مقایسه کارآیی نانو ذره مگنتیت و خاکستر ریشه گیاه شیرین بیان در حذف رنگ راکتیو بلک 5 از فاضلاب سنتتیک نساجی- وحیده پرورش؛ عباس خدابخشی- مرکز مهندسی عطران

0

زمینه و هدف: تخلیه فاضلاب رنگی از صنایع نساجی به آب­های پذیرنده، باعث آسیب به محیط زیست، منجر به کاهش نفوذ نور خورشید و  بروز پدیده اتروفیکاسیون می­شود. هدف از این تحقیق مقایسه کارآیی دو جاذب نانو ذره مگنتیت و خاکستر ریشه گیاه شیرین بیان در حذف رنگ راکتیو بلک 5 از فاضلاب سنتتیک نساجی می باشد. این مطالعه در مقیاس آزمایشگاهی و به صورت تجربی انجام گرفت.

روش بررسی: جاذب طبیعی ریشه شیرین بیان در شرایط آزمایشگاهی تهیه و با استفاده از الک استاندارد دانه بندی شد. برای تعیین سطح ویژه و مرفولوژی، شکل و توزیع اندازه ذرات و بررسی ریزساختارهای خاکستر ریشه شیرین بیان به ترتیب از  تکنیک  BETو میکروسکوپ الکترونی پویشی  (SEM)استفاده شد. غلظت رنگ در نمونه­های مختلف با استفاده از اسپکتروفتو متر در طول موج 597 نانومتر اندازه گیری شد.

یافته ها: نتایج مطالعه حاضر حداکثر میزان حذف رنگ راکتیو بلک 5 برای هر دو جاذب در pH معادل 2 و غلظت اولیه رنگ 20 میلی گرم در لیتر در زمان تعادل 60 دقیقه اول صورت گرفته است که راندمان حذف رنگ برای نانو ذره مگنتیت در این شرایط 16/81 %و برای خاکستر ریشه گیاه شیرین بیان 48/98% محاسبه گردید.

نتیجه گیری: در پایان چنین نتیجه­گیری می­شود که خاکستر ریشه گیاه شیرین بیان از نظر راندمان و مقرون به صرفه بودن از نظر اقتصادی نسبت به نانو ذره مگنتیت توانایی مطلوبی در حذف رنگ راکتیو بلک 5 از فاضلاب­های صنعت نساجی و محلول­های آبی برخوردار است.

کلمات کلیدی: رنگ راکتیو بلک 5، نانو ذره مگنتیت، جاذب طبیعی، ریشه شیرین بیان

  

1-مقدمه

صنايع نساجي از جمله مصرف كنندگان عمده آب براي فرآيندهاي مختلف توليدي می­باشد و بنابراين اين صنايع در زمره توليدكنندگان عظيم فاضلاب هاي رنگي قرار دارند كه در پساب آنها، مقادير زيادي رنگ هاي مصرف نشده و ساير تركيبات شيميايي مشاهده مي­گردد (1). میزان مصرف آب در این صنایع بین 25 تا 250 مترمکعب به ازاء هر تن محصول با توجه به نوع فرآیند تولید می­باشد (2). مواد رنگی فاضلاب صنعتی به دلیل سمی بودن، بر روی موجودات آبزی اثر گذاشته و در کارآیی سیستم­های طبیعی تصفیه خانه فاضلاب اختلال ایجاد می­کند (3)

و همچنین به دلیل اثرات منفی از نظر زیباشناختی برکیفیت آب برای مصارف شرب، کاهش قابلیت نفوذ نور و به دنبال آن ایجاد اختلال در انجام فرآیند فتوسنتز در منابع آبی (4, 5)، و ایجاد آلرژی، درماتیت، تحریک پوستی(6)، سرطان زا بودن و جهش­های ژنتیکی در انسان (7)، به عنوان یکی از مهمترین عوامل تهدید کننده سلامت عمومی و محیط زیست در سراسر جهان مورد توجه هستند(8, 9).

