دوره 21، شماره 1 - ( فروردین و اردیبهشت 1401 )                   جلد 21 شماره 1 صفحات 97-86 | برگشت به فهرست نسخه ها


XML English Abstract Print


Download citation:
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
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) :97-86

URL: http://tbj.ssu.ac.ir/article-1-2080-fa.html


دانشگاه آزاد اسلامی واحد یزد، یزد ، ایران. ، atefeh.narimanpour@gmail.com
متن کامل [PDF 565 kb]   (58 دریافت)     |   چکیده (HTML)  (250 مشاهده)
متن کامل:   (34 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
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. 
 



(الف)
(ب)
(ج)
(د)


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.

 
نوع مطالعه: گزارش مورد | موضوع مقاله: تخصصي
دریافت: 1395/2/11 | پذیرش: 1395/3/10 | انتشار: 1401/3/10

ارسال نظر درباره این مقاله : نام کاربری یا پست الکترونیک شما:
CAPTCHA

ارسال پیام به نویسنده مسئول


بازنشر اطلاعات
Creative Commons License این مقاله تحت شرایط Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License قابل بازنشر است.

https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/کلیه حقوق این وب سایت متعلق به طلوع بهداشت یزد می باشد.

طراحی و برنامه نویسی : یکتاوب افزار شرق

© 2015 All Rights Reserved | Tolooebehdasht

Designed & Developed by : Yektaweb