در برابر حجم وسیع آلودگی صنعتی، حجم زیادی از این گیاهان در طبیعت موجود نیستند، استفاده از آنها در مقیاس صنعتی مناسب و عملی نیست (7). جاذبهای ارزان قیمت پتانسیل بالایی را برای جذب کروم از پسابها نشان داده اند و مطالعات مروری خوبی در زمینه حذف فلزات سنگین با استفاده از جاذبهای ارزان قیمت صورت گرفته است (10- 8). به عنوان نمونه Maingi و دیگران (11) از ترکیب مساوی برگ چای و دانه کدوحلوایی برای حذف کروم ششظرفیتی از محلول آبی استفاده نموده و به حذف 98 درصدی از محلول 50 میلیگرم بر گرم در زمان 60 دقیقه رسیدهاند. همینطور Ankitha و دیگران (12) با استفاده از پوست دانه گیاه آرکا موفق به حذف 50 درصدی کروم ششظرفیتی از محلول 50 ppm شدهاند.
تحقیقات نشان داده است که با استفاده از جاذب های اصلاح شده ضایعات گیاهی و گیاهان و محصولات سلولزی اصلاح شده حذف کروم به مقدار قابلتوجهی ازمحلولهای آبی می تواند اتفاق بیفتد(13،9).بسیاری از محصولات جانبی کشاورزی میتوانند جاذب ارزان قیمت خوبی هم برای کروم III و هم برای کروم VI باشند. ضایعات سلولزی شامل ضایعات چوبی (خاک اره، ضایعات تولید کاغذ) و ضایعات کشاورزی (تفاله نیشکر، سبوس گندم، پوشال گندم و...) اگرچه ظرفیت جذبشان با دیگر جاذب های طبیعی برابر است ولی دارای مزایای زیر هستند: کاربرد آسان، در دسترس بودن مقادیر زیاد، هزینه ناچیز و حتی صفر و ایجاد ارزش افزوده برای موادی که اگر استفاده نمیشدند فقط ضایعات به حساب میآمدند (14).
لذا در این مطالعه اثر پودر برگ خشک شده انجیر به عنوان یک جاذب زیستی ارزان قیمت به دو صورت معمولی و اصلاح شده با اسید نیتریک، بر حذف فلز کروم ششظرفیتی از محلول آبی سنتتیک حاوی این فلز مورد بررسی و مقایسه قرار گرفته است.
روش بررسی
به منظور مشخصشدن امکان استفاده از پودر برگ انجیر به عنوان جاذب کروم ششظرفیتی از محلول آبی، مطالعه آزمایشگاهی شامل محلول سازی سنتتیک محلول کروم شش
ظرفیتی و بررسی اثر پارامترهای pH، دوز جاذب، غلظت اولیه کروم در محلول آبی و زمان تماس، آزمایشها در دو مرحله مجزا با دو نوع جاذب طراحی گردیده و مقدار ثانویه غلظت کروم محلول با استتفاده از روش جذب اتمی پس از هر آزمایش اندازهگیری شده است. بدین منظور در فاز اول از پودر برگ انجیر به صورت طبیعی، خشک شده و الک شده با الک استاندارد ASTM 40 استفاده شد و در فاز دوم علاوه بر عملیات فیزیکی آمادهسازی، اصلاح با اسید روی آن انجام شد بدین ترتیب که پودر برگ انجیر معمولی تهیه شده که در مرحله قبل به آن اشاره شد به مقدار 20 گرم داخل 500 میلیلیتر اسید کلریدریک 5/0 مولار ریخته شده و به مدت 2 ساعت روی همزن با دور 200rpm در دمای محیط قرار گرفت. سپس محلول از روی همزن برداشته شده و به همان صورت به مدت 24 ساعت در دمای محیط قرار گرفت. پس از طی زمان 24 ساعت محلول فوق فیلتر شده و برگ انجیر خیسانده شده، کاملاً با آب مقطر شستشو شد تا از حذف کامل اسید از روی پودر
اطمینان حاصل گردد. پودر شسته شده سپس به مدت 4 ساعت در آون با دمای 85 درجه سانتیگراد قرار گرفت تا کاملا خشک شود و پس از آن پودر خشک شده به منظور جلوگیری از جذب رطوبت داخل دسیکاتور قرار گرفت.
جهت تهیه محلول استوک کروم شش ظرفیتی به غلظت 600 میلیگرم بر لیتر مقدار 69/1 گرم دی کرومات پتاسیم (K2Cr2O7) در 1000 میلیلیتر آب مقطر (De-ionized distilled water) حل شده و این محلول با غلظت 600 میلی گرم بر لیتر به عنوان محلول مادر تا پایان آزمایشها استفاده شد و غلظتهای رقیقتر مورد نیاز با رقیقسازی همین محلول تهیه گردید. تمامی مواد مورد استفاده از گرید آزمایشگاهی و با برند Merck آلمان بوده است. همچنین در انجام آزمایشهای این تحقیق از دستگاه pH Meter مدل 691 Metrohm به منظور تنظیم pH محلول و همزن مغناطیسی مدل Retsch-RS 15 جهت تنظیم دور همزدن مخلوط جاذب و محلول استفاده گردید. غلظتهای ثانویه محلول کروم پس از فرآیند جذب توسط دستگاه جذب اتمی GBC-Exploraa Dual اندازه گیری شد (15).
دستورالعمل آزمایشهای جذب بر اساس استاندارد متد به این صورت انجام شد که با تعیین پارامترهای pH، دوز جاذب، غلظت اولیه محلول و زمان تماس آزمایش انجام شد (15). پس از طی زمان مورد نظر آزمایش، محلول آبی بوسیله کاغذ فیلتر از پودر جاذب جدا گردید. محلول صاف شده سپس توسط دستگاه جذب اتمی، میزان کروم آن اندازهگیری شد. محاسبه درصد جذب کروم با فرمول زیر انجام شد:
(1)
که در آن C0 غلظت اولیه کروم در محلول و C1 غلظت کروم در محلول پس از فرآیند جذب میباشد.
جهت بدست آوردن پارامترهای بهینه فرآیند جذب، در مرحله اول اثر pH بررسی گردید. داخل 7 عدد بشر 100 میلی لیتری، 2 گرم پودر جاذب را ریخته و سپس روی هر کدام 50 میلیلیتر محلول استوک به غلظت 200 میلیگرم بر لیتر اضافه گردید و pH محلول به وسیله اسید نیتریک و آمونیاک در مقادیر 1، 2، 3، 4، 5، 6 و 7 برای هر نمونه تنظیم شد. سپس نمونه ها به مدت 2 ساعت روی همزن مغناطیسی قرار گرفته و پس از آن نمونه ها توسط کاغذ فیلتر جدا شده و توسط دستگاه جذب اتمی میزان کروم آن اندازهگیری شد. با محاسبه درصد جذب کروم برای هر pH، نمودار درصد جذب بر حسب pH رسم شد و علاوه بر بررسی روند تغییرات درصد جذب با pH، مقدار pH بهینه که در آن بیشترین جذب اتفاق افتاده بدست آمد و از این pH برای آزمایشهای مراحل بعد استفاده گردید.
جهت بررسی میزان جذب در غلظتهای کروم متفاوت، 7 نمونه 50 میلی لیتری با غلظتهای از 100 میلیگرم بر لیتر تا 600 میلی گرم بر لیتر در ظروف 100 میلی لیتری روی 2 گرم پودر جاذب ریخته و سپس pH محلولها به وسیله اسید نیتریک و آمونیاک روی pH بهینه محاسبه شده در مرحله قبل، تنظیم شد. نمونه ها به مدت 2 ساعت روی همزن مغناطیسی قرار گرفته و پس از آن نمونه ها با کاغذ فیلتر جدا شده و توسط دستگاه جذب اتمی، غلظت کروم آن اندازهگیری گردید. با رسم نمودار درصد جذب بر حسب تغییرات غلظت اولیه محلول کروم، روند تغییرات و غلظت اولیه بهینه بررسی گردید.
به منظور بررسی اثر دوز جاذب، داخل 7 عدد بشر 100 میلی لیتری، مقادیر از 5/0 گرم تا 5/3 گرم پودر جاذب معمولی تهیه شده را ریخته و سپس محلول کروم با غلظت بهینه محاسبه شده در مرحله قبل به حجم 50 میلیلیتر را داخل هر ظرف ریخته و محلولها به وسیله اسید نیتریک و آمونیاک روی pH بهینه محاسبه شده تنظیم شد. سپس نمونه ها به مدت 2 ساعت روی همزن مغناطیسی قرار گرفته و پس از فیلتراسیون محلول طبق مراحل قبل، درصد جذب کروم برای هر دوز جاذب محاسبه شد. جهت بررسی روند تغییرات و دوز اولیه بهینه پودر جاذب، نمودار درصد جذب بر حسب وزن جاذب رسم گردید.
در مرحله بعد با ثابت نگه داشتن تمامی پارامترهای بهینه مراحل قبل، 6 نمونه با زمانهای جذب متفاوت روی همزن مغناطیسی قرار گرفت. پس از طی زمان مورد نظر و مراحل فیلتراسیون و محاسبه دستگاه، نمودار درصد جذب برحسب زمان تعادل هر نمونه رسم و بررسی شد. با تعیین زمان بهینه و دیگر پارامترهایی که در مراحل قبل بدست آمدند، میتوان یک فرآیند جذب با بیشترین درصد جذب را طراحی نمود و آزمایشهای تعیین مدل ایزوترم و سینتیک را در شرایط بهینه انجام داد.
برای بررسی مدل جذب صورت گرفته از بین ایزوترمهای لانگمویر و فروندلیچ، با ثابت نگه داشتن کلیه پارامترهای بهینه محاسبه شده، غلظتهای اولیه کروم مختلف تهیه شد و برای هر کدام از آنها آزمایش جذب با شرایط یکسان انجام شد. غلظت تعادلی برای هر نمونه بدست آمده و بهوسیله فرمول زیر ظرفیت جذب qe بر حسب میلیگرم بر گرم محاسبه شد:
(2)
که در آن C0 غلظت کروم اولیه نمونه، Ce غلظت کروم ثانویه یا تعادلی محلول بر حسب میلیگرم بر گرم بوده Cads. غلظت جاذب در محلول (گرم بر لیتر) است.
یکی از مهمترین عوامل برای طراحی سیستم جذب، تعیین زمان تماس بهینه است. از این رو پیشبینی سرعت فرآیند جذب که به وسیله مدلهای سینتیکی، سرعت واکنش کنترل میشود از اهمیت ویژهای برخوردار است. در این تحقیق دادههای آزمایشگاهی بدست آمده با مدلهای شبه درجه اول و شبه درجه دوم به ترتیب بر اساس معادلات 3 و 4 بررسی شدند (17، 16).
(3)
(4)
در معادلات بالا qe ظرفیت جذب در زمان تعادل (میلیگرم بر گرم)، qt ظرفیت جذب (میلیگرم بر گرم) در زمان t ، k1 سرعت بیوجذب (بر دقیقه) بر اساس مدل شبه درجه اول و k2 نیز سرعت بیوجذب (گرم بر میلیگرم بر دقیقه) بر اساس مدل شبه درجه دوم میباشد.
جهت مطالعه سینتیک واکنش جذب، با ثابت نگه داشتن همۀ پارامترهای جذب به غیر از غلظت اولیه کروم و زمان، چند نمونه غلظت اولیه در زمانهای تماس متغیر (20، 40، 60، 80، 120 و 180 دقیقه) آزمایش شد و مقدار log(qe-qt) برای آنها محاسبه شد که در آن qe با معادله 2 محاسبه گردید و qt با معادله زیر:
(5)
که در آن C0 غلظت کروم اولیه نمونه، Ct غلظت کروم ثانویه محلول در زمان t بر حسب میلیگرم بر لیتر بوده Cads. غلظت جاذب در محلول (گرم بر لیتر) میباشد. با رسم نمودار log(qe-qt) بر حسب زمانهای اتخاذ شده، داده ها با مدل شبه درجه اول سینتیک مقایسه و ثابتهای مربوطه محاسبه شدند. جهت بررسی مدل درجه دوم سینتیک نمودار t/qt بر حسب زمان t رسم و ثابتهای مربوطه محاسبه گردید.
یافتهها
برای جاذب معمولی ماکزیمم درصد جذب به میزان 3/53% در 2=pH بدست آمده و برای جاذب اصلاحشده ماکزیمم درصد جذب 3/83 % در 3=pH حاصل شده است (شکل 1- الف ).
همچنین نمودار تغییرات درصد جذب با تغییر غلظت اولیه محلول کروم (شکل 1- ب) حداکثر درصد جذب در غلظت 200 میلیگرم بر لیتر (برای جاذب معمولی) و 300 میلیگرم بر لیتر(برای جاذب اصلاحشده) اتفاق افتاده است.
تأثیر مقدار جاذب مورد استفاده بر درصد جذب کروم VI (شکل 1- ج) نشان میدهد که برای هر دو جاذب ماکزیمم درصد جذب در دوز 2 گرم در 50 میلیلیتر (40 گرم بر لیتر) بدست آمده است.با ثابت نگه داشتن تمامی پارامترهای تأثیرگذار، رابطه بین زمان تماس جاذب و محلول با درصد جذب بررسی شد (شکل 1-د). در ابتدا با افزایش زمان، درصد جذب به سرعت، بالا میرود و پس از گذشت زمان حدود 2 ساعت فرآیند به تعادل رسیده و پس از آن تغییر قابل ملاحظهای در درصد جذب مشاهده نمیشود.
با انجام آزمایشات فوق و استفاده از هر مقدار بهینه در مرحله بعدی انجام آزمایش، مقادیر بهینه جهت واکنش جذب برای هر دو جاذب معمولی و اصلاحشده بدست آمده و مقادیر درصد جذب حداکثر و ظرفیت جذب حداکثر که در پارامترهای بهینه آزمایش حاصل شده است نیز محاسبه شده است (جدول 1).
در این تحقیق دادههای آزمایشگاهی بدست آمده از جذب کروم VI توسط پودر برگ انجیر معمولی در 2=pH، دوز جاذب 40 گرم بر لیتر و زمان 2 ساعت برای جاذب معمولی و برای پودر برگ انجیر اصلاحشده در 3=pH ، دوز جاذب 40 گرم بر لیتر و زمان 2 ساعت با مدلهای خطی لانگمویر و فروندلیچ مقایسه شده است (جدول 2).
داده های بدست آمده از آزمایش جذب و اندازهگیری رگرسیون خطی میزان مطابقت با مدل سینتیک مربوطه را نشان میدهد (جدول 3) که برای جاذب معمولی سینتیک جذب از مدل شبه درجه دوم پیروی میکند (976/0=R2) و برای جاذب اصلاحشده نیز میتوان گفت که سینتیک جذب با مدل شبه درجه دوم مطابقت دارد (982/0=R2). همچنین مقدار رگرسیون و ضرایب k1 و k2 مربوط به هر جاذب محاسبه و مقایسه شدهاند.
آلودگی رو به افزایش فاضلاب های شهری و صنعتی به ترکیبات سمّی فلزات سنگین، در اثر توسعه و رشد صنایع در طی سالهای اخیر یک مسئله نگران کننده محسوب میگردد. یکی از منابع آلاینده مهم، فلز کروم است که ورود آن ها به منابع آبی معمولاً از طریق پساب خروجی بسیاری از صنایع از جمله تولید فولاد زنگ نزن، آبکاری فلزات، چرم سازی، نیروگاه های اتمی، نساجی، خنک سازی آب و تولید کرومات بوده و لذا یکی از مشکلات زیست محیطی نگرانکننده بشر میباشد (1). اهمیت جلوگیری از ورود فلز کروم به محیط زیست از آن جهت است که این عنصر برای موجودات زنده حتی در غلظتهای کم نیز سمّی بهشمار میآید و نیز خاصیت عدم تجزیه پذیری آن، منجر به تجمع آن در بدن موجودات زنده و افزایش غلظت آن در بالای زنجیره غذایی میگردد. به همین دلیل مقدار غلظت مجاز کروم توسط نهادهای بهداشتی و زیستمحیطی دنیا تعیین و رصد میشود. برای کروم غلظت مجاز تعیین شده زیر 50 میکروگرم بر لیتر است که توسط سازمان بهداشت جهانی یا سازمان حفاظت از محیط زیست آمریکا پیشنهاد شده است (3 ، 2). البته مقدار مجاز کروم جهت تخلیه به آبهای سطحی، توسط سازمان حفاظت محیط زیست ایران 500 میکروگرم بر لیتر تعیین شده است (4). عنصر کروم با عدد اتمی 24 از جمله عناصر چندظرفیتی و از دسته فلزات سنگین است که در هوا، خاک و آب یافت می شود. حالات اکسیداسیونی آن از 2+ تا 6+ متغیر است ولی عمدتاً در دو حالت اکسیداسیونی سه و ششظرفیتی در طبیعت حضور دارد که پایداری این دو حالت به شدت به pH وابسته است. کروم ششظرفیتی نسبت به کروم سهظرفیتی، سمّیت، تحرک و قابلیت انحلال بیشتری دارد و برای سلامت انسان بسیار مضر است (5). تاکنون تحرک زیست محیطی و آلودگی کروم توسط محققین زیادی مورد مطالعه قرار گرفته است و بنظر می رسد که کروم ششظرفیتی حدود 100 تا 1000 برابر از کروم سهظرفیتی سمّی تر است.
در سیستم محیط زیست Cr6+ بهصورت اکسیآنیون های کرومات (Cr2O42-)، بی کرومات (HCrO4-)، و دی کرومات (Cr2O7-) حضور دارد و قابلیت انحلال آن در آب بسیار بالاست. در مقابل Cr3+ قابلیت انحلال کمتری در آب داشته و آمادگی رسوبگذاری بصورت Cr(OH)3 یا هیدروکسید مخلوط Fe و Cr در pH های بیشتر از 4 را دارد. کروم سهظرفیتی در مواد با قابلیت انحلال پایین قرار دارد و بنابراین خارج از دسترس ارگانیسم هاست.
با توجه به مشکلات عمده زیست محیطی که توسط فلز کروم در طبیعت ایجاد میشود، روشهای متعددی به منظور کاهش غلظت این آلاینده در طبیعت مورد بررسی قرار گرفتهاند که امروزه روش جذب با اختلاف فاحش، کاربردیترین و رایج ترین روش برای جذب کروم VI شده است. بخصوص اگر با مراحل بازتولید و بازیافت جاذب همراه شود. این بازتولید جاذب مشکل دفع لجن فرآیند را برطرف کرده و از لحاظ اقتصادی فرآیند را مقرون به صرفه تر میکند (6). در سالهای اخیر تمایل به استفاده از جاذبهای مختلف زیاد شده است از جمله حذف کروم از پسابها بوسیله باکتری، قارچ، گیاهان آبی و دیگر انواع گیاهان گزارش شده است. این جاذبها اگرچه عملکرد خوبی از خود در مقیاس آزمایشگاهی نشان دادهاند ولی از آنجا که در برابر حجم وسیع آلودگی صنعتی، حجم زیادی از این گیاهان در طبیعت موجود نیستند، استفاده از آنها در مقیاس صنعتی مناسب و عملی نیست (7). جاذبهای ارزان قیمت پتانسیل بالایی را برای جذب کروم از پسابها نشان داده اند و مطالعات مروری خوبی در زمینه حذف فلزات سنگین با استفاده از جاذبهای ارزان قیمت صورت گرفته است (10- 8). به عنوان نمونه Maingi و دیگران (11) از ترکیب مساوی برگ چای و دانه کدوحلوایی برای حذف کروم ششظرفیتی از محلول آبی استفاده نموده و به حذف 98 درصدی از محلول 50 میلیگرم بر گرم در زمان 60 دقیقه رسیدهاند. همینطور Ankitha و دیگران (12) با استفاده از پوست دانه گیاه آرکا موفق به حذف 50 درصدی کروم ششظرفیتی از محلول 50 ppm شدهاند.
تحقیقات نشان داده است که با استفاده از جاذب های اصلاح شده ضایعات گیاهی و گیاهان و محصولات سلولزی اصلاح شده حذف کروم به مقدار قابلتوجهی ازمحلولهای آبی می تواند اتفاق بیفتد(13،9).بسیاری از محصولات جانبی کشاورزی میتوانند جاذب ارزان قیمت خوبی هم برای کروم III و هم برای کروم VI باشند. ضایعات سلولزی شامل ضایعات چوبی (خاک اره، ضایعات تولید کاغذ) و ضایعات کشاورزی (تفاله نیشکر، سبوس گندم، پوشال گندم و...) اگرچه ظرفیت جذبشان با دیگر جاذب های طبیعی برابر است ولی دارای مزایای زیر هستند: کاربرد آسان، در دسترس بودن مقادیر زیاد، هزینه ناچیز و حتی صفر و ایجاد ارزش افزوده برای موادی که اگر استفاده نمیشدند فقط ضایعات به حساب میآمدند (14).
لذا در این مطالعه اثر پودر برگ خشک شده انجیر به عنوان یک جاذب زیستی ارزان قیمت به دو صورت معمولی و اصلاح شده با اسید نیتریک، بر حذف فلز کروم ششظرفیتی از محلول آبی سنتتیک حاوی این فلز مورد بررسی و مقایسه قرار گرفته است.
روش بررسی
به منظور مشخصشدن امکان استفاده از پودر برگ انجیر به عنوان جاذب کروم ششظرفیتی از محلول آبی، مطالعه آزمایشگاهی شامل محلول سازی سنتتیک محلول کروم شش
ظرفیتی و بررسی اثر پارامترهای pH، دوز جاذب، غلظت اولیه کروم در محلول آبی و زمان تماس، آزمایشها در دو مرحله مجزا با دو نوع جاذب طراحی گردیده و مقدار ثانویه غلظت کروم محلول با استتفاده از روش جذب اتمی پس از هر آزمایش اندازهگیری شده است. بدین منظور در فاز اول از پودر برگ انجیر به صورت طبیعی، خشک شده و الک شده با الک استاندارد ASTM 40 استفاده شد و در فاز دوم علاوه بر عملیات فیزیکی آمادهسازی، اصلاح با اسید روی آن انجام شد بدین ترتیب که پودر برگ انجیر معمولی تهیه شده که در مرحله قبل به آن اشاره شد به مقدار 20 گرم داخل 500 میلیلیتر اسید کلریدریک 5/0 مولار ریخته شده و به مدت 2 ساعت روی همزن با دور 200rpm در دمای محیط قرار گرفت. سپس محلول از روی همزن برداشته شده و به همان صورت به مدت 24 ساعت در دمای محیط قرار گرفت. پس از طی زمان 24 ساعت محلول فوق فیلتر شده و برگ انجیر خیسانده شده، کاملاً با آب مقطر شستشو شد تا از حذف کامل اسید از روی پودر
اطمینان حاصل گردد. پودر شسته شده سپس به مدت 4 ساعت در آون با دمای 85 درجه سانتیگراد قرار گرفت تا کاملا خشک شود و پس از آن پودر خشک شده به منظور جلوگیری از جذب رطوبت داخل دسیکاتور قرار گرفت.
جهت تهیه محلول استوک کروم شش ظرفیتی به غلظت 600 میلیگرم بر لیتر مقدار 69/1 گرم دی کرومات پتاسیم (K2Cr2O7) در 1000 میلیلیتر آب مقطر (De-ionized distilled water) حل شده و این محلول با غلظت 600 میلی گرم بر لیتر به عنوان محلول مادر تا پایان آزمایشها استفاده شد و غلظتهای رقیقتر مورد نیاز با رقیقسازی همین محلول تهیه گردید. تمامی مواد مورد استفاده از گرید آزمایشگاهی و با برند Merck آلمان بوده است. همچنین در انجام آزمایشهای این تحقیق از دستگاه pH Meter مدل 691 Metrohm به منظور تنظیم pH محلول و همزن مغناطیسی مدل Retsch-RS 15 جهت تنظیم دور همزدن مخلوط جاذب و محلول استفاده گردید. غلظتهای ثانویه محلول کروم پس از فرآیند جذب توسط دستگاه جذب اتمی GBC-Exploraa Dual اندازه گیری شد (15).
دستورالعمل آزمایشهای جذب بر اساس استاندارد متد به این صورت انجام شد که با تعیین پارامترهای pH، دوز جاذب، غلظت اولیه محلول و زمان تماس آزمایش انجام شد (15). پس از طی زمان مورد نظر آزمایش، محلول آبی بوسیله کاغذ فیلتر از پودر جاذب جدا گردید. محلول صاف شده سپس توسط دستگاه جذب اتمی، میزان کروم آن اندازهگیری شد. محاسبه درصد جذب کروم با فرمول زیر انجام شد:
(1)
که در آن C0 غلظت اولیه کروم در محلول و C1 غلظت کروم در محلول پس از فرآیند جذب میباشد.
جهت بدست آوردن پارامترهای بهینه فرآیند جذب، در مرحله اول اثر pH بررسی گردید. داخل 7 عدد بشر 100 میلی لیتری، 2 گرم پودر جاذب را ریخته و سپس روی هر کدام 50 میلیلیتر محلول استوک به غلظت 200 میلیگرم بر لیتر اضافه گردید و pH محلول به وسیله اسید نیتریک و آمونیاک در مقادیر 1، 2، 3، 4، 5، 6 و 7 برای هر نمونه تنظیم شد. سپس نمونه ها به مدت 2 ساعت روی همزن مغناطیسی قرار گرفته و پس از آن نمونه ها توسط کاغذ فیلتر جدا شده و توسط دستگاه جذب اتمی میزان کروم آن اندازهگیری شد. با محاسبه درصد جذب کروم برای هر pH، نمودار درصد جذب بر حسب pH رسم شد و علاوه بر بررسی روند تغییرات درصد جذب با pH، مقدار pH بهینه که در آن بیشترین جذب اتفاق افتاده بدست آمد و از این pH برای آزمایشهای مراحل بعد استفاده گردید.
جهت بررسی میزان جذب در غلظتهای کروم متفاوت، 7 نمونه 50 میلی لیتری با غلظتهای از 100 میلیگرم بر لیتر تا 600 میلی گرم بر لیتر در ظروف 100 میلی لیتری روی 2 گرم پودر جاذب ریخته و سپس pH محلولها به وسیله اسید نیتریک و آمونیاک روی pH بهینه محاسبه شده در مرحله قبل، تنظیم شد. نمونه ها به مدت 2 ساعت روی همزن مغناطیسی قرار گرفته و پس از آن نمونه ها با کاغذ فیلتر جدا شده و توسط دستگاه جذب اتمی، غلظت کروم آن اندازهگیری گردید. با رسم نمودار درصد جذب بر حسب تغییرات غلظت اولیه محلول کروم، روند تغییرات و غلظت اولیه بهینه بررسی گردید.
به منظور بررسی اثر دوز جاذب، داخل 7 عدد بشر 100 میلی لیتری، مقادیر از 5/0 گرم تا 5/3 گرم پودر جاذب معمولی تهیه شده را ریخته و سپس محلول کروم با غلظت بهینه محاسبه شده در مرحله قبل به حجم 50 میلیلیتر را داخل هر ظرف ریخته و محلولها به وسیله اسید نیتریک و آمونیاک روی pH بهینه محاسبه شده تنظیم شد. سپس نمونه ها به مدت 2 ساعت روی همزن مغناطیسی قرار گرفته و پس از فیلتراسیون محلول طبق مراحل قبل، درصد جذب کروم برای هر دوز جاذب محاسبه شد. جهت بررسی روند تغییرات و دوز اولیه بهینه پودر جاذب، نمودار درصد جذب بر حسب وزن جاذب رسم گردید.
در مرحله بعد با ثابت نگه داشتن تمامی پارامترهای بهینه مراحل قبل، 6 نمونه با زمانهای جذب متفاوت روی همزن مغناطیسی قرار گرفت. پس از طی زمان مورد نظر و مراحل فیلتراسیون و محاسبه دستگاه، نمودار درصد جذب برحسب زمان تعادل هر نمونه رسم و بررسی شد. با تعیین زمان بهینه و دیگر پارامترهایی که در مراحل قبل بدست آمدند، میتوان یک فرآیند جذب با بیشترین درصد جذب را طراحی نمود و آزمایشهای تعیین مدل ایزوترم و سینتیک را در شرایط بهینه انجام داد.
برای بررسی مدل جذب صورت گرفته از بین ایزوترمهای لانگمویر و فروندلیچ، با ثابت نگه داشتن کلیه پارامترهای بهینه محاسبه شده، غلظتهای اولیه کروم مختلف تهیه شد و برای هر کدام از آنها آزمایش جذب با شرایط یکسان انجام شد. غلظت تعادلی برای هر نمونه بدست آمده و بهوسیله فرمول زیر ظرفیت جذب qe بر حسب میلیگرم بر گرم محاسبه شد:
(2)
که در آن C0 غلظت کروم اولیه نمونه، Ce غلظت کروم ثانویه یا تعادلی محلول بر حسب میلیگرم بر گرم بوده Cads. غلظت جاذب در محلول (گرم بر لیتر) است.
یکی از مهمترین عوامل برای طراحی سیستم جذب، تعیین زمان تماس بهینه است. از این رو پیشبینی سرعت فرآیند جذب که به وسیله مدلهای سینتیکی، سرعت واکنش کنترل میشود از اهمیت ویژهای برخوردار است. در این تحقیق دادههای آزمایشگاهی بدست آمده با مدلهای شبه درجه اول و شبه درجه دوم به ترتیب بر اساس معادلات 3 و 4 بررسی شدند (17، 16).
(3)
(4)
در معادلات بالا qe ظرفیت جذب در زمان تعادل (میلیگرم بر گرم)، qt ظرفیت جذب (میلیگرم بر گرم) در زمان t ، k1 سرعت بیوجذب (بر دقیقه) بر اساس مدل شبه درجه اول و k2 نیز سرعت بیوجذب (گرم بر میلیگرم بر دقیقه) بر اساس مدل شبه درجه دوم میباشد.
جهت مطالعه سینتیک واکنش جذب، با ثابت نگه داشتن همۀ پارامترهای جذب به غیر از غلظت اولیه کروم و زمان، چند نمونه غلظت اولیه در زمانهای تماس متغیر (20، 40، 60، 80، 120 و 180 دقیقه) آزمایش شد و مقدار log(qe-qt) برای آنها محاسبه شد که در آن qe با معادله 2 محاسبه گردید و qt با معادله زیر:
(5)
که در آن C0 غلظت کروم اولیه نمونه، Ct غلظت کروم ثانویه محلول در زمان t بر حسب میلیگرم بر لیتر بوده Cads. غلظت جاذب در محلول (گرم بر لیتر) میباشد. با رسم نمودار log(qe-qt) بر حسب زمانهای اتخاذ شده، داده ها با مدل شبه درجه اول سینتیک مقایسه و ثابتهای مربوطه محاسبه شدند. جهت بررسی مدل درجه دوم سینتیک نمودار t/qt بر حسب زمان t رسم و ثابتهای مربوطه محاسبه گردید.
یافتهها
برای جاذب معمولی ماکزیمم درصد جذب به میزان 3/53% در 2=pH بدست آمده و برای جاذب اصلاحشده ماکزیمم درصد جذب 3/83 % در 3=pH حاصل شده است (شکل 1- الف ).
همچنین نمودار تغییرات درصد جذب با تغییر غلظت اولیه محلول کروم (شکل 1- ب) حداکثر درصد جذب در غلظت 200 میلیگرم بر لیتر (برای جاذب معمولی) و 300 میلیگرم بر لیتر(برای جاذب اصلاحشده) اتفاق افتاده است.
تأثیر مقدار جاذب مورد استفاده بر درصد جذب کروم VI (شکل 1- ج) نشان میدهد که برای هر دو جاذب ماکزیمم درصد جذب در دوز 2 گرم در 50 میلیلیتر (40 گرم بر لیتر) بدست آمده است.با ثابت نگه داشتن تمامی پارامترهای تأثیرگذار، رابطه بین زمان تماس جاذب و محلول با درصد جذب بررسی شد (شکل 1-د). در ابتدا با افزایش زمان، درصد جذب به سرعت، بالا میرود و پس از گذشت زمان حدود 2 ساعت فرآیند به تعادل رسیده و پس از آن تغییر قابل ملاحظهای در درصد جذب مشاهده نمیشود.
با انجام آزمایشات فوق و استفاده از هر مقدار بهینه در مرحله بعدی انجام آزمایش، مقادیر بهینه جهت واکنش جذب برای هر دو جاذب معمولی و اصلاحشده بدست آمده و مقادیر درصد جذب حداکثر و ظرفیت جذب حداکثر که در پارامترهای بهینه آزمایش حاصل شده است نیز محاسبه شده است (جدول 1).
در این تحقیق دادههای آزمایشگاهی بدست آمده از جذب کروم VI توسط پودر برگ انجیر معمولی در 2=pH، دوز جاذب 40 گرم بر لیتر و زمان 2 ساعت برای جاذب معمولی و برای پودر برگ انجیر اصلاحشده در 3=pH ، دوز جاذب 40 گرم بر لیتر و زمان 2 ساعت با مدلهای خطی لانگمویر و فروندلیچ مقایسه شده است (جدول 2).
داده های بدست آمده از آزمایش جذب و اندازهگیری رگرسیون خطی میزان مطابقت با مدل سینتیک مربوطه را نشان میدهد (جدول 3) که برای جاذب معمولی سینتیک جذب از مدل شبه درجه دوم پیروی میکند (976/0=R2) و برای جاذب اصلاحشده نیز میتوان گفت که سینتیک جذب با مدل شبه درجه دوم مطابقت دارد (982/0=R2). همچنین مقدار رگرسیون و ضرایب k1 و k2 مربوط به هر جاذب محاسبه و مقایسه شدهاند.
|
|
|||
|
|
شکل 1: تغییرات درصد جذب کروم بر حسب (الف) pH در غلظت اولیه 200 میلیگرم بر لیتر، غلظت جاذب 40 گرم بر لیتر و زمان تماس 2 ساعت، (ب) غلظت اولیه محلول در 2=pH، غلظت جاذب 40 گرم بر لیتر و زمان تماس 2 ساعت برای جاذب معمولی و 3=pH ، غلظت جاذب 40 گرم بر لیتر و زمان تماس 2 ساعت برای جاذب اصلاحشده، (ج) مقدار جاذب در 2=pH، غلظت اولیه 200 میلیگرم بر لیتر، حجم محلول 50 میلیلیتر و زمان تماس 2 ساعت برای جاذب معمولی و 3=pH، غلظت اولیه 300 میلیگرم بر لیتر، حجم محلول 50 میلی لیتر و زمان تماس 2 ساعت در مقادیر متفاوت جاذب (گرم) برای جاذب اصلاحشده، (د) زمان در 2=pH، غلظت اولیه 200 میلیگرم بر لیتر، غلظت جاذب 40 گرم بر لیتر برای جاذب معمولی و 3=pH، غلظت اولیه 300 میلیگرم بر لیتر، غلظت جاذب 40 گرم بر لیتر برای جاذب اصلاحشده
جدول 1: مقایسه پارامترهای بهینه جذب بهوسیله پودر برگ انجیر معمولی و پودر برگ انجیر اصلاحشده
| پارامترهای بهینه | pH | غلظت اولیه کروم VI (میلیگرم بر لیتر) |
غلظت جاذب (گرم بر لیتر) |
زمان (ساعت) |
درصد جذب | ظرفیت جذب (میلیگرم بر گرم) |
| جاذب معمولی | 2 | 200 | 40 | 2 | 33/54% | 72/2 |
| جاذب اصلاحشده | 3 | 300 | 40 | 2 | 50/91% |
86/6 |
جدول 2: مقایسه ایزوترمهای لانگمویر و فروندلیچ برای پودر برگ انجیر معمولی و اصلاحشده به عنوان جاذب کروم VI
| جاذب | ایزوترم لانگمویر | ایزوترم فروندلیچ | |||||
| qm | bL | R2 | kF | n | R2 | ||
| معمولی | 52/4 | 009/0 | 942/0 | - | - | 844/0 | |
| اصلاحشده | 17/9 | 04/0 | 975/0 | - | - | 670/0 | |
جدول 3 : مقایسه مدلهای سینتیک شبه درجه اول و شبه درجه دوم برای پودر برگ انجیر معمولی و اصلاحشده به عنوان جاذب کروم VI
| جاذب | مدل شبه درجه اول | مدل شبه درجه دوم | |||||||
| k1 | qe | R2 | k2 | qe | R2 | ||||
| معمولی | 02/0 | 88/3 | 925/0 | 3-10 | x | 10/1 | 92/5 | 976/0 | |
| اصلاحشده | 32/0 | 91/12 | 806/0 | 4-10 | x | 95/8 | 05/12 | 982/0 | |
بحث و نتیجهگیری
برای جاذب معمولی ماکزیمم درصد جذب به میزان 3/53% در 2=pH بدست آمده و برای جاذب اصلاحشده ماکزیمم درصد جذب 3/83% در 3=pH حاصل شده است. روند هر دو نمودار که با رسیدن به نقطه ماکزیمم در 2=pH و 3=pH ، با افزایش pH حالت نزولی به خود گرفته است نیز مؤید این نکته است که با افزایش pH، درصد جذب کروم VI توسط جاذب پودر برگ انجیر کاهش مییابد و pH بهینه برای جاذب معمولی 2 و برای جاذب اصلاحشده 3 میباشد که هر دو در رنج اسیدی میباشند.
همانگونه که Park و همکاران بیان کردهاند جذب بیشتر در pH های اسیدی نشاندهنده این است که در pH های پایین مقدار یون H+ روی سطح جاذب بالاست که باعث ایجاد جاذبه الکترواستاتیکی بین جاذب با بار مثبت و یونهای منفی کرومات میشود (18). نتایج مطالعه حاضر که هر دو pH بهینه در رنج اسیدی و زیر 3 واقع شدهاند با نتایج تحقیقات قبلی مطابقت دارد.
قرار گرفتن نمودار جاذب اصلاحشده بالای نمودار جاذب معمولی (شکل 1-الف) نیز به این نکته اشاره میکند که در هر pH، درصد جذب به وسیله جاذب اصلاح شده به طور قابل
ملاحظهای بیشتر از جذب به وسیله جاذب معمولی است که افزایش راندمان جاذب به دلیل روش اصلاح مناسب را نشان میدهد.
همان گونه که از نمودار تغییرات درصد جذب با تغییر غلظت اولیه محلول کروم (شکل 1- ب ) مشخص است با افزایش غلظت اولیه محلول از 100 میلیگرم بر لیتر تا 200 میلیگرم بر لیتر (برای جاذب معمولی) و از 100 میلیگرم بر لیتر تا 300 میلیگرم بر لیتر (برای جاذب اصلاحشده) درصد جذب نیز افزایش یافته است که این به دلیل نسبت پایین یون کروم VI به تعداد سایتهای خالی روی جاذب بوده است. ولی با افزایش غلظت محلول، سایتهای خالی روی جاذب کمتر شده و به تدریج به حالت اشباع درآمده و باعث کاهش درصد جذب میشوند. مقایسه نمودارهای آزمایشگاهی با مطالعات قبلی هم مؤید این نکته است که در حالت کلی با افزایش غلظت اولیه محلول، به دلیل افزایش یون فلز نسبت به یک تعداد ثابت سایت جاذب، درصد جذب فلز کاهش خواهد یافت. دو نکته دیگر هم قابل توجه میباشند: اول فاصله عمودی دو نمودار جاذب معمولی و جاذب اصلاحشده که بازدهی بهتر جاذب اصلاحشده را نشان میدهد؛ و دوم مقدار ماکزیمم نمودار که در حالت معمولی روی 200 میلیگرم بر لیتر و در حالت استفاده از جاذب اصلاحشده روی مقدار 300 میلیگرم بر لیتر است. این مقایسه نیز عملکرد بهتر و ظرفیت بیشتر جاذب اصلاحشده را برای جذب کروم VI نشان میدهد.
با توجه به نمودار تأثیر مقدار جاذب مورد استفاده بر درصد جذب کروم VI (شکل 1-ج )، در ابتدا افزایش مقدار جاذب باعث افزایش درصد جذب فلز شده است که به دلیل افزایش سطح جاذب و به دنبال آن افزایش جایگاههای فعالی است که توانایی جذب کروم را دارند. با رسیدن به مقدار جاذب 2 گرم، درصد جذب برای هر دو نمودار ماکزیمم شده است و پس از آن افزایش مقدار جاذب، دیگر تأثیری بر درصد جذب نداشته است.
جهت بررسی تأثیر زمان تماس جاذب با محلول روی درصد جذب تمامی پارامترهای تأثیرگذار، ثابت نگه داشته شده و داده ها بررسی گردیدند (شکل 1-د). در ابتدا با افزایش زمان، درصد جذب با یک نرخ زیادی به سرعت بالا میرود و پس از گذشت زمان حدود 120 دقیقه فرآیند به تعادل رسیده و پس از آن تغییر قابل ملاحظهای در درصد جذب مشاهده نمیشود. شیب زیاد نمودار در مراحل ابتدایی جذب به دلیل وجود گرادیان غلظتی بالا بین جاذب و یونهای کروم است که فرآیند جذب را سریع میکند ولی با افزایش زمان و پرشدن سایت های خالی روی جاذب درصد جذب یونهای کروم کم شده و فرآیند کمکم به حالت تعادل نزدیک میشود که در این تحقیق برای هر دو جاذب در زمان 120 دقیقه به تعادل رسیده است. در مراحل بعد به دلیل کمبود سایتهای خالی در دسترس و نفوذ کندتر یون های کروم در حجم جاذب، جذب کندتر شده و به حالت تعادل نزدیک میشود.
نتایج بررسی ایزوترمهای هر واکنش نشان داد که فرآیند جذب در هر دو حالت از ایزوترم لانگمویر پیروی میکند (برای جاذب معمولی 942/0=R2 و برای جاذب اصلاحشده 975/0=R2). هم چنین مطالعات سینتیکی انجام گرفته تطابق مدل جذب را با مدل شبه درجه دوم سینتیکی نشان داد (برای جاذب معمولی 976/0=R2 و برای جاذب اصلاحشده 982/0=R2).
مقایسه جاذب معمولی و اصلاحشده از لحاظ درصد جذب (33/54% در برابر 50/91%) و ظرفیت جذب (72/2 میلیگرم بر گرم در برابر 86/6 میلیگرم بر گرم) و نمودارهای بدست آمده در بررسی اثر هر پارامتر نشان داد که اگرچه پودر برگ انجیر به صورت معمولی نمیتواند جاذب خیلی خوبی برای کروم شش ظرفیتی باشد ولی پودر برگ انجیر بصورت اصلاحشده بازدهی و ظرفیت جذب خوبی نسبت به جاذبهای دیگری که توسط محققین بررسی شده است از خود نشان داد و در مجموع جاذب مناسبی برای جذب کروم ششظرفیتی از محلول آبی میباشد. مطالعات مشابه با استفاده از محصولات سلولزی نیز درصد جذبی بین 50 تا 100 درصد را از محلولهای حاوی کروم ششظرفیتی نشان میدهد (19). مطالعه Wan Ngah و Hanafiah (9) نیز نشان میدهد که روش اصلاح جاذب با اسید برای حذف فلزات سنگین روشی مناسب و مؤثر بوده به این دلیل که با افزایش تعداد سایتهای خالی روی جاذب خواص تبادل یونی و پیوند یونی برای جذب فلز سنگین مورد نظر را بهبود میبخشد.
تضاد منافع
نویسندگان این مقاله اعلام می دارند که هیچ گونه تضاد منافعی وجود ندارد.
تشکر و قدردانی
بدینوسیله از زحمات و راهنماییهای آقای مهندس بیژن عباسی و همکاران ایشان در آزمایشگاه تشکر میگردد.
برای جاذب معمولی ماکزیمم درصد جذب به میزان 3/53% در 2=pH بدست آمده و برای جاذب اصلاحشده ماکزیمم درصد جذب 3/83% در 3=pH حاصل شده است. روند هر دو نمودار که با رسیدن به نقطه ماکزیمم در 2=pH و 3=pH ، با افزایش pH حالت نزولی به خود گرفته است نیز مؤید این نکته است که با افزایش pH، درصد جذب کروم VI توسط جاذب پودر برگ انجیر کاهش مییابد و pH بهینه برای جاذب معمولی 2 و برای جاذب اصلاحشده 3 میباشد که هر دو در رنج اسیدی میباشند.
همانگونه که Park و همکاران بیان کردهاند جذب بیشتر در pH های اسیدی نشاندهنده این است که در pH های پایین مقدار یون H+ روی سطح جاذب بالاست که باعث ایجاد جاذبه الکترواستاتیکی بین جاذب با بار مثبت و یونهای منفی کرومات میشود (18). نتایج مطالعه حاضر که هر دو pH بهینه در رنج اسیدی و زیر 3 واقع شدهاند با نتایج تحقیقات قبلی مطابقت دارد.
قرار گرفتن نمودار جاذب اصلاحشده بالای نمودار جاذب معمولی (شکل 1-الف) نیز به این نکته اشاره میکند که در هر pH، درصد جذب به وسیله جاذب اصلاح شده به طور قابل
ملاحظهای بیشتر از جذب به وسیله جاذب معمولی است که افزایش راندمان جاذب به دلیل روش اصلاح مناسب را نشان میدهد.
همان گونه که از نمودار تغییرات درصد جذب با تغییر غلظت اولیه محلول کروم (شکل 1- ب ) مشخص است با افزایش غلظت اولیه محلول از 100 میلیگرم بر لیتر تا 200 میلیگرم بر لیتر (برای جاذب معمولی) و از 100 میلیگرم بر لیتر تا 300 میلیگرم بر لیتر (برای جاذب اصلاحشده) درصد جذب نیز افزایش یافته است که این به دلیل نسبت پایین یون کروم VI به تعداد سایتهای خالی روی جاذب بوده است. ولی با افزایش غلظت محلول، سایتهای خالی روی جاذب کمتر شده و به تدریج به حالت اشباع درآمده و باعث کاهش درصد جذب میشوند. مقایسه نمودارهای آزمایشگاهی با مطالعات قبلی هم مؤید این نکته است که در حالت کلی با افزایش غلظت اولیه محلول، به دلیل افزایش یون فلز نسبت به یک تعداد ثابت سایت جاذب، درصد جذب فلز کاهش خواهد یافت. دو نکته دیگر هم قابل توجه میباشند: اول فاصله عمودی دو نمودار جاذب معمولی و جاذب اصلاحشده که بازدهی بهتر جاذب اصلاحشده را نشان میدهد؛ و دوم مقدار ماکزیمم نمودار که در حالت معمولی روی 200 میلیگرم بر لیتر و در حالت استفاده از جاذب اصلاحشده روی مقدار 300 میلیگرم بر لیتر است. این مقایسه نیز عملکرد بهتر و ظرفیت بیشتر جاذب اصلاحشده را برای جذب کروم VI نشان میدهد.
با توجه به نمودار تأثیر مقدار جاذب مورد استفاده بر درصد جذب کروم VI (شکل 1-ج )، در ابتدا افزایش مقدار جاذب باعث افزایش درصد جذب فلز شده است که به دلیل افزایش سطح جاذب و به دنبال آن افزایش جایگاههای فعالی است که توانایی جذب کروم را دارند. با رسیدن به مقدار جاذب 2 گرم، درصد جذب برای هر دو نمودار ماکزیمم شده است و پس از آن افزایش مقدار جاذب، دیگر تأثیری بر درصد جذب نداشته است.
جهت بررسی تأثیر زمان تماس جاذب با محلول روی درصد جذب تمامی پارامترهای تأثیرگذار، ثابت نگه داشته شده و داده ها بررسی گردیدند (شکل 1-د). در ابتدا با افزایش زمان، درصد جذب با یک نرخ زیادی به سرعت بالا میرود و پس از گذشت زمان حدود 120 دقیقه فرآیند به تعادل رسیده و پس از آن تغییر قابل ملاحظهای در درصد جذب مشاهده نمیشود. شیب زیاد نمودار در مراحل ابتدایی جذب به دلیل وجود گرادیان غلظتی بالا بین جاذب و یونهای کروم است که فرآیند جذب را سریع میکند ولی با افزایش زمان و پرشدن سایت های خالی روی جاذب درصد جذب یونهای کروم کم شده و فرآیند کمکم به حالت تعادل نزدیک میشود که در این تحقیق برای هر دو جاذب در زمان 120 دقیقه به تعادل رسیده است. در مراحل بعد به دلیل کمبود سایتهای خالی در دسترس و نفوذ کندتر یون های کروم در حجم جاذب، جذب کندتر شده و به حالت تعادل نزدیک میشود.
نتایج بررسی ایزوترمهای هر واکنش نشان داد که فرآیند جذب در هر دو حالت از ایزوترم لانگمویر پیروی میکند (برای جاذب معمولی 942/0=R2 و برای جاذب اصلاحشده 975/0=R2). هم چنین مطالعات سینتیکی انجام گرفته تطابق مدل جذب را با مدل شبه درجه دوم سینتیکی نشان داد (برای جاذب معمولی 976/0=R2 و برای جاذب اصلاحشده 982/0=R2).
مقایسه جاذب معمولی و اصلاحشده از لحاظ درصد جذب (33/54% در برابر 50/91%) و ظرفیت جذب (72/2 میلیگرم بر گرم در برابر 86/6 میلیگرم بر گرم) و نمودارهای بدست آمده در بررسی اثر هر پارامتر نشان داد که اگرچه پودر برگ انجیر به صورت معمولی نمیتواند جاذب خیلی خوبی برای کروم شش ظرفیتی باشد ولی پودر برگ انجیر بصورت اصلاحشده بازدهی و ظرفیت جذب خوبی نسبت به جاذبهای دیگری که توسط محققین بررسی شده است از خود نشان داد و در مجموع جاذب مناسبی برای جذب کروم ششظرفیتی از محلول آبی میباشد. مطالعات مشابه با استفاده از محصولات سلولزی نیز درصد جذبی بین 50 تا 100 درصد را از محلولهای حاوی کروم ششظرفیتی نشان میدهد (19). مطالعه Wan Ngah و Hanafiah (9) نیز نشان میدهد که روش اصلاح جاذب با اسید برای حذف فلزات سنگین روشی مناسب و مؤثر بوده به این دلیل که با افزایش تعداد سایتهای خالی روی جاذب خواص تبادل یونی و پیوند یونی برای جذب فلز سنگین مورد نظر را بهبود میبخشد.
تضاد منافع
نویسندگان این مقاله اعلام می دارند که هیچ گونه تضاد منافعی وجود ندارد.
تشکر و قدردانی
بدینوسیله از زحمات و راهنماییهای آقای مهندس بیژن عباسی و همکاران ایشان در آزمایشگاه تشکر میگردد.
نوع مطالعه: گزارش مورد |
موضوع مقاله:
تخصصي
دریافت: 1395/2/11 | پذیرش: 1395/3/10 | انتشار: 1401/3/10
دریافت: 1395/2/11 | پذیرش: 1395/3/10 | انتشار: 1401/3/10
ارسال پیام به نویسنده مسئول
| بازنشر اطلاعات | |
 |
این مقاله تحت شرایط Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License قابل بازنشر است. |