رنگ­ها براساس ساختار شیمیایی یا گروه عاملی رنگ، به 30-20 گروه تقسیم می­شوند که مهمترین آنها آزو، آنتراکوئینون، فتالوسیانین و تری آریلن اتان هستند (10). رنگ­های راکتیو بزرگترین دسته از رنگ­های مصنوعی در آب هستند که از نظر نوع و ساختار دارای بیشترین تنوع می­باشد (11). رنگ­های راکتیو به طور گسترده در صنایع نساجی به علت واکنش پذیری بالا، انعطاف پذیری خوب رنگ (12, 13)، شفافیت، تکنیک­های کاربردی آسان و مصرف انرژی پایین استفاده می­شود (14) و نزدیک به 50 درصد از رنگ­های راکتیو ممکن است در پساب، پس از رنگرزی الیاف از دست بروند و این رنگ­های در فرآیند تصفیه متداول بسیار مقاوم هستند (14).

این رنگ­ها به دلیل دارا بودن ترکیبات سولفاته و خاصیت هیدروفیلیک بودن، تمایل کمی به جذب بر روی توده زیستی در روش تصفیه بیولوژیکی دارند. این رنگ­ها دارای وزن مولکولی بالا و حلقه آروماتیک می­باشند (15). رنگ راکتیو بلک 5 دارای چهار گروه فنلی است که پس از انحلال در محلول­های آبی به سولفانات­های آنیونی تجزیه می­شوند (16) و پس از انحلال، رنگ آبی تیره تولید می­کند که ناشی از حلقه های آروماتیک متصل شده به وسیله گروه­های آزو می­باشد (17).

رنگ­ها به دلیل ساختار مولکولی­شان در برابر نور، گرما، تجزیه بیولوژیکی و روش­های معمول تصفیه فاضلاب مقاوم می­باشند (18). روشهای متداول برای حذف آلاینده­های رنگی از فاضلاب وجود دارد که این روشها شامل: انعقاد و لخته سازی، الکترودیالیز، اکسیداسیون پیشرفته، جذب سطحی ، غشای تبادل یونی، الترافیلتراسیون، تجزیه فتوکاتالیستی و اسمز معکوس می­باشد(19) .

فرآیند انعقاد و لخته سازی همراه با فرآیند تصفیه بیولوژیکی به منظور حذف جامدات معلق و مواد آلی و نیز بهبود حذف رنگ از پساب­های صنعتی مورد استفاده قرار می­گیرد ولی این روش با تولید مقادیر زیادی لجن همراه است که دفع لجن حاصله که غنی از ترکیبات رنگی و مواد مورد استفاده در فرآیند نساجی می­باشد، با در نظر گرفتن موازین زیست محیطی مشکل است (18).

روش­های بیولوژیکی و شیمیایی نیازمند تجهیزات و انرژی زیادی بوده یا فاقد توجیه اقتصادی می­باشد و اغلب باعث تولید محصولات جانبی نامطلوبی می­گرد (20). همچنین فرآیندهای شیمیایی با محدودیت کاربرد در حذف همه انواع رنگ­ها مواجه است از طرفی فرآیندهای بیولوژیکی به دلیل ساختار پیچیده و مقاومت این رنگ­ها در برابر تجزیه بیولوژیکی کاربرد بسیار محدود دارد. فرآیند اکسیداسیون پیشرفته هم با توجه به هزینه بالا با مشکلاتی روبرو می باشد(21).

از میان فرآیندهای مورد استفاده فرآیند جذب به دلیل سادگی طراحی، بهره برداری آسان، هزینه اولیه و حساس نبودن به مواد سمی مقبولیت زیادی دارند (22). رایج ترین جاذب مورد استفاده در جذب ترکیبات آلی و فلزات سنگین از محلول­های آبی کربن فعال می­باشد (23). ولی در سال­های اخیر کاربرد جاذب­های ارزان قیمت با ظرفیت جذب بالا به دلیل هزینه بالای تهیه کربن فعال و مشکلات مرتبط به احیاء جاذب­های اشباع شده توسعه یافته است (9).

جاذب های شامل مواد طبیعی و مواد زاید حاصل از کشاورزی و صنعتی مانند کاه گندم، زایدات ذرت، کیتین، سیلیس، خاکستر فرار، پوست موز، پوست پرتقال و غیره به عنوان گزینه های بالقوه مد نظر قرار گرفته است(9, 19). در این مطالعه ماده جاذبی که مورد بررسی قرار می­گیرد، ریشه گیاه شیرین بیان بعد از عصاره گیری است. این گیاه در کشورمان نیز پراکنش بسیار وسیعی دارد و در استان­های خراسان (شمالی، رضوی)، آذربایجان شرقی و غربی، زنجان، گلستان، کردستان، فارس، اصفهان، تهران و غیره مشاهده می­شود (24).

این گیاه خواص درمانی فراوانی دارد و از جمله گیاهان دارویی است که بسیار مورد توجه قرار دارد و این گیاه پس از عصاره ­گیری در کارخانجات مربوطه بعنوان مواد زاید کشاورزی شناخته می شود (24).

نانو تکنولوژی فرآیندی است که در جلوگیری از آلودگی، شناسایی، اندازه گیری و تصفیه آلاینده­ها نقش کلیدی را ایفا می­کند (25). جاذب دیگر مورد مطالعه در این تحقیق نانو ذره مگنتیت می­باشد. بررسی منابع علمی نشان می­دهد جذب سطحی به­وسیله نانو ذرات فلزی، یک تکنولوژی سازگار با محیط است که در سال­های اخیر به عنوان عامل موثری برای از بین بردن آلودگی­های آب و فاضلاب مورد بررسی قرار گرفته است (26).

در بین نانو ذرات فلزی، نانو ذرات مغناطیسی مگنتیت به دلیل قابليت جذب سطحي بالا به علت داشتن سطح موثر بالا و سايت هاي جذب بر روي خود، انجام سريع واكنش جذب و همچنین جداسازي آسان توسط میدان مغناطیسی خارجی دارای کاربرد فراوانی می­باشند (27). علاوه براین­ها مواد نانو، به دلیل وجود درصد بالای اتم­های موجود در سطح، نسبت بالای حجم ذرات به واحد سطح، نسبت بالای حجم ذرات به واحد حجم و نزدیکی اندازه دانه­ها به اندازه اتم­ها، دارای خواص ویژه می­باشند.

برخی از این خواص عبارتند از واکنش پذیری شیمیایی بالا، خواص الکتریکی و مغناطیسی فوق العاده، استحکام و غیره. مواد نانومتری، به علت اندازه کوچک و بالا بودن اندازه سطوح آن­ها و نیز واکنش پذیری بالای که دارند به عنوان یک ماده برای از بین بردن آلودگی­ها در محیط زیست استفاده می­شوند(28). بنابراین در این مطالعه، مقایسه کارآیی خاکستر ریشه گیاه شیرین بیان و نانو ذره مگنتیت در حذف رنگ راکتیو بلک 5 مورد مطالعه قرار گرفت. این مطالعه در آزمایشگاه دانشکده بهداشت، دانشگاه علوم پزشکی شهرکرد انجام شد.

2-روش کار

این تحقیق یک مطالعه تجربی در مقیاس آزمایشگاهی می­باشد و هدف از انجام آن مقایسه كارآيي ریشه گیاه شیرین بیان  و نانو ذره مگنتیت در حذف رنگ راكتیو بلک 5 از محلول­های آبی مي­باشد. رنگ راکتیو بلک 5 مورد استفاده در این تحقیق از کارخانه نساجی حجاب شهرکرد خریداری شد و سایر مواد شیمیایی مورد استفاده در انجام آزمایشات محصول شرکت مرک آلمان بوده است. ویژگی های رنگ راکتیو بلک 5 مورد استفاده در جدول 1 ارائه شده است.

نمونه هاي مورد بررسي دراين مطالعه از انحلال پودر رنگ راكتيو بلک 5 در آب مقطر به صورت مصنوعي تهيه مي­شود. مراحل انجام آزمایش به شرح زیر است:

2-1-مراحل آماده سازی جاذب: برای تهیه جاذب، ریشه گیاه شیرین بیان پس از عصاره گیری از کارخانه ریشمک شیراز تهیه شده و جهت حذف ناخالصی­ها از قبیل شن و ماسه و برگ و دیگر ترکیبات ابتدا با آب شهری و سپس با آب مقطر شستشو داده و سپس در دمای 103 درجه به مدت 2 ساعت خشک می­شود.

مواد خشک شده را در دمای 500 درجه به مدت 2 ساعت سوزانده و بعد در یک آسیاب خانگی خرد و توسط الک استاندارد200-60 مش دانه بندی می­شود. جاذب پودری حاصل تا زمان استفاده در ظرف بدون منفذ نگهداری می­شود. هیچ ترکیب شیمیایی و یا تصفیه فیزیکی دیگری روی جاذب قبل از انجام فرآیند جذب انجام نمی­گیرد (29).

2-2-تهیه نمونه های شیمیایی: برای تهیه نمونه استوک رنگ راکتیو بلک 5 از رنگ راکتیو بلک 5 با وزن مولکولی82/991 استفاده می­شود. 1000 میلی­­گرم از این رنگ را وزن کرده و به داخل بالن حجمی 1000 میلی لیتر منتقل و ضمن هم زدن با آب مقطر، به حجم رسانده می شود (30). تجربیات حذف رنگ توسط خاکستر ریشه گیاه شیرین بیان، در ارلن 250 میلی لیتری روی همزن مغناطیسی انجام می پذیرفت.

در این مطالعه، هر آزمایش شامل آماده سازی محلول رنگی 100 میلی لیتری با یک غلظت اولیه (20، 40، 60) و pH معین (2، 5، 7، 9، 12) می باشد. جهت تنظیم pH نمونه از محلول­های NaOH  یا N HCL1 نرمال و برای اندازه گیری آن از pH متر استفاده می­شود. سپس جرم معینی از خاکستر ریشه گیاه شیرین بیان (3/0، 5/0، 7/0، 1، 2 گرم در میلی لیتر)

و نانو ذره مگنتیت (2/0، 4/0، 6/0 8/0، 1 گرم در میلی لیتر) به محلول اضافه شده و پس از آن برای مدت زمان معین (10، 30، 60، 120، 180 دقیقه) برای اختلاط و تماس مناسب جاذب­ها و رنگ روی همزن مغناطیسی یا شیکر با سرعت دور 120 دور در دقیقه قرار می­دهیم.

جهت جداسازی ذرات جاذب خاکستر ریشه گیاه شیرین بیان از محلول آبی نمونه از پمپ خلاء، قیف بوخنر و فیلتر استات سلولز با منافذ 45/0 میکرون و برای نانو ذره مگنتیت از آهنربای 5/1 تسلا مورد استفاده قرار گرفت (31, 32). در این تحقیق سنجش غلظت رنگ با استفاده از منحنی استاندارد تهیه شده با غلظت­های 10، 20، 40، 50، 60، 70 میلی گرم در لیتر توسط دستگاه اسپکتروفتومتر مدل (UV-2100 Spectrophotometer) در طول موج 597 نانومتر و معادله بهترین خط برازش بدست آمده با ضریب همبستگی مناسب (9991/0=R2 ) انجام شد. (نمودار1). سپس درصد حذف رنگ با استفاده از معادله زیر محاسبه گردید:

Up100 (1)

در این معادله، C0 و Ce به ترتیب غلظت­های اولیه و نهایی رنگ (پس از جذب) می­باشد. مقدار رنگ بلک 5 جذب شده، نیز با استفاده از معادله زیر تعیین مقدار شد:

(2)

در این معادله نیز V، حجم نمونه (لیتر)، و M، مقدار جاذب مورداستفاده (گرم) می­باشد (12).

در این مطالعه  همچنین میزان سطح ویژه ذرات خاکستر ریشه گیاه شیرین بیان به روش BET[1]  تعیین و برای تعیین مرفولوژی، شکل و توزیع اندازه ذرات و بررسی ریزساختارها این جاذب از میکروسکوپ الکترونی پویشی SEM[2] استفاده گردید (33).

جدول 1: مشخصات فیزیکوشیمیایی رنگ RB5

نام رنگ راکتیو بلک 5
ساختار شیمیایی
فرمول مولکولی
حداکثر طول موج (نانومتر) 597
وزن مولکولی (گرم در مول) 82/991

 

3-یافته ­ها

3-1- مشخصات ساختاری جاذب:

در شکل 1 تصاویر جذب (ج) که در دانشکده مواد دانشگاه صنعتی اصفهان تهیه شده، نشان داده شده است. نتایج مربوط به آزمایش BET که در پژوهشکده نانوفناوری و مواد پیشرفته دانشگاه صنعتی اصفهان انجام شده جدول 2 آورده شده است.

شکل 1: تصاویر SEM ، الف) قبل از فعال سازی، ب) بعد از فعال سازی، ج)بعد از فرآیند جذب

جدول1: نتایج آزمایش BET

نوع جاذب مساحت سطح ویژه(m2/g)
قبل از فعال سازی جاذب 037/2
بعد از فعال سازی و سوزاندن جاذب 57/56

3-2- اثر pH بر کارآیی فرآیند جذب

نمودار 2 راندمان حذف رنگ راکتیو بلک 5 با تغییر  pHاولیه نشان می­دهد. همانطور که از نمودار استنباط می­شود در pH برابر 2 بالاترین راندمان برای هر دو جاذب در غلظت رنگ اولیه 20 میلی گرم در لیتر و زمان تماس 60 دقیقه و مقدار دوز جاذب برای ریشه شیرین بیان و نانو ذره مگنتیت به ترتیب 2 و 1 گرم در میلی لیتر اتفاق افتاده است.

نمودار 2: تاثیر pH بر کارآیی فرآیندحذف

3-3- تاثیر غلظت اولیه رنگ بر کارآیی فرآیند جذب

تاثیر غلظت­های اولیه رنگ بر روی کارایی حذف در نمودار 3 نشان داده شده است. همانطور که در نمودار مشخص می­باشد ­با افزایش غلظت اولیه رنگ راندمان حذف در هردو جاذب کاهش یافت. همچنین بیشترین راندمان حذف در غلظت 20 میلی گرم در لیتر برای هر دو جاذب اتفاق افتاد.

نمودار 3: تاثیر غلظت اولیه رنگ بر کارآیی فرآیند حذف

3-4- تاثیر زمان تماس

تاثیر زمان تماس بر روی راندمان حذف رنگ در نمودار 4 نشان داده شده است. همانطور که در نمودار مشخص است بیش­ترین مقدار حذف در برای هر دو جاذب در غلظت رنگ 20 میلی گرم در لیتر در pH برابر 2 و و دوز جاذب 2 و 1 گرم در میلی لیتر برای شیرین بیان و نانو ذره مگنتیت در 60 دقیقه اول زمان تماس صورت گرفته است.

نمودار 4: تاثیر زمان تماس بر کارآیی  فرآیند حذف

3-5- تاثیر مقدار جاذب بر کارآیی فرآیند جذب

اثر مقدار اولیه جاذب را بر روی راندمان حذف رنگ در نمودار نشان داده شده است. تاثیر مقدار جاذب بر روی راندمان حذف رنگ، در زمان 60 دقیقه در غلظت اولیه 20 میلی گرم در لیتر و pH برابر 2 مورد آزمایش قرار گرفت و بهترین راندمان حذف در مقدار 2 گرم در میلی لیتر برای ریشه گیاه شیرین بیان و 1 گرم در میلی لیتر برای نانو ذره مگنتیت بدست آمد.

نمودار 5: تاثیر دوز جاذب بر کارآیی فرآیند حذب

3-6- ایزوترم های جذب

مطالعه ایزوترم ها می تواند توصیف کننده چگونگی وقوع واکنش بین جذب شونده با ماده جاذب باشد. در واقع ایزوترم، فراهم کننده ارتباط بین غلظت رنگ، در محلول و مقدار رنگ جذب شده در سطح فاز جامد بوده است؛ در شرایطی که هر دو فاز در حال تعادل با یکدیگر قرار دارند (9). در این مطالعه از مدل­های جذب لانگمویر و فروندلیچ جهت بررسی تطابق داده­ها استفاده گردید. مدل جذب لانگمویر بیانگر جذب تک لایه، یکنواخت و حذف اثرات متقابل مولکول های جذب شده می باشد. شکل خطی معادله لانگمیر به صورت زیر می باشد:

(3)

مقدار ثایت لانگمویر qm و KL حاصل از معادله نمودار  در مقابل   و مقدار ضریب همبستگی برای هر دو جاذب  بدست آمد که در نمودار6 و 7 نشان داده شده است. جهت تعیین نوع مطلوبیت فرآیند جذب در مدل جذب لانگمویر می­توان از مقادیر فاکتور بدون بعد RL که ضریب جداسازی نامیده می شود استفاده کرد.

که در سال 1966 توسط Hall و همکارانش معرفی گردید این رابطه برای توصیف نوع وشکل ایزوترم جذب به کار برده و به صورت معادله 4 بیان می شود (34). ارتباط RL با نوع ایزوترم جذب لانگمویر در جدول 3 آورده شده است.

(4)

جدول2: ارتباط مقدار  و نوع ایزوترم لانگمویر

نوع ایزوترم مقدار RL
نامطلوب
خطی
مطلوب
برگشت پذیر

در این پژوهش مقدار 1123/0= RL برای جاذب ریشه شیرین بیان و مقدار  2157/0= RL برای نانو ذره مگنتیت بدست آمد که در گستره بین 0 تا 1 می باشند و این مطلب بیانگر جذب مطلوب رنگ RB5  روی خاکستر ریشه گیاه شیرین بیان و نانو ذره مگنتیت  است. ایزوترم فروندلیچ با فرض یک سطح ناهمگن با توزیع غیر یکنواختی از گرمای جذب در روی سطح به دست می آید. شکل خطی معادله فروندلیچ به صورت زیر است:

(5) Log qe =Log Kf +Log Ce

مقدار ضریب فروندلیچ  Kfو n از نمودار خطی Log qe  در مقابل Log Ce به همراه ضریب همبستگی برای هر دو جاذب مشخص گردید که در نمودار 6 و 7 ارایه شده است. مقدارn /1 در معادله فروندلیچ توصیف کننده نوع ایزوترم فروندلیچ می باشد. نوع ارتباط در جدول 4 نشان داده شده است (35).

جدول3: ارتباط مقدار n/1 و نوع ایزوترم فروندلیچ

نوع ایزوترم مقدار 1/n
نامطلوب 1/n>1
برگشت ناپذیر 1/n=1
مطلوب 1<1/n<0

همان طور که در جدول3 ارایه شده  n/1 برای هر دو جاذب نزدیک به مقدار واحد است که نشان می دهد که فرآیند جذب تحت شرایط آزمایش مناسب است. نتایج هریک از ایزوترم ها درجدول 3 و معرفی پارامتر­های این مدل­ ها در جدول 4 ارایه شده است. نتایج حاصل از مطالعات ایزوترمی در مورد ریشه گیاه شیرین بیان نشان دهنده مقادیر بالای R2 در هردو رابطه فروندلیچ و لانگمویر می باشند و این مقادیر نشان می دهند

که داده های آزمایش از هر دو مدل پیروی می کنند اما مدل لانگمویر برازشی بهتر بر حذف رنگ راکتیو بلک 5 داده های آزمایش دارد (9467/0=R2). همچنین مطالعات ایزوترمی جذب توسط نانو ذره مگنتیت به دلیل مقدار R2 برابر 9011/0نشان می دهد که داده های آزمایش از مدل لانگمویر پیروی کرده است.

جدول4: معادلات ایزوترم ها و ضرایب ثابت و ضرایب همبستگی ایزوترم­ها در حذف رنگ RB5 توسط خاکستر ریشه گیاه شیرین بیان و نانو ذره مگنتیت

نانو ذره مگنتیت خاکستر ریشه گیاه شیرین بیان معادلات ایزوترم ایزوترم جذب
R2 KL R2 KL لانگمویر

(Langmuir)

0.9011 0.1818 5000 .9467 .395 5.17
R2 1/n Kf R2 1/n Kf Log =Log Kf + فروندلیچ

Freundlich))

0.7276 0.8321 2.8012 9131. .6292 .1315

جدول5: پارامترهای ایزوترم های جذب

ضرایب تعریف
qe مقدار رنگ جدب شده در حالت تعادل (mg/g)
Ce غلظت رنگ جذب شده در زمان تعادل (mg/g)
KL شدت جذب جاذب یا ثابت لانگمویر (بدون بعد)
Kf و n ثابت های فروندلیچ وابسته به ظرفیت و شدت جذب
qm حداکثر ظرفیت جذب (mg/g)
RL ضریب جداسازی (بدون بعد)

4-بحث

4-1-بررسی مشخصات جاذب

در شکل 1 مرفولوژی سطح خاکستر ریشه شیرین بیان نشان داده شده است همان طور که در تصویر  SEMمشخص است شیرین بیان تهیه شده بعد از فرآیند حرارتی دارای تخلخل و خلل و فرج بسیار بالایی نسبت به حالت قبل از فعال سازی است و همین طور سطح ویژه جاذب مورد بررسی از 037/2 به  57/56 m2/g رسیده است که این نشان دهنده افزایش سطح ویژه جاذب بعد از فرآیند فعال سازی می­باشد که این دلیلی آشکار جهت بالا بودن راندمان حذف رنگ به وسیله جاذب مورد مطالعه می­باشد.

4-2-تاثیر pH  در کارآیی فرآیند جذب

pH از جمله فاکتورهای مهمی است که بر خصوصیات سطحی و بار سطحی جاذب در فرآیند جذب تاثیر می­گذارد. همان طور که از نمودار2 مشاهده می­شود جذب RB5 توسط خاکستر ریشه شیرین بیان و نانو ذره مگنتیت مورد مطالعه، کاملاً متاثر از مقدارpH  محلول است به نحوی که حداکثر راندمان حذف رنگ درpH  معادل 2 برای ربشه شیرین بیان برابر 95/80 % و برای نانو ذره مگنتیت برابر37/60 % بدست آمده است.

در واقعpH  محلول پارامتر مهمی در فرآیند جذب محسوب می­شود زیرا بر، همکنش بین گروه های فعال جاذب و جذب آلابنده مورد نظر تاثیر می­گذارد. همچنین pH  محلول بر بار سطحی جاذب، درجه یونیزاسیون آلاینده­های مختلف، تفکیک گروه های کاربردی برروی سایت های فعال جاذب و نیز ساختارمولکول رنگ اثر گذار می باشد.

شرایطpH  اسیدی، سایت های پیوندی جاذب با یون های هیدروژنی که به عنوان پل ارتباطی بین سطح جاذب و مولکول های رنگ عمل می نمایند ارتباط نزدیکی برقرار می_کنند. در این شرایط مقادیرpH  پایین تر، شرایط مطلوبی برای جذف رنگ_های راکتیو ایجاد می_نماید.

علل ظرفیت کم جذب درpH  قلیایی به خاطر رقابت بین هیدوکسیل و بار منفی یون های رنگ در مکان_های جذب می_باشد مطالعات Dutta  و همکارانش در سال 2009 نشان داد که درصد حذف رنگ راکتیو قرمز 198 بوسیله نانو ذرات دی اکسد تیتانیوم با افزایش pH از 3 تا 7 کاهش یافته و ظرفیت جذب رنگ در شرایط اسیدی بالاتر بوده است. همچنینBourikas  و همکارانش در سال 2009 به نتایج مشابه دست یافتند که جذب رنگ اسید نارنجی 7 بوسیله نانو ذرات دی اکسید تیتانیوم با افزایش pH کاهش می­یابد و همچنین pH بهینه در فرآیند جذب رنگ را 3 گزارش کرده اند (36, 37)

4-3- تاثیر غلظت اولیه رنگ در کارآیی فرآیند جذب

همان طور که از نمودار3  مشخص می_باشد با افزایش غلظت اولیه رنگ میزان راندمان حذف در هر دو جاذب کاهش می_یابد. این کاهش راندمان به این دلیل است که جاذب ها دارای محل جذب محدودی می_باشند که با افزایش غلظت رنگ ظرفیت آنها سریع اشباع شده و راندمان حذف کاهش خواهدیافت.

به طوری که می توان گفت حذف رنگ تحت تاثیر غلظت اولیه رنگ می_باشد. سید جواد جعفری و همکاران در سال 2012 در مطالعه ای به عنوان حذف رنگ بلک 5 از محیط_های آبی با استفاده از گل قرمز فعال شده به نتایج مشابه رسیدند که کارآیی حذف رنگ با افزایش pH و غلظت اولیه رنگ کاهش یافته است (38) و همچنین ذبیح الله کافی و همکارانش در سال 2010، در مورد حذف رنگ از محلول آبی با خاک اره و رس بنتونیت را بررسی کردند(39).

نتایج مطالعه نشان می­داد که راندمان حذف رنگ از محلول­های حاوی با افزایش غلظت اولیه رنگ کاهش یافته است. در مطالعه ای Wang همکارانش در سال 2012 انجام دادند به نتایج یکسانی در این مورد دست یافته اند (40).

4-4- اثر زمان تماس برکارآیی فرآیند جذب

همان طور که در نمودار 4 نشان داده شده است با افزایش زمان تماس کارآیی حذف رنگ افزایش یافته و بیشترین مقدار حذف درغلظت های 40 و60 میلی گرم در لیتر همان 60 دقیقه اول می باشد. ادریس بذر افشان و همکارانش در سال 2012 حذف رنگ قرمز 198 را با استفاده از خاکستر حاصل از زائدات پسته به نتایج یکسانی رسیدند

و بیشترین حذف در زمان 60 دقیقه اول بوده حاصل شده است(19). عموماً نرخ حذف آلاینده در ابتدا سریع بوده، اما به تدریج با گذشت زمان کاهش یافته تا اینکه به حالت تعادل می­رسد.

این پدیده ناشی از این است که در مراحل اولیه جذب، شمار زیادی از سایت_های سطحی خالی، برای انجام جذب در دسترس بوده اما با گذشت زمان، سایت_های سطحی باقی مانده، در جذب آلاینده ها با مشکل مواجه می_شوند که این امر می_تواند به دلیل نیروهای بازدارنده بین مولکول_های جذب شونده بر سطح جاذب جامد و توده مایع باشد. نتایج مشابه توسط دکتر قانعیان و همکارانش در سال 2012 و Nemr و همکارانش در سال 2009 بدست آمده است که نشان می_دهد، با افزایش زمان تماس، راندمان حذف افزایش می­یابد (9, 23).

4-5- اثر مقدار جاذب بر کارآیی فرآیند جذب

راندمان حذف رنگ RB5 توسط خاکستر ریشه گیاه شیرین بیان و نانو ذره مگنتیت به عنوان تابعی از جرم جاذب در نمودار 5 ارایه شده است. براساس نتایج، با افزایش جرم جاذب حذف رنگ افزایش می یابد. این پدیده با افزایش سطح قابل دسترس برای جذب رنگ مورد مطالعه مرتبط می_باشد. لذا با افزایش جرم جاذب، راندمان جذب رنگ مورد نظر افزایش یافته است.

این یافته ها با نتایج غلامی و همکارانش در سال 2012 و یوسفی و همکارانش در سال 2013 و Sulak و همکارنش در سال 2007 و Nemr و همکارانش در سال 2009 مطابقت دارد (20, 23, 41, 42)

4-6- بررسی ایزوترم های جذب

نتایج به دست آمده از پرامترهای ایزوترم های تعادلی جذب در جدول 3 نشان می دهد که رفتار جذب رنگ RB5 بر روی خاکستر ریشه گیاه شیرین بیان و نانو ذره مگنتیت از مدل لانگمویر پیروی می­کند که بیانگر جذب رنگ به صورت تک لایه ای روی سطح همگن جاذب مورد نظر می باشد نتایج مشابه ای توسط کافی و همکارانش در سال 2010 و Gulnaz و همکارانش و یوسفی و همکارانش در سال 2013 همچنین مصداقی نیا و همکارانش در سال 2013 در مورد تطابق بهتر نتایج با ایزوترم لانگمویر گزارش شد (39, 42-44)

5-نتیجه گیری

در این مطالعه مقایسه کارآیی خاکستر ریشه گیاه شیرین بیان و نانو ذره مگنتیت در حذف رنگ  RB5 از فاضلاب سنتتیک نساجی مورد بررسی قرار گرفت و بهترین شرایط جذب رنگ RB5 در این فرآیند برای هر دو جاذب تعیین شد. حذف رنگ RB5  با افزایش غلظت اولیه رنگ در هر دو جاذب به علت اشباع شدن سطح جاذب در غلظت های بالای رنگ کاهش یافت و باتوجه به ضرایب همبستگی(R2) می توان نتیجه گرفت که داده­ ها از مدل ایزوترمی لانگمویر پیروی می کنند.

حذف رنگ با افزایش زمان تماس واکنش افزایش یافت و بهترین راندمان حذف در pH معادل 2 و غلظت اولیه رنگ 20 میلی گرم در لیتر و مقدار جاذب 2 گرم برای خاکستر ریشه شیرین بیان و مقدار جاذب 1 گرم در میلی لیتر برای نانو ذره و زمان تماس 60 دقیقه حاصل شد.

ولی راندمان حذف رنگ توسط خاکستر ریشه شیرین بیان در شرایط بهینیه ذکر شده 48/98 %و برای نانو ذره مگنتیت 16/81% بدست آمد. و این نشان دهنده این است که خاکستر ریشه شیرین بیان به دلیل راندمان بالا در حذف رنگ و هزینه کم تولید و نگهداری می توان یک گزینه موثر و کارآمد در حذف رنگ از فاضلاب نساجی و پساب هایی با محیط اسیدی مطرح باشد.

6-قدردانی

نویسندگان مقاله بر خورد لازم می­دارند از معاونت محترم پژوهشی دانشگاه علوم پزشکی و خدمات درمانی شