1-9- مروری بر کارهای انجام شده30
1-10- اهداف پروژه حاضر34

فصل دوم
مواد و روش ها
2-1- مواد شیمیایی مورد استفاده39
2-2- جاذب های مورد استفاده برای حذف آرسنیک (III)42
2-3- تهیه جاذب ها42
2-3-1- روش تهیه کامپوزیت کیتوسان/نانوآلومینا42
2-3-2- روش سنتز نانو جاذب کیتوسان/آلومینا اصلاح شده با مس(II)42
2-4- دستگاه های مورد استفاده43
2-5- بررسی خصوصیات جاذب ها43
2-6- روش تهیه محلول استاندارد آرسنیت44
2-7- آزمایشات جذب دسته ای (بچ)45
2-7-1- بررسی مقدار بهینه نانوآلومینا در کامپوزیت Chitosan/nano-Al2O3 جهت حذف As(III)45
2-7-2- بررسی نسبت بهینه مس به کیتوسان در نانوجاذب Cu-chitosan/nano-Al2O3 جهت حذف As(III) 46
2-7-3- بررسی تاثیر غلظت اولیه آرسنیک بر فرآیند جذب سطحی (مطالعات ایزوترم جذب)46
2-7-4- بررسی تاثیر زمان تماس بر فرآیند جذب سطحی As(III) (مطالعات سنتیک جذب)47
2-8- بازجذب و استفاده مجدد از جاذب ها47
2-9- روش آنالیز48
2-10- بررسی اثر تداخل یون های رایج48
2-11- بررسی خاصیت ضد میکروبی جاذب ها48
فصل سوم
نتایج و بحث
3-1- بررسی ساختار و ویژگیهای جاذبهای کیتوسان، کیتوسان/نانوآلومینا و مس-کیتوسان/نانوآلومینا53
3-1-1- ویژگی های مورفولوژی جاذب ها53
3-1-2- مطالعاتEDX جاذب ها56
3-1-3- مطالعاتAFM جاذب ها57
3-1-4- مطالعاتXRD جاذب ها58
3-1-5- مطالعات FTIR جاذب ها 61
3-2- ساختار فرضی نانوکامپوزیت کیتوسان/آلومینا66
3-3- بررسی پارامترهای موثر بر جذب As(III) به روش ناپیوسته در دمای محیط و pH خنثی69
3-3-1- بررسی مقدار بهینه نانوذرات آلومینا در Chitosan/nano-Al2O3 جهت حذف As(III)69
3-3-2- بررسی نسبت بهینه مس به کیتوسان در نانوجاذب اصلاح شده جهت حذف As(III)70
3-3-3- بررسی تاثیر غلظت اولیه As(III)بر فرآیند جذب سطحی 71
3-3-4- بررسی تاثیر زمان تماس بر فرآیند جذب سطحی As(III)73
3-4- ایزوترم های جذب سطحی77
3-4-1- بررسی ایزوترم های جذب As(III) توسط جاذب کیتوسان77
3-4-1-1- بررسی ایزوترم لانگمویر77
3-4-1-2- بررسی ایزوترم فروندلیج78
3-4-2- بررسی ایزوترم های جذب As(III) توسط نانوکامپوزیت Chitosan/nano-Al2O381
3-4-2-1- بررسی ایزوترم لانگمویر81
3-4-2-2- بررسی ایزوترم فروندلیج82
3-4-3- بررسی ایزوترم های جذب As(III) توسط نانوجاذب Cu-chitosan/nano-Al2O384
3-4-2-1- بررسی ایزوترم لانگمویر84
3-4-2-2- بررسی ایزوترم فروندلیج85
3-5- سنتیکهای جذب سطحی87
3-5-1- مدل سنتیکی شبه مرتبه اول88
3-5-2- مدل سنتیکی شبه مرتبه دوم91
3-5-3- مدل نفوذ درون ذرهای95
3-6- اثر pH اولیه98
6-7- اثر تداخل یون های رایج100
3-8- قابلیت استفاده مجدد از جاذب101
3-9- حذف آرسنیک از آب های طبیعی 101
3-6- فعالیت ضدمیکروبی102
4- نتیجه گیری104
5- پیشنهادات106
6- منابع107
فهرست اشکال
شکل 1-1- مراحل جذب در سطوح درونی13
شکل 1-2- نمودار خطی ایزوترم جذب لانگمویر22
شکل 1-3- مقایسه نمودارهای ایزوترم جذب فروندلیچ بر اساس مقادیر n24
شکل 3-1- تصاویر میکروسکوپ الکترونی روبشی از نمونه جاذب های (a کیتوسان (b نانوکامپوزیت Chitosan/nano-Al2O3 و (c نانوکامپوزیت Cu-chitosan/nano-Al2O3 54
شکل 3-2- میکروگراف های SEM از (a کیتوسان خالص (b نانوکامپوزیت Chitosan/nano-Al2O3 (c نانوکامپوزیت Cu-chitosan/nano-Al2O3 پس از جذب55
شکل3-3- آنالیز EDX مربوط به نانوکامپوزیت Cu-chitosan/nano-Al2O356
شکل 3-4- تصاویر AFM از سطح نانوکامپوزیت Cu-chitosan/nano-Al2O3 57
شکل 3-5- پراش اشعه X نمونه نانوذرات آلومینا58
شکل 3-6- پراش اشعه X نمونه کیتوسان59
شکل 3-7- پراش اشعه ایکس نمونه نانوکامپوزیت Chitosan/nano-Al2O360
شکل 3-8- پراش اشعه ایکس نمونه نانوکامپوزیت Cu-chitosan/nano-Al2O360
شکل 3-9- فازهای کریستالی (a Chitosan/nano-Al2O3 و (b Cu-chitosan/nano-Al2O3 با توجه به الگوهای XRD آنها61
شکل3-10- طیف FT-IR مربوط به کیتوسان62
شکل3-11- طیف FT-IR مربوط به نانوکامپوزیت Chitosan/nano-Al2O363
شکل3-12- طیف FT-IR مربوط به نانوکامپوزیت Cu-chitosan/nano-Al2O364
شکل3-13- طیف FT-IR مربوط به نانوکامپوزیت Cu-chitosan/nano-Al2O3 پس از جذب65
شکل 3-14- طیف FTIR (a کیتوسان خالص (b Chitosan/nano-Al2O3 (c و (d نانوجاذب Cu-chitosan/nano-Al2O3 قبل و پس از جذب66
شکل 3-15- ساختار فرضی نانو کامپوزیت کیتوسان/آلومینا67
شکل 3-16- ساختار کمپلکس کیتوسان-مس (a) مدل پل (b) مدل آویز68
شکل 3-17- تاثیر غلظت اولیه As(III) بر ظرفیت جذب سطحی جاذب های مورد استفاده72
شکل 3-18- داده های سنتیک برای جذب As(III) بر روی جاذب های مورد استفاده75
شکل 3-19- فرم خطی ایزوترم لانگمویر برای جاذب کیتوسان خالص78
شکل 3-20- فرم خطی ایزوترم فروندلیچ برای جاذب کیتوسان خالص79
شکل 3-21- فرم خطی ایزوترم لانگمویر برای نانوکامپوزیت Chitosan/nano-Al2O381
شکل 3-22- فرم خطی ایزوترم فروندلیچ برای نانوکامپوزیت Chitosan/nano-Al2O383
شکل 3-23- فرم خطی ایزوترم لانگمویر برای نانوجاذب Cu-chitosan/nano-Al2O3 85
شکل 3-24- فرم خطی ایزوترم فروندلیچ برای نانوجاذب Cu-chitosan/nano-Al2O386
شکل 3-25- مدل سنتیک شبه نوع اول برای جذب As(III) روی جاذب کیتوسان88
شکل 3-26- مدل سنتیک شبه نوع اول برای جذب As(III) روی نانو جاذب Chitosan/nano-Al2O389
شکل 3-27- مدل سنتیک شبه نوع اول برای جذب As(III) روی Cu-chitosan/nano-Al2O390
شکل 3-28- مدل سنتیک شبه مرتبه دوم برای جذب As(III) روی کیتوسان91
شکل 3-29- مدل سنتیک شبه مرتبه دوم برای جذب As(III) روی Chitosan/nano-Al2O392
شکل 3-30- مدل سنتیک شبه مرتبه دوم برای جذب As(III) روی Cu-chitosan/nano-Al2O393
شکل 3-31- مدل نفوذ درون ذرهای برای جذب As(III) روی کیتوسان95
شکل 3-32- مدل نفوذ درون ذرهای برای جذب As(III) روی Chitosan/nano-Al2O396
شکل 3-33- مدل نفوذ درون ذرهای برای جذب As(III) روی Cu-chitosan/nano-Al2O396
شکل 3-34- اثر pH اولیه روی جذب As(III) توسط کیتوسان خالص، Chitosan/nano Al2O3 و Cu-chitosan/nano Al2O399
شکل3-35- تعیین pHpzc برای جاذب های کیتوسان ، Chitosan/nano Al2O3 و Cu-chitosan/nano Al2O399
شکل 3-36- ظرفیت جذب As(III) در حضور آنیون های تداخل (500 mg/l). شرایط آزمایش: غلظت آرسنیک سه ظرفیتی 50 mg/l و مقدار جاذب 2 g/l100
شکل 3-37- بازده جذب Cu-chitosan/nano-Al2O3 نسبت به چرخه های بازسازی101
شکل3-38- نمودار MIC جاذب ها در برابر گونه های مختلف میکروبی104
فهرست جداول
جدول2-1- مشخصات مهم کیتوسان39
جدول 2-2- مشخصات مهم نانو ذرات آلومینا40
جدول 2-3- مشخصات مهم سدیم آرسنیت41
جدول3-1- درصد اتمی و وزنی عناصر مورد استفاده در نانوکامپوزیت Cu-chitosan/nano-Al2O357
جدول 3-2- بررسی تاثیر نسبت آلومینا به کیتوسان بر خواص جذبی Chitosan/nano-Al2O369
جدول 3-3- بررسی نسبت مس به گلوکز آمین بر روی جذب جاذب Cu-chitosan/nano-Al2O370
جدول3-4- بررسی تاثیر غلظت اولیه As(III)بر فرآیند جذب سطحی جاذب کیتوسان71
جدول3-5- بررسی تاثیر غلظت اولیه As(III) بر فرآیند جذب Chitosan/nano-Al2O371
جدول3-6- بررسی تاثیر غلظت اولیه As(III) بر فرآیند جذب Cu-chitosan/nano-Al2O372
جدول3-7- بررسی تاثیر زمان تماس بر فرآیند جذب As(III) توسط کیتوسان74
جدول3-8- بررسی تاثیر زمان تماس بر فرآیند جذب As(III) توسط Chitosan/nano-Al2O374
جدول3-9- بررسی تاثیر زمان تماس بر فرآیند جذب آرسنیک توسط Cu-chitosan/nano-Al2O375
جدول3-10- بررسی ایزوترم لانگمویر جاذب کیتوسان خالص77
جدول3-11- پارامترهای ایزوترم لانگمویر برای جذب As(III) روی کیتوسان خالص78
جدول3-12- بررسی ایزوترم فروندلیچ جاذب کیتوسان خالص80
جدول3-13- پارامترهای ایزوترم فروندلیچ برای جذب As(III) روی کیتوسان خالص80
جدول3-14- بررسی ایزوترم لانگمویر نانوکامپوزیت Chitosan/nano-Al2O381
جدول 3-15- پارامترهای ایزوترم لانگمویر برای جذب As(III) روی Chitosan/nano-Al2O382
جدول3-16- بررسی ایزوترم فروندلیچ نانو جاذب Chitosan/nano-Al2O382
جدول 3-17- پارامترهای ایزوترم فروندلیچ برای جذب As(III) روی Chitosan/nano-Al2O383
جدول3-18- بررسی ایزوترم لانگمویر نانو جاذب Cu-chitosan/nano-Al2O384
جدول 3-19- پارامترهای ایزوترم لانگمویر برای جذب As(III) روی Cu-chitosan/nano-Al2O385
جدول3-20- بررسی ایزوترم فروندیچ نانو جاذب Cu-chitosan/nano-Al2O386
جدول 3-21- پارامترهای ایزوترم فروندلیچ برای جذب As(III) روی Cu-chitosan/nano-Al2O386
جدول3-22- بررسی سنتیک شبه مرتبه اول برای جاذب کیتوسان88
جدول3-23- بررسی سنتیک شبه مرتبه اول برای جاذب Chitosan/nano-Al2O389
جدول3-24- بررسی سنتیک شبه مرتبه اول برای جاذب Cu-chitosan/nano-Al2O390
جدول3-25- بررسی سنتیک شبه مرتبه دوم برای جاذب کیتوسان91
جدول3-26- بررسی سنتیک شبه مرتبه دوم برای جاذب Chitosan/nano-Al2O392
جدول3-27- بررسی سنتیک شبه مرتبه دوم برای جاذب Cu-chitosan/nano-Al2O393
جدول 3-28- پارامترهای مدل های سنتیکی شبه مرتبه اول و دوم برای جذب As(III) روی کیتوسان94
جدول 3-29- پارامترهای مدل های سنتیکی شبه مرتبه اول و دوم برای جذب As(III) روی نانوکامپوزیت Chitosan/nano-Al2O3 94
جدول3-30- پارامترهای مدل های سنتیکی شبه مرتبه اول و دوم برای جذب As(III) روی نانوکامپوزیت Cu-chitosan/nano-Al2O394

جدول 3-31- پارامترهای مدل نفوذ درون ذرهای برای جذب As(III) روی کیتوسان، Chitosan/nano-Al2O3 و Cu-chitosan/nano-Al2O397
جدول 3-32- پارامترهای فیزیکوشیمیایی نمونه آب طبیعی ( جمع آوری شده از آب زیرزمینی چاه از یک منطقه روستایی مراغه، ایران) مشخص شده با As(III)102
جدول 3-33- MIC جاذب ها در برابر گونه های مختلف میکروبی103
فصل اول
مقدمه و بررسی منابع
1-1- مقدمه
اهمیت آب و نقش حیاتی آن در زندگی انسان، حیوان، نبات و محیط زیست آنقدر روشن است که نیاز به دلیل و برهان ندارد. بسیاری از مشکلات بهداشتی کشورهای در حال پیشرفت ناشی از عدم برخورداری از آب آشامیدنی سالم است. از آنجایی که محور توسعه پایدار، انسان سالم است و سلامت انسان در گرو بهره مندی از آب آشامیدنی مطلوب می باشد بدون تامین آب سالم جایی برای سلامت مثبت و رفاه جامعه، وجود ندارد. آب از دو بعد بهداشتی واقتصادی حائز اهمیت است. از بعد اقتصادی به حرکت درآورنده چرخ صنعت و رونق بخش کشاورزی است. از بعد بهداشتی آب با کیفیت تضمین کننده سلامت انسان است.
اگر چه از دید ما پنهان است، اما آب دارای آثار بسیار زیادی در حیات جانداران به ویژه انسان می باشد. آب آشامیدنی علاوه بر تامین مایع مورد نیاز بدن به مفهوم مطلق آن یعنی H2O ، در بردارنده املاح و عناصر ضروری برای موجودات زنده و انسان می باشد که کمبود پاره ای از آن‌ها در آب ایجاد اختلال در بدن موجود زنده می کند. از طرفی آب آشامیدنی در بردارنده عناصر و ترکیبات شیمیایی سمی نیز می باشد که برخی از آنها سرطان زا بوده و برای سلامتی انسان بسیار مضر هستند. همچنین موجودات ذره بینی گوناگونی نیز در آب پیدا می شوند که بعضی از آنها بیماری زا بوده و ایجاد بیماری های عفونی خطرناکی می کنند. بنابراین توسعه فناوری های مختلف جهت تهیه و تامین آب آشامیدنی سالم برای جامعه از اهمیت بالایی برای ارتقاء سلامت جامعه برخوردار است.
فن‌آوری نانو با راهکارهای نوین و جدید خود اظهار می‌دارد که مواد با پایه نانو می‌توانند به فن‌آوری‌های تصفیه آب ارزان قیمت‌تر، بادوام‌تر و مؤثرتری منجر شوند، و بخشی از نیازهای کشورهای در حال توسعه را برآورده ‌سازند. بر این اساس با توجه به توانمندی های فراوان فناوری نانو نسبت به روش های قدیمی و سنتی موجود، در حذف و کنترل آلودگی های محیطی و همچنین تصفیه و جلوگیری از انتشار آلودگی ها، می توان آن را به عنوان یک تکنولوژی سبز و ابزاری موثر برای دستیابی به توسعه ای پایدار ، چه از نظر اقتصادی و چه از نظر بهره وری بیشتر در نظر گرفت. لذا در این پروژه کاربردهای نانوجاذب های بر مبنای کیتوسان در تصفیه آب آشامیدنی برای حذف آرسنیک سه ظرفیتی و باکتری مورد بررسی قرار خواهد گرفت.
1-2- آرسنیک

در این سایت فقط تکه هایی از این مطلب با شماره بندی انتهای صفحه درج می شود که ممکن است هنگام انتقال از فایل ورد به داخل سایت کلمات به هم بریزد یا شکل ها درج نشود

شما می توانید تکه های دیگری از این مطلب را با جستجو در همین سایت بخوانید

ولی برای دانلود فایل اصلی با فرمت ورد حاوی تمامی قسمت ها با منابع کامل

اینجا کلیک کنید

آرسنیک سومین عنصر گروه پنجم جدول تناوبی است. عدد اتمی آن 33 و جرم اتمی آن 92/74 می باشد. این عنصر با ظرفیت های مختلف و نیز به صورت معدنی و آلی در طبیعت یافت می شود. میزان آرسنیک در پوسته زمین 8/1 میلی گرم در کیلوگرم بوده، معمولاً به صورت ترکیب با گوگرد و یا فلزاتی نظیر مس، کبالت، سرب، روی و غیره یافت می شود. از این عنصر در کشاورزی، دامداری، پزشکی، الکترونیک، صنعت و متالوژی استفاده می گردد [1]. آرسنیک در اثر انحلال مواد معدنی موجود در سنگ ها و خاک هایی که تحت تاثیر عوامل فرساینده طبیعی قرار گرفته اند در لایه های زمین پخش شده و باعث آلودگی آب می گردد. آرسنیک بی رنگ ، بی بو ، بی مزه و بسیار سمی و سرطان زاست. همچنین آرسنیک سه ظرفیتی(آرسنیت1) در اکثر اوقات سمی تر از نوع پنج ظرفیتی (آرسنات2) می باشد [1 و2]. آلودگی آرسنیک در آب، به خصوص آب های زیر زمینی، به دلیل سمیت و مخاطره آمیز بودن آن، به عنوان یک مشکل اساسی در جوامع مختلف مطرح است. در آب های طبیعی آلوده مقدار آن در حد 1 تا 2 میلی گرم در لیتر نیز گزارش شده است[3]. مصرف طولانی مدت این عنصر سبب ایجاد سرطان می شود [4]. براساس تقسیم بندی سازمان بین المللی تحقیقات سرطان (IARC)3، ترکیبات غیر آلی آرسنیک در گروه یک (سرطان زا برای انسان) قرار دارند [5]. این عنصر به عنوان آلاینده مهم آب آشامیدنی به ویژه در نواحی آسیای جنوبی شناخته شده است. در این نواحی میلیون ها نفر در خطر ابتلا به بیماری های مرتبط با آرسنیک می باشند [6].
در ایران نیز مواردی از آلودگی در استان های خراسان و کردستان گزارش شده است. بر اساس مطالعات صورت گرفته غلظت آرسنیک در آب آشامیدنی 10 روستا در استان کردستان بیش از غلظت مجاز بوده و تغییرات آن بین 10 تا 500 میکروگرم در لیتر گزارش شده است[7]. سازمان حفاظت محیط زیست آمریکا و سازمان جهانی بهداشت بر مبنای مطالعات انجام گرفته، کاهش مقادیر مجاز آرسنیک در آب آشامیدنی از 50 به 10 میکرو گرم در لیتر را مد نظر قرار داده [8] تا از طبیعت سرطان زایی آرسنیک در سیستم گوارشی انسان جلوگیری به عمل آورده و از طرفی از عوارض کبدی، ریوی، کلیه و اثرات پوستی ممانعت نماید [9]. این عنصر از طریق پوست، سیستم تنفسی و گوارشی جذب بدن شده و سپس به صورت وسیعی در جریان خون آشکار می شود. مطالعات انجام شده اثرات سرطان زایی آرسنیک را که از طریق تنفس و خوردن وارد بدن انسان می شود به اثبات رسانیده است که البته این خطرات به عواملی از قبیل مدت مواجهه، راه ورود آرسنیک به بدن، نوع و منبع آرسنیک بستگی دارد [10 و 11]. از طرفی مسمومیت مزمن با آرسنیک ممکن است بر برخی از اندام های بدن نظیر اندام های تنفسی، گوارشی، خون، کبد، کلیه، و پوست و قلب و عروق تاثیر گذارد [12]. بر اساس استاندارد آب آشامیدنی ایران، حداکثر غلظت این آلاینده در آب شرب برابر 50 میکروگرم در لیتر تعیین شده است.
1-3- روش های حذف آرسنیک از آب
از زمان شناسایی مشکلات بهداشتی ناشی از حضور آرسنیک در آب آشامیدنی، تلاش های فراوانی توسط دانشمندان در نقاط مختلف دنیا برای حذف آرسنیک از آب شرب با استفاده از روش های مختلف و نو بویژه روش های جذبی به عمل آمده و همچنان ادامه دارد [13]. به دلیل اینکه در آب های طبیعی حذف آرسنیت از آرسنات سخت تر است، معمولا برای دستیابی به میزان بالای حذف از آب آشامیدنی، طی یک مرحله ی پیش تصفیه قبل از فرآیند اصلی حذف، آرسنیت به آرسنات اکسید شده و سپس نسبت به حذف آرسنات اقدام می شود [14]. روش های مختلفی برای حذف آرسنیک و دستیابی به حدود تعیین شده در آب آشامیدنی وجود دارد که مهم ترین آنها شامل فرآیندهای غشائی، انعقاد- ترسیب و جذب سطحی می باشند که هر کدام مزایا و معایب خود را دارند [14].
1-3-1- روش غشائی اسمز معکوس4
یکی از روش های نوین تصفیه آب که امروزه در اکثر نقاط دنیا رو به گسترش بوده و قادر است حدود استانداردهای جدید تعیین شده را تامین نماید، استفاده از فرآیندهای غشائی می باشد. نتایج حاصل از این تحقیقات نشان دهنده آن است که فرآیندهای غشائی به خصوص اسمز معکوس، در حذف آرسنیک از آب آشامیدنی به طور قابل ملاحظه ای موثرهستند. در آژانس حفاظت محیط زیست آمریکا غشای TFC-ULP آزمایش شد که حذف آرسنیک (V) را 5/97 درصد و آرسنیک (III) را 5/92 نشان داد [15]. همچنین تحقیقی در ساندیاگو با استفاده از غشاهای RO در چند پایلوت مختلف انجام شد که حذف آرسنیک (V) ، 99 درصد و حذف آرسنیک(III) ، 84 درصد بوده است[16]. در ایران نیز دانشکده بهداشت دانشگاه علوم پزشکی تهران تحقیقی در رابطه با عوارض ناشی از آرسنیک در آب استان کردستان و روش های حذف آن از آب آشامیدنی انجام داده است که در آن به روش اسمز معکوس به عنوان یکی از مناسب ترین روش های حذف آرسنیک از آب برای سیستم های کوچک اشاره شده است. در این تحقیق نیز پنج نوع غشاء RO برای حذف آرسنیک آب شهر دلبران در استان کردستان که از نوع آرسنیک (III) می باشد مورد مطالعه قرار گرفت و درصد حذف آرسنیک کلیه غشاءها بالاتر از 80 درصد بوده است[17].
فرآیند اسمز معکوس نیازمند استفاده از غشاء دارای هزینه های نگهداری بالا و تعویض می باشد و همین طور فرآیندی هزینه بر است و نیز As(V) را بیشتر از As(III) حذف می کند که این امر نیازمند اکسید نمودن As(III) به As(V) می باشد تا بتوان بهتر آن را از آب جداسازی نمود.
1-3-2- روش انعقاد و لخته سازی-ترسیب
انعقاد و لخته سازی یک روش فیزیکو شیمیایی تصفیه است که مواد شیمیایی مختلف مانند (آهک، آلوم، سولفات فرو، پلی الکترولیتها و … ) به مقادیر مناسب به آب اضافه گشته تا ذرات کوچک و کلوئیدی، سبک وغیر قابل ته نشینی، به ذرات بزرگتر، سنگین تر و قابل ته نشین تبدیل گشته و از طریق مکانیسم ته نشینی حذف گردند.
بطورکلی عوامل مختلفی همچون شرایط فرآیندی انعقاد و لخته سازی (سرعت و زمان اختلاط)، pH آب، قلیائیت، کدورت، TDS آب و درجه حرارت در کارایی یک منعقد کننده تاثیر گذار می باشند. به علاوه سایر پارامترهای محیطی و کیفی دیگری نیز بر عملیات تأثیرگذارند که سبب اختلاف در دوز بهینه ماده منعقد کننده برای هر نمونه آب می شود [18]. از این رو انتخاب منعقد کننده مناسب و تعیین دوز بهینه آن از طریق کمی و فرمولاسیون قابل محاسبه نبوده و از طریق تجربی و با آزمایش جار تعیین می گردد.
به طور سنتی، فرآیندهای انعقاد و فیلتراسیون جهت حذف آرسنیک نیز مورد استفاده قرار می‌گیرند. مواد منعقدکننده همچون آلوم، کلرید فریک، سولفات فریک و آب‌آهک جهت حذف آرسنیک با درجه‌های مختلف کاربرد دارند. فرآیند انعقاد و لخته سازی برای حذف As(V) موثرتر از As(III) است به دلیل اینکه As(III) در pH خنثی بدون بار می باشد. اگر آرسنیک در آب به شکل سه ظرفیتی وجود داشته باشد، نخست باید با استفاده از کلر، ازون یا پرمنگنات به شکل آرسنات اکسید شود. ساز و کارهای حذف As(V) بوسیله‌ی فرآیند انعقاد می‌تواند ترکیبی از ترسیب، ترسیب همزمان و جذب سطحی باشد [19].
مطالعات انجام شده توسط وانگ5 و همکاران نشان داد که در روش های تصفیه مرسوم، فرآیند انعقاد با نمک های آهن در مقایسه با نمک های آلومینیوم می تواند منتهی به نتایج بهتری در حذف آرسنیک گردد [20].
1-3-3- روش جذب سطحی
با اینکه روش های مختلفی برای حذف آرسنیک از آب وجود دارد با این حال اکثر فرآیندهای فوق الذکر از معایب قابل توجهی مانند نیاز به انرژی بالا و در نتیجه پر هزینه بودن فرآیند، راندمان اندک، تولید مقادیر زیاد لجن، نیاز به مواد شیمیایی خاص و پر هزینه بودن فرآیند بازیافت برخوردار هستند [21]. بنابراین بدلیل محدویت های فنی و اقتصادی روش های فوق، جستجو برای روش های جدید بشدت توصیه شده و در این راستا جذب سطحی بعنوان یک گزینه جدید و کارامد مورد توجه خاص قرار گرفته است [22].
طراحی ساده، عدم تولید لجن و هزینه نسبتا کم، از مزایای پروسه جذب نسبت به سایر روش هاست. به همین دلیل روش های جدید حذف آرسنیک بویژه با استفاده از انواع جاذب های اصلاح شده بیش از پیش مورد توجه قرار گرفته است. کربن فعال یکی از جاذب هایی است که به خاطر قابلیت بالای آن برای جذب آرسنیک زیاد استفاده شده است. هونگ6 و فو7 در سال 1984 از کربن فعال برای حذف آرسنیک استفاده کردند و نتایج مطلوبی گرفتند [23]. مطالعات صورت گرفته توسط سایر محققین نیز نشان می دهد که کربن فعال دارای ظرفیت جذب بالایی برای حذف آرسنیک می باشد [24 و 25]. اما به دلیل قیمت بالا و مشکلات احیا مجدد آن کاربردش در کشورهای در حال توسعه و کم درآمد محدود است. لذا این امر باعث شده که بسیاری از محققین به دنبال جاذب های اقتصادی، عملی و موثر مانند بقایا و زایدات گیاهی و جانوری باشند. یکی از جاذب های ارزان قیمت کیتوسان است که بیوپلیمری زیست سازگار و قابل بازگشت به محیط است و با استفاده از فرآیند استیل زدایی از کیتین ساخته می شود [26].
1-4- تعریف جذب سطحی
جذب سطحی یک فرآیند جداسازی است که در آن برخی از اجزاء فاز سیال به سطح یک جاذب سطحی جامد منتقل می شوند. معمولا ذرات ریز جاذب در بستر ثابتی نگه داشته می شوند و سیال به صورت پیوسته از میان بستر عبور داده می شود تا جامد تقریبا سیر شود و دیگر نتوان به جداسازی مورد نظر دست یافت. جذب سطحی را می توان تمایل مولکول های فاز سیال برای چسبیدن به سطح جامد تعریف کرد [27]. جذب روی یک سطح جامد به علت نیروی جاذبه اتم ها یا مولکول ها در سطح آن جامد است. در عمل جذب سطحی نیروهای مختلفی اعم از فیزیکی و شیمیایی موثرند و مقدار آن بستگی به طبیعت ماده جذب شده وجسم جاذب دارد. در جذب سطحی از جامد متخلخل استفاده می شود زیرا این منافذ سطح بسیار زیادی را ایجاد می کنند. یعنی فقط سطح خارجی نداریم و تخلخل نیز داریم و هرچقدر سطح جاذب افزایش یابد، مقدار ظرفیت جذب نیز افزایش می یابد.
اساس پدیده های جذب سطحی برمبنای جداسازی است. در عملیات جذب سطحی انتقال یک جز از فاز گاز یا مایع به سطح جامد صورت می گیرد ، در حقیقت این جذب بوسیله نیروهای چسبندگی و همدوسی روی می‌دهد. جذب سطحی با نیروی ضعیف واندروالسی آغاز و با نیروهای قوی کوتاه ‌برد مانند پیوند یونی و فلزی پایان می‌یابد [28]. بایستی توجه داشت که نیروی کووالانسی همراه با واکنش شیمیایی‌ ا ست و نه تنها در سطح، بلکه در توده ماده نیز عمل می‌کند و بنابراین جزو نیروهای اختصاصی جذب سطحی نیست.
1-4-1- مهمترین عوامل موثر بر جذب سطحی
1-4-1-1- مساحت سطح جذب
با افزایش سطح تماس مقدار جذب افزایش می یابد زیرا جذب سطحی یک پدیده مربوط به سطح است. قسمتی از سطح جامد که در عمل جذب سطحی در دسترس است سطح ویژه نام دارد. بنابراین مقدار جذب سطحی به ازای واحد وزنی در مورد جاذب های متخلخل و ذرات ریزتر بیشتر است [29]. مساحت سطح جامد های بسیار متخلخل و نامنظم را عموما با استفاده از همدمای BET8 بدست می آورند. در عمل استفاده از این روش نتایج مطلوبی می دهد چون این روش، همدمای جذب سطحی چند لایه ای را هم در بر می گیرد [30].
1-4-1-2- ماهیت ماده جذب شونده و جاذب
نوع ماده جذب شونده و جاذب در جذب سطحی تاثیرگذار است به طوری که بعضی از مواد جاذب، قدرت جذب زیاد نسبت به ماده حل شونده به خصوصی از خود نشان می دهد، در حالی که نسبت به ماده دیگر قدرت جذب کمتری دارند. حالت ماده جذب شونده و جاذب ، همراه بودن آن با واکنش شیمیایی ، برگشت پذیر بودن و یا برگشت ناپذیر بودن واکنش آنها نیز در جذب سطحی تاثیرگذار است. همچنین حلالیت جذب شونده در حلال با سرعت جذب، نسبت عکس دارد. افزایش طول زنجیر مولکولی، اندازه مولکول و درجه یونیزاسیون باعث افزایش سرعت جذب سطحی می شوند. شکل هندسی مولکول نیز فاکتور موثر بر سرعت است [29].
1-4-1-3- pH
pH محیط زمانی در فرآیند جذب سطحی موثر است که جذب شونده به شکل یونی یا به صورت مولکول های قطبی باشد. چون با تغییر pH بار سطحی جاذب به دلیل جذب سطحی یون های H+ و OH- تغییر می کند. pH ای را که در آن جاذب دارای سطح بار صفر (خنثی) می باشد را اصطلاحا نقطه ایزوالکتریک (pHzpc9 ) می نامند. زمانی که pHبزرگتر از pHzpc است، سطح جاذب دارای بار منفی می باشد و اگر pH کوچکتر از pHzpc باشد، سطح جاذب دارای بار مثبت خواهد بود [30].
1-4-1-4- دما
فرآیند جذب سطحی معمولا گرمازا است، بنابرین با کاهش دما جذب بهتر صورت می گیرد و زمانی که دما افزایش یابد عملیات دفع آن انجام می شود. افزایش دما اصولا باعث کاهش جذب سطحی می شود مگر در مواردی که جذب سطحی همراه با واکنش شیمیایی باشد. آنتالپی جذب سطحی معمولا برابر آنتالپی میعان یا بلوری شدن می باشد. بنابراین تغییرات زیادی در جذب سطحی ایجاد نمی شود [30].
علاوه بر عوامل ذکر شده فوق پارامترهای دیگری مانند مقدار مصرفی جاذب و غلظت اولیه محلول نیز می تواند بطور مستقیم بر روی فرآیند جذب سطحی موثر باشد.
1-4-2- اساس پدیده جذب سطحی
به طور کلی پدیده جذب سطحی به خاطر خواص موجود بر روی سطح جامد اتفاق می افتد. این خواص دارای دو منشأ می باشد. 1- پدیده ناپیوستگی: به این مفهوم است که خواص سطح جاذب از خواص بقیه جاذب متفاوت است در واقع اتم های سطح از اتم های توده متفاوت هستند. 2- اتم های سطح جامد غیر اشباع هستند. این پدیده به این مفهوم است که در زیر سطح اتم های جامد با اتم های مجاور پیوند سطحی ایجاد کرده است اما در سطح اتم ها از بالا آزاد هستند و توانایی ایجاد پیوند با مولکول های دیگر را دارند. از این رو یک حالت تمایل برای رسیدن به حالت اشباع در مولکول های سطح وجود دارد. بنابراین خاصیت جذب سطحی در آن ایجاد می شود.
ویژگیهای پدیده جذب سطحی عبارتند از:
– این پدیده در سیستم های فیزیکی، شیمیایی و بیولوژیکی قابل اجرا است.
– برای خالص سازی در سیستم های گاز و مایع بصورت صنعتی قابل استفاده است.
– برای سیستم های تصفیه آب و فاضلاب و برطرف کردن آلودگی هوا قابل استفاده است.
– امروزه با پیشرفت علم و تکنولوژی، جذب با استفاده از جاذب های جدید با قابلیت جذب بسیار بالا صورت می پذیرد.
1-4-3- مکانیسم فرآیند جذب
هر جاذب یک سطح درونی و یک سطح بیرونی دارد. سطح بیرونی جذب قابل توجه نیست اما منافذ و سطوح داخلی سطح قابل توجهی را ایجاد می کنند. مراحل جذب در سطوح درونی در شکل (1-1) نشان داده شده است.
شکل 1-1- مراحل جذب در سطوح درونی
در مرحله اول و یا پخشیدگی جذب شونده به سطح جاذب، مولکولی که می خواهد جذب شود، خودش را از توده سیال به سطح جاذب می رساند. شکل وسط بیانگر پخشیدگی درونی (Internal diffusion) است که در آن مولکول مورد نظر وارد مجراهای مشخص شده در شکل می گردد. در مرحله آخر یک لایه از مولکول جذب شونده بر روی منافذ قرار می گیرد. بدین ترتیب عمل جذب تکمیل می شود. به طور کلی عمل جذب بیشتر به صورت واکنش رفت و برگشت انجام می گیرد. بدین ترتیب که هم جذب و هم دفع به طور هم زمان انجام می شوند تا سر انجام به تعادل برسند [31]
به طور کلی پدیده جذب گرمازا است و انرژی حاصل بیانگر قدرت جذب است. این واکنش به صورت برگشت پذیر انجام می شود. بدین ترتیب که ما با اعمال یک شرایط خاصی جذب را انجام می دهیم و با تغییر وضعیت عملیات باعث می شویم که ماده مورد نظر از سطح جاذب دفع شود. این کار معمولا با فشار و تغییرات آن صورت می پذیرد. هنگامی که فشار زیاد باشد جذب انجام می شود و با ایجاد خلا جامد جذب شده از سطح جاذب جدا شده و عملیات دفع آن صورت می گیرد. همچنین با حرارت نیز می توان این کار را انجام داد بدین ترتیب که وقتی حرارت را کاهش می دهیم چون عملیات گرمازا است جذب بهتر صورت می گرد و زمانی که دما افزایش یابد عملیات دفع انجام می شود. افزایش دما اصولا باعث کاهش جذب سطحی می شود مگر در مواردی که جذب سطحی همراه با واکنش شیمیایی باشد.
1-4-3-1- جذب سطحی فیزیکی
جذب فیزیکی یا جذب واندروالس یک پدیده برگشت پذیر است که در آن نیروهای موثر، نیروهای بین‌مولکولی (واندروالس) بوده و در اثر این فرآیند جذب، تغییر محسوسی در الگوی اوربیتال الکترونی اتم‌های درگیر به وجود نمی‌آید. این نوع جذب دارای انرژی فعال‌سازی نیست و انرژی آزاد شده در طی آن در مقایسه با جذب شیمیایی کمتر است. جذب فیزیکی همچنین انتخابی نبوده و از ماده‌ای به ماده دیگر در شرایط یکسان تفاوت چندانی ندارد و نیز برخلاف جذب شیمیایی می‌تواند بصورت چندلایه باشد. در جذب سطحی فیزیکی با افزایش فشار جسم جذب شونده، مقدار جذب در واحد سطح افزایش می یابد [31].
1-4-3-2- جذب سطحی شیمیایی
جذب شیمیایی یا جذب سطحی فعال شده نتیجه فعل و انفعالات شیمیایی جامد و ماده جذب شده است. قدرت پیوند شیمیایی حاصل به طور قابل توجهی در حالات مختلف تغییر می کند و شناسایی ترکیبات شیمیایی عملا مشکل است ولی نیروهای چسبندگی معمولا بیشتر از آن چیزی است که در جذب فیزیکی وجود دارد. این پیوند شیمیایی قوی است و حدود 100 برابر جذب فیزیکی انرژی جذب دارد. حرارت آزاد شده در جذب شیمیایی معمولا زیاد و در حدود حرارت یک واکنش شیمیایی است. فرآیند عموماً برگشت ناپذیر است و با دفع و جداسازی اولیه ماده جذب شده، تغییر شیمیایی در آن مشاهده می شود. دو نوع جذب شیمیایی وجود دارد:

دسته بندی : پایان نامه ها

پاسخ دهید