دوماهنامه علمی پژوهشی

مقدمه

در جهان امروز، صنایع با چنان شتابی توسعه می‌یابند که اغلب تنها بعد اقتصادی آن‌ها در نظر گرفته ‌شده و توجهی به پیامدهای زیست‌محیطی آن نمی‌شود. ازجمله صنایعی که باید توجهی ویژه به تصفیه پساب‌های آن‌ها داشت، صنایع نساجی و رنگرزی  هست. در فرایندهای صنایع نساجی انواع وسیعی از رنگ‌ها و مواد شیمیایی به مصرف می‌رسد که غالباً این مواد در فاضلاب این صنایع یافت می‌شوند(1،2) توسعه سریع صنایع نساجی منجر به این شد که رنگ ها یکی از منابع اصلی آلودگی آب شوند، کشف رنگ های  سنتتیک، نقش رنگ های طبیعی در کاربردهای صنعتی را در هم شکست، چرا که رنگ های سنتتیک کم هزینه تر تولید می شدند، درخشان تر بوداند، کاربرد راحتری داشته و نسبت به شرایط محیطی دوام بیشتری نشان داد اند(3). از این رو امروزه رنگ های سنتتیک یک گروه مشکل ساز از ترکیبات آلی مقاوم در گروه آلاینده های محیط زیسـت، به خصـوص منابع آبی محسـوب می شوند                          (6-4)رنگ‌های سنتیک به ‌طور گسترده‌ای در صنایع نساجی، کاغذسازی، چاپ و دیگر صنایع استفاده می‌شوند. رنگ‌ها گروه بزرگ و مهمی از آلاینده‌ها در اکوسیستم آبی به شمار می‌رود که بیش از 700هزار تن در سال تولید می‌شود (7).

حضور رنگ­های آلی در فاضلاب صنایع ذکرشده در صورت عدم تصفیه توسط یک سیستم مناسب باعث آلوده کردن منابع آب و کاهش کیفیت آب‌های سطحی و زیرزمینی می­گردد. فاضلاب رنگی و سایر پساب‌های حاصل از این صنایع مشکلات متعددی ازلحاظ بهره‌برداری در تصفیه‌خانه‌های فاضلاب به وجود می‌آورند به‌طوری‌که تخلیه مستقیم فاضلاب صنعت نساجی به داخل مجاری فاضلاب‌رو و یا در محیط، سبب تشکیل لایه‌های لجن حاوی الیاف می‌گردد، وجود مواد رنگ‌زا، پاک‌کننده‌ها و چسب‌ها در فاضلاب نساجی به دلیل قابلیت تجزیه‌پذیری بیولوژیکی بسیار کم آن‌ها، در عملیات تصفیه بیولوژیکی ایجاد اختلال می‌نماید. بعضی از این ترکیبات نمک‌هایی از مشتقات حلقه بنزن هستند که سرطان‌زا می‌باشند. نیتروژن و فسفر مواد رنگ‌زا نیز رشد جلبک‌ها را افزایش داده و مشکل اوتریفیکاسیون را در آب‌های پذیرنده موجب می‌گردند(10-8) متیلن بلو رایج ترین ترکیب رنگی مورد استفاده به منظور رنگ آمیزی پنبه، پشم و ابریشم است. استنشاق این ترکیب می تواند سبب اختلال در تنفس شده و مواجهه مستقیم با آن می تواند باعث بروز آسیب های دایمی به چشم های انسان و حیوانات، سوختگی­های موضعی، تهوع و استفراغ، افزایش تعریق، اختلالات ذهنی و متهمو­گلوبینمیا (Methmoglobina) شود (11،12).

فرآیند­های مختلفی برای تصفیه فاضلاب­های رنگی استفاده شده اند که در سه گروه اصلی: روش های فیزیکی و فرآیند های شیمیایی و بیولوژیکی طبقه بندی می شود (13،4). جذب روی کربن فعال، ته نشینی، اکسیداسیون شیمیایی، تجزیه نوری و بیولوژیکی، کواگولاسیون متداول و الکتروکواگولاسیون به طور موفقیت آمیزی برای تجزیه و تصفیه فاضلاب های رنگی به کار برده شده اند، البته هر یک از روش های ذکر شده معیب و محدودیت هایی دارند، جذب روی کربن فعال روشی گران و زمان بر است، که در نهایت راندمان متناسب با هزینه مصرف شده را متناسب با هزینه مصرف شده را ندارد، روش های اکسیداسیون با کلر و ازن منجر به به تولید محصولات جانبی خطرناک می شوند روش هایی مانند شناور سازی و انعقاد هم فقط آلاینده را از فاز مایع جدا و در فاز جامد قرار    می دهند (4). به طور کلی حذف رنگ ها به دلیل پایداری آن ها در برابر تجزیه بیولوژیکی، وزن مولکولی بالا و داشتن حلقه های آروماتیک با روش های متداول بسیار مشکل است (14). اخیراً، فیلوسیلیکات‌های طبیعی که به‌طورمعمول به‌عنوان خاک رس شناخته می‌شوند در فرایندهای جذب بسیار موردتوجه قرارگرفته‌اند. در این گروه بنتونیت به دلیل اندازه ذرات، سهولت دسترسی، توانایی تبادل یونی و خصوصیات منحصر به ‌فرد فیزیکوشیمیایی به‌عنوان یک جاذب ارزان‌قیمت مطرح می باشد (15). بنتونیت عمدتاً از مونت موریلونیت تشکیل ‌شده است که دارای دولایه از ورقه‌های سیلیسی چهار وجهی می‌باشند که لایه آلومینای هشت ‌وجهی را احاطه کرده‌اند. ساختار لایه‌ای آن‌ها پس از خیس شدن گسترش ‌یافته و در آن سدیم و کلسیم به‌ شدت دهیتراته می‌شوند و درنتیجه یک محیط آب‌دوست در سطح بنتونیت تشکیل‌شده و با تشکیل کاتیون­ها روی سطح بنتونیت باعث افزایش سطح می­گردد (15).

مواد نانو دارای ویژگی های خاصی نظیر اندازه بسیار کوچک، نسبت سطح به نسبت حجم بالا که باعث افزایش جذب آلاینده ها از محیط های آبی می شود (16). روش‌های بسیاری برای سنتز نانو ذرات وجود دارد. در اکثر روش‌های شیمیایی، از یک عامل کاهنده شیمیایی بعنوان تثبیت‌کننده برای کنترل رشد ذرات و جلوگیری از تجمع استفاده می‌شود. به همین دلیل، امروزه سنتز نانو ذرات سازگار با محیط‌زیست رو به افزایش می‌باشد. یک روش جایگزین، سنتز نانو ذرات با استفاده از روش‌های بیولوژیک است. در این روش، عصاره‌های گیاهان مختلف و مشتقات آن ها، میکروارگانیسم هایی مانند باکتری، قارچ، جلبک، مخمر می‌تواند به‌عنوان جایگزین برای سنتز نانو ذرات مورد استفاده قرار گیرد(19-17).

 در مطالعه سجاد لهراسبی و همکاران نانوذرات اکسید آهن (IONPs) با استفاده از عصاره آبی برگ پلانتاگو ماژور به عنوان یک روش ساده و سازگار با محیط زیست سنتز شد تا کارایی آن به عنوان نانو مواد حذف کننده رنگ مورد سنجش قرار گیرد که . نتایج نشان داد که قابلیت حذف رنگ با کارایی 33/83  % در محلول حاوی IONP با H₂o₂ وجود دارد(20).

 در مطالعه دیگر ، نانوذرات نقره با ترکیبات پلی فنولی فنولی از عصاره های آبی (Malus domestica-Green Delicious (MD-GD) و Lagenaria siceraria (LS با نشاسته سنتز شد که این ترکیب کارایی حذف رنگ ها را نیز آسان می کند و می تواند در مقیاس صنعتی  مورد استفاده قرار گیرد که از نظر اقتصادی مقرون به صرفه است(21). 

در مطالعه ی محمود ریفیق و همکارانش سنتز نانوذرات نقره (Ag-NPs) با استفاده از عصاره برگ Albizia procera صورت گرفت که  پتانسیل امیدوار کننده ای در حذف رنگ آلاینده های آلی متیلن بلو (MB) نشان داده  و هم چنین ، نانوذرات نقره Ag-NP فعالیت های ضد باکتریایی برجسته ای را در برابر باکتری های گرم منفی اشرشیاکلی (E. coli) و اســتافیلوکـوکـوس اورئــوس گـرم (S. aureus) نشـان دادند(22). 

از آن جایی‌که در مطالعات مختلف گزارشی مبنی بر عملکرد نانو­ذرات سنتز شده با استفاده از عصاره گیاهی و بارگذاری آن روی زئولیت منظور حذف رنگ  متیلن بلو ارائه نشده است، ارزیابی کارایی آن در حذف رنگ  متیلن بلو  تحت تاثیر متغیرهای مختلف بر روی فرآیند ازجمله  pH، زمان واکنش، دوز جاذب و غلظت اولیه رنگ در محلول‌های سنتتیک مورد مطالعه قرار گرفت. درنهایت سینتیک واکنش و ایزوترم جذب برای حذف رنگ تعیین شد.

روش بررسی

در این مطالعه که به‌صورت تجربی در آزمایشگاه شیمی محیط دانشکده بهداشت اردبیل انجام گرفت، تمامی آزمایش‌ها به‌صورت پایلوت در مقیاس آزمایشگاهی درارلن های۲۵۰سی سی حاوی 100 سی‌سی محلول و در شرایط دمای اتاق (Cº2±25) انجام شد. رنگ متیلن بلو از شرکت الوان ثابت همدان و بقیه مواد از شرکت مرک تهیه  شد. جرم مولکولی رنگ متیلن بلو (8/319 گرم بر مول) ،طبقه بندی شیمیایی آن:           ( رنگ کاتیونی) و ساختار شیمیایی متیلن بلو C₁₆H₁₈ClN₃ S·2H₂O)) می باشد(20).

آزمایشات جذب:این تحقیق به‌صورت ناپیوسته در ارلن ۲۵۰سی سی به حجم 100 سی‌سی محلول استفاده  شد. متغیرهای مورد پژوهش شاملpH، زمان تماس، دوز Zeolite@ZnO و غلظت اولیه رنگ می باشد. برای تنظیم pH محلول از اسید سولفوریک و سدیم هیدروکسید 1/0 مولار استفاده شد غلظت های مختلف رنگ متیلن بلو بر حسب میلی گرم بر لیتر توسط محلول مادر تهیه واستفاده شد. بعد از اتمام زمان واکنش از محلول نمونه برداری و در دور rpm 5000 سانتریفیوژ سپس با استفاده از فیلتر 22/0 میکرون، فیلتر گردید تا از جداسازی جاذب اطمینان حاصل گردد. راندمان حذف و مقدار جذب در واحد جرم جاذب برای متیلن بلو  پس از فرایند به ترتیب از طریق روابط 1و2 تعیین شدند(21،22)

 = راندمان حذف (%)  ×100 معادله 1                                                                              

معادله 2         =   (mg/g)  ظرفیت جذب  

که در آن C_o و C_t به ترتیب غلظت اولیه و نهایی متیلن بلو در محلول برحسب میلی­گرم بر لیتر، Vحجم محلول برحسب لیتر و M جرم جاذب برحسب گرم می­باشد.

پس از تهیه زئولیت، با استفاده از الک‌های استاندارد ASTM (mm 1/0) دانه­ بندی گردید. به‌منظور جداسازی ناخالصی‌های موجود، زئولیت دانه‌بندی شده چندین بار با آب مقطر شستشو داده شد و سپس به مدت 24 ساعت در داخل آون در دمای 70 درجه سانتی گراد خشک گردید (23).

عصاره پوست انار به‌وسیله جوشاندن به مدت 60 دقیقه آماده شد. سپس عصاره به‌دست‌آمده به‌وسیله پمپ خلأ، فیلتر  شد. به ‌منظور سنتز نانو ذرات، محلول ZnCL₂  (جرم مولی :315/136 گرم بر مول ،چگالی: 907/2 گرم بر سانتی متر مکعب)  در 250 سی‌سی آب مقطر تهیه و سپس محلول  ZnCL₂ به عصاره پوست انار در اضافه شد. ظهور رسوب سفید رنگ نشان‌ دهنده تشکیل نانو ذرات اکسید­روی می‌باشد. بعد از آن نانو­ذرات در داخل آون به مدت 24 ساعت در دمای 70 درجه سانتیگراد خشک شد سپس برای کلسینه کردن، نانوذرات در کوره با دمای 400 درجه سانتیگراد به مدت 2 ساعت قرار داده شد (17).پس از آماده سازی زئولیت و سنتز نانو ذرات ZnO، به نسبت وزنی 10 به 1 از زئولیت به  ZnOرا به 200 میلی‌لیتر آب

مقطر اضافه کرده و به مدت 15 دقیقه به‌صورت جداگانه در دستگاه التراسونیک عملیات همگن‌سازی صورت گرفت. سپس ZnO به محلول زئولیت اضافه ‌شده و به مدت 2 ساعت بر روی همزن مغناطیسی با سرعت 300 دور در دقیقه قرار گرفت تا فرایند بارگذاری نانو ذرات بر روی زئولیت صورت بگیرد. کامپوزیت حاصله چندین بار با آب مقطر شستشو داده و در نهایت به مدت 12 ساعت در دمای 70 درجه سانتی‌گراد خشک گردید (17).

ساختار سطحی جاذب توسط اسکن میکروسکوپی الکترون FE-SEM( Field Emission Scanning Electron Microscopy ) با بزرگ نمایی یکسان آنالیز  شد. از تکنیک  FTIR((Fourier Transform Infrared Spectroscopy  در گستره Cm^-1 4000-450 برای شناسایی گروه­های عاملی موجود بر سطح کامپوزیت استفاده شد. برای تعیین فاز کریستال‌ها از پراش پرتوایکس (XRF) استفاده شد. حداکثر طول‌ موج جذب رنگ با استفاده از دستگاه اسپکتروفتومتر DR 5000 ساخت آمریکا در محدوده طول‌موج 664 نانومتر بدست آمد. این طرح با حمایت مادی کمیته تحقیقات دانشجویی به شماره طرح  IR.ARUMS.REC.1398.332 در دانشگاه علوم پزشکی اردبیل انجام گردیده است.

یافته ها

یکی از روش‌های متداولی که جهت شناسایی و تجزیه مواد مورداستفاده قرار می‌گیرد طیف‌سنجی مادون‌قرمز است. نتایج حاصل از FTIR زئولیت و کامپوزیت Zeolite@ZnO در فرکانسCm^-1 4000-400 نشانگر حضور تعدادی از گروه­های عاملی فعال در سطوح جاذب می­باشد.

شکل 1 نشان‌دهنده تصاویر گرفته‌ شده توسط میکروسکوپ الکترونی روبشی از کامپوزیت قبل از فرایند جذب می‌باشد. همان‌طور که قابل‌مشاهده است، زئولیت دارای سطحی ناهموار و خلل و فرج بیشتری دارد.

شکل1. تصویر FESEM  نمونه­ کامپوزیت Zeolite/ZnO

نتایج حاصل از آنالیز XRF حضور سیلیکا و آلومینا به‌عنوان اجزای اصلی همراه با مقدار جزئی سدیم، منیزیم، پتاسیم، آهن و تیتانیم دی‌اکسید به‌عنوان ناخالصی در ترکیب زئولیت طبیعی را تائید می‌کند.

نمونه زئولیت مورد مطالعه با داشتن Si/Al   بزرگ­تر از 4 از نوع کلینوپتیلولایت است(26). میزان CaO و نیز Na₂O نشان‌دهنده حضور کلسیت و سدیم در بین لایه‌های زئولیت است. از طرفی، نتایج نشان می­دهد که اکثراً آلومینیوم و سیلیس در قالب زئولیت است(27). با توجه به آنالیز عنصری زئولیت میزان عناصرسیلسیم اکسید، آلومینیوم اکسید، آهن اکسید کلسیم اکسید، سدیم اکسید، پتاسیم اکسید،تیتانیوم اکسید، منگنز اکسید، فسفر پنتا اکسید  به ترتیب برابر است با:                  (314/2)،(142/8)،(381/0)،(201/2)،(661/2)،(551/0)،(142/0)،(128/0)، (71/65)،(14/10).

تجزیه و تحلیل BET بر اساس اندازه گیری گاز نیتروژن جذب شده و دفع شده توسط سطح ماده در دمای ثابت نیتروژن مایع77 K)) برای محاسبه حجم منافذ و مساحت سطح می باشد. این تجزیه و تحلیل توسط دستگاه BET انجام شده است. ایزوترم های جذب شده و دفع شده N2 برای نانوکامپوزیت انجام شد. ایزوترم جذب از نوع IV پیروی کرده است .مساحت سطح خاص نانوکامپوزیت 88/21 متر مربع در گرم محاسبه          می شود. هم چنین حجم کل منافذ در نانوکامپوزیت 074/0  متر مکعب بر گرم بوده و نشان دهنده میزان حجم منافذ در کامپوزیت است حداکثر منافذ جاذب ها در محدوده 14-13 نانومتر بود که نشان دهنده ساختار میکروسکوپی است.

تأثیر مقدار اولیه pH محلول رنگی بروی کارایی جذب رنگ متیلن بلو با تغییر در pH های اولیه محلول برابر 3، 5، 7، 9 و 11 تحت شرایط ثابت در غلظت 50 میلی­گرم در لیتر محلول رنگی بعد از زمان تماس 60 دقیقه و مقدار جاذب 1گرم در لیتر بررسی شد. در شکل 2 نتایج حاصل از تأثیر pH محلول رنگی بر کارایی جذب رنگ متیلن بلو  نشان داده‌شده است.  همان‌طوری که مشاهده می­گردد با افزایش pH کارایی فرایند جذب افزایش یافته است. به‌طوری‌که با افزایش pH از 3 تا 11 کارایی جذب از(%72 /43) به( %52/81 )  افزایش یافته است. بنابراین pH بهینه برای حذف رنگ متیلن بلو برابر 11 انتخاب شد.

تأثیر دوز جاذب بر روی کارایی جذب رنگ متیلن بلو: در شکل 2 تأثیر کارایی دوز جاذب Zeolite@ZnO در حذف رنگ متیلن بلو ارائه شده است.

به منظور بررسی تأثیر مقدار  اولیه دوز جاذب با تغییر در مقدار جاذب (1/0، 25/. ،5/. ، 75/.، 1، 5/1گرم در لیتر) در pH برابر 11 غلظت 50  میلی گرم در لیتر  بعد از زمان تماس 60 دقیقه بررسی شد.

همان‌طور که از شکل مشخص شده است کارایی جذب رنگ متیلن بلو  با افزایش مقدار اولیه جاذب زئولیت از 1/.  تا 75/.گرم در لیتر از 2/46 به 84/87 % افزایش و سپس با افزایش مقدار جاذب زئولیت به 1 گرم در لیتر کارایی به  95.8 رسیده و ثابت شده است. بنابراین مقدار دوز جاذب بهینه برای حذف رنگ متیلن بلو حدود 1 گرم در لیتر در نظر گرفته شد.

تأثیر غلظت اولیه رنگ  متیلن بلو در زمان تعادل در کارایی فرایند: تأثیر غلظت اولیه رنگ متیلن بلو برکارایی حذف فرایند جذب با تغییر در غلظت اولیه رنگ 25، 50، 75، 100 میلی­گرم در لیتر در pH برابر11 و دوز جاذب 1 گرم در لیتر  بعد از زمان تماس 60 دقیقه بررسی شد(شکل2).  در شکل 2 نتایج حاصل از تاثیر غلظت اولیه رنگ برکارایی فرآیند جذب نشان داده شده است. همان طور که از شکل مشخص است کارایی حذف با افزایش غلظت اولیه رنگ کاهش یافت. به طوری که با افزایش غلظت رنگ از 50 تا 100میلی گرم برلیترکارایی جذب از 10/95 به 20/38 % کاهش یافته است.

تأثیر زمان تماس بروی کارایی جذب رنگ متیلن بلو : تاثیر زمان واکنش بر روی کارایی فرآیند جذب با استفاده از Zeolite@ZnO  با تغییر در زمان تماس واکنش از 5 تا 90 دقیقه  در غلظت­های مختلف 25، 50، 75، 100  میلی­گرم در لیتر با pH برابر 11 و دوز جاذب 1 گرم در لیتر بررسی شد. بررسی شکل 2 نشان   می­دهد، با افزایش زمان تماس از 5 تا 60  دقیقه راندمان حذف افزایش و از 60 تا 90 راندمان حذف تقریبا ثابت می­شود. بررسی ایزوترم فرایند جذب:به­منظور، ارزیابی اثر متقابل بین رنگ و جاذب از دو مدل لانگمیر و فروندلیچ استفاده شد. شکل خطی معادلات ایزوترمی لانگمویر و فروندلیچ بصورت زیر می‌باشد (39).

معادله3    

معادله4  

در این معادله qe مقدار ماده جذب شده در واحد جرم جاذب (میلی­گرم بر گرم) ، Ce غلظت تعادلی ماده جذب شونده در محلول بعد از فرایند جذب (میلی­گرم در لیتر) ، qm نشان دهنده ظرفیت جذب و kl ،   و n به ترتیب بیان گر ثابت لانگمویر،  فروندلیچ و شدت جذب سطحی هستند. در مدل ایزوترمی لانگمیر، فرض بر این است که فرایند جذب به صورت همگن و تک لایه بر روی جاذب اتفاق می­افتد، اما در ایزوترم مدل فروندلیچ، یک سطح ناهمگن و غیر یکنواخت از گرمای جذب در روی سطح فرایند، جذب را انجام می دهد. نتایج در شکل3 و جدول 1 قابل مشاهده است، جذب رنگ متیلن بلو با استفاده از جاذب زئولیت با ضریب رگرسیون 9972/.از مدل ایزوترم لانگمویر پیروی می­نماید. این یافته ها با نتایج حاصل از گزارش­های ارائه شده کاملا مطابقت دارد.

بررسی سینتیک فرایند:در این مطالعه سینتیک جذب شبه درجه اول و شبه درجه دوم در غلظت­های مختلف تحت شرایط بهینه در زمان ­های مختلف برای فرآیند جذب رنگ متیلن بلو مورد بررسی قرار گرفت. معادله سینتیک شبه درجه اول و شبه درجه دوم به صورت خطی در معادله 5و6 ارایه شده است (41).

(3)  

(4)     

در این معادله qe و qt به ترتیب ظرفیت جذب در حالت تعادل و زمان t  و همچنین k1 و k2  ترتیب ضریب سرعت شبه درجه اول و دو می­باشند. با توجه به نتایج حاصل از مطالعات سنتیکی در جدول2 می­توان بیان کرد که فرایند جذب از مدل سینتیکی شبه درجه دوم با ضریب رگرسیون بالاتر نسبت به مدل سینتیکی شبه درجه اول تبعیت بیشتری دارد. مدل شبه درجه دوم بیانگر این است که قسمت اعظم جذب به صورت جذب شیمیایی انجام می‌گیرد که نتایج حاصل از سینتیک فرایند نیز این ادعا را تایید می‌کند (41). 

شکل 2: مدل ایزوترم لانگمیر(A) و فروندلیچB) (جذب رنگ متیلن بلو با استفاده ازکامپوزیت

جدول1: پارامترهای مدل ایزوترم لانگمویر و فروندلیچ در غلظت­های مختلف

جدول2 : متغیرهای محاسبه‌ شده برای مدل‌های سینتیک شبه درجه اول و شبه درجه

بحث و  نتیجه گیری

آنالیز   FTIRنشان می دهد که جایگاهCm^-1 3200 تا 3600 در زئولیت و کامپوزیت مربوط به ارتعاشات کششی مشترک بین O—H و N—H می‌باشد، و جایگاه 3500-3200 با پیک Cm^-1 3436  در زئولیت و کامپوزیت مربوط به ارتعاشات کششی باند O—H در مولکول آب می­باشد(24). پیک مشاهده در باند 1055 مربوط به ارتعاش Al—O— Si می­باشد(25) و پیک‌هایی که در طیف‌های 400 تا 850 وجود دارد مربوط به Al—O  و Si—O می‌باشد. پیک بین 3600 تا 4000 با پیک 3616 مربوط به باند O—H ناشی از گروه‌های SiO₂ می‌باشد. علاوه بر این، حداکثر پیک جذبی در Cm^-1 506 نشان‌دهنده ساختار Zn—O در ZnO که پوشش موفقیت‌آمیز نانو ذرات ZnO در سطح زئولیت را تائید می‌کند(24).  در آنالیز  FESEMکامپوزیت Zeolit@ZnO مشاهده می­شود که تعدادی از نانو ذرات  ZnO تمایل به ترکیب شدن با زئولیت رادارند و تجمع خوشه‌ای شکل در بین آن‌ها مشهود است. ذرات سفیدی که بر روی زئولیت نشان داده ‌شده‌اند، نشان‌دهنده‌ی حضور ZnO در سطح این کامپوزیت می‌باشد. سطوح خشن و ناهموار  نانو ذرات ZnO سایت­های جذب زئولیت را افزایش می­دهد.

 pH محلول به عنوان یک پارامتر مهم در طی فرایند جذب رنگ مطرح می باشد که می تواند بر بار سطحی جاذب ،درجه یونیزاسیون آلاینده های مختلف، تفکیک گروه های کاربردی بر روی سایت های فعال جاذب ونیز ساختار مولکول رنگ اثرگذار باشد. pH محلول ، شیمی محیط آب و پیوند های سطح جاذب را تحت تاثیر قرار می دهد (28). یافته های حاصل از آزمایشات نشان داد که با تغییرات در میزانpH  از 3 تا 11،کارایی فرایند افزایش می­یابد. به طوری که در pH برابر11 بالاترین راندمان (52/81%) را دارد.(شکل  2)، این را می توان با در نظر گرفتن کشش الکترواستاتیکی موجود بین شار های منفی سطح گسترده ای از جاذب توضیح داد که منجر به جذب رنگ کاتیونی متیلن بلو می شود. به عبارت دیگر با افزایش  pH سطح یونH⁺ موجود در محلول کاهش هم چنین OH^- افزایش خواهد یافت و به موجب آن میزان یون های مثبت بر روی سطح جاذب افزایش می یابد.

این نتایج با یافته های ارائه شده توسط سایر محققین همخوانی دارد (29،31). همچنین در مطالعه دیگری که توسط Pavan و همکاران انجام شد نیز مشاهده گردید که با افزایش pH تا حدود 12 راندمان فرایند تا  96 % افزایش می یابد (32).

در مطالعه الزایدن مشاهده شد که جذب در  pHبرابر8 -10  بالا بوده است و بالاترین جذب در  pHبرابر 8 که برابر با 97% بود ، مشاهده شد. گزارش شده است که واکنش جاذب  با رنگ های کاتیونی  عمدتا  از طریق کنش و واکنش های صورت گرفته بین باند های هیدروژن و نیروی واندروالسی است (33). در مقادیر پایین pH محلول ، غلظت بالای یون های هیدروژن سبب ترغیب پروتون دهی  گروه های عاملی شده و از این رو جاذب بار مثبت بیشتری را در خود جای داده که این امر مانع از جذب رنگ های کاتیونی  بر روی جاذب می شود.  به عبارت دیگر،  یون های هیدروژن اضافی، با مولکول های رنگ کاتیونی برای جذب بر روی سایت های فعال رقابت می کند. بنابرین ظرفیت جذب سطحی جاذب ها به میزان زیادی در مقادیر pH پائین کاهش می یابد. زمانی که pH محلول افزایش می یابد، تعداد سایت های در دسترس با بار مثبت کاهش یافته که این امر به مفهوم آن است که تعداد سایت های باردار منفی افزایش          می یابد. همان طور که سطح  جاذب ها بار منفی بیشتری را به خود می گیرند، کنش و واکنش بین جاذب ها و مولکول های رنگی کاتیونی نیز افزایش می یابد. بنابرین ظرفیت جذب سطحی جاذب ها با افزایش مقدار pH افزایش می یابد (34).

دوز جاذب یکی از پارامتر های مهم و تاثیر گذار در فرایند جذب بوده و از این رو تعیین کننده ظرفیت جاذب برای یک غلظت اولیه معین از رنگ متیلن بلو است. همان طور که  شکل2  نشان می دهد ،درصد حذف رنگ با افزایش مقدار جاذب از 1/. تا 1   گرم ، از 2/46% تا 8/95% افزایش می یابد، سرعت جذب در ابتدا بسیار بالا است  سپس این افزایش با سرعت کمتری ادامه می یابد.

با افزایش غلظت جاذب راندمان افزایش یافته است و از سوی دیگر مقدار رنگ جذب شده با افزایش دوز جاذب کاهش یافته است.

این نتیجه بر اساس این حقیقت قابل تفسیر است که با افزایش دوز جاذب تعداد سایت های در دسترس برای جذب افزایش می یابد و سایت های جذب در طی فرایتد جذب به صورت اشباع نشده  باقی می مانند. حداکثر راندمان جذب رنگ متیلن بلو بر روی زئولیت برابر با 50میلی گرم در لیتر در دوز جاذب 1 گرم بر لیتر حاصل شد. با این وجود، با افزایش بیشتر دوز جاذب، افزایش چشمگیری در راندمان حذف رنگ مشاهده نشد. نتایج مطالعات دیگری از یافته های این مطالعه تبعیت               می کند (34،35) . نتایج تاثیر غلظت های اولیه رنگ متیلن بلو بر راندمان حذف،نشان داد که با افزایش غلظت رنگ زای تولیه، میزان حذف رنگ ابتدا افزایش و به تدریج کاهش یافت.ابتدا در شرایط ثابت (مقدار جاذب و زمان تماس ثابت) با افزایش غلظت رنگ راندمان فرایند نیز کاهش می یابد.

 این موضوع ممکن است ناشی از این حقیقت باشد که در غلظت های کم ماده رنگ زا، مولکول های ماده رنگی به سرعت رو سطح جاذب، جذب شده و با افزایش در غلظت اولیه رنگ،سطح جاذب در زمان کوتاه اشباع شده و به دلیل دافعه ایجاد شده  بین مولکول های رنگ زا میزان جذب را کاهش  می یابد. در واقع جاذب ها دارای یک تعداد محل های فعال محدود می باشند که در غلظت های بالا اشباع  می شود (36،37).

در مطالعه شیرزاد سیبنی و همکارانش حذف رنگ راکتیو بلک توسط مهره های مغناطیس آلژینات سدیم سنتز شده، نشان دادبا افزایش غلظت رنگ راندمان حذف کاهش می یابد. در مطالعه دیگر نشان داده شده است که در فرایند جذب رنگ سبز مالاشیت بر روی خاک اره با افزایش غلظت رنگ راندمان حذف کاهش می یابد(40-38).

زمان تماس واکنش، دیگر پارامتر موثر در تعیین عملکرد فرایند می باشد. بر همین اساس نتایج حاصل از سنجش این پارامتر نشان داد(شکل 2) که با گذشت زمان مقدار رنگ باقی مانده در محلول کاهش و مقدار رنگ جذب شده افزایش می یابد. نرخ حذف آلاینده (جذب شده) در ابتدا سریع بوده، اما به تدریج با گذشت زمان کاهش یافته تا اینکه در زمان تماس 60 دقیقه، به حالت تعادل می رسد.

این پدیده ناشی از این حقیقت است که در ابتدا و مراحل اولیه جذب شمار زیادی از سایت های سطحی خالی برای انجام جذب در دسترس بوده اما با گذشت زمان، تعداد این سایت ها کاهش یافته وجذب با سرعت کمتری اتفاق می افتد(31).

از نتایج مطالعه ی حاضر چنین نتیجه گیری می شود که Zeolite@ZnO می تواند به نحوی موثر و کارآمد جهت حذف رنگ متیلن بلو از محلول های آبی مورد استفاده قرار بگیرد درصد حذف رنگ تابع مقدار غلظت اولیه ی رنگ و زمان تماس بین رنگ و جاذب، pH می باشد.

 هم چنین این جاذب قادر به حذف حدود8/95% رنگ متیلن بلو از محلول هایی با غلظت اولیه رنگ متیلن بلو در گستره ی             (5- 300 میلی گرم در لیتر) می باشد.

جذب رنگ متیلن بلو بر روی Zeolite@ZnO توسط ایزوترم های جذب لانگمیر و فروندلیچ توصیف شد که بیانگر تطابق بهتر ایزوترم جذب لانگمیر با داده های حاصل از مطالعه ی حاضر است.

جذب رنگ از محلول های آبی در غلظت های پایین  رنگ تحت تاثیر جذب بر سایت های سطحی جاذب جامد بوده و حال آنکه در غلظت های رنگ بالا جذب در سطح و تبادل داخلی هر دو به وقوع می پیوندد.

در پایان بر اساس نتایج حاصل از مطالعه ی حاضر می توان نتیجه گیری نمود که Zeolite@ZnO ظرفیت بالایی در جذب رنگ متیلن بلو از محیط های آبی برخوردار بوده و لذا می تواند به عنوان یک راهکار عملی جهت حذف این نوع رنگ از پساب های صنعت  نساجی که از این نوع رنگ استفاده می نمایند، مورد استفاده قرار گیرد.

تشکر و قدردانی

بدین‌ وسیله از حمایت معاونت پژوهشی و کمیته تحقیقات دانشجویی کمال تشکر و قدردانی را داریم.

تضاد منافع

نویسندگان  مقاله تعهد می نمایند هیچ گونه تضاد منافعی وجود ندارد.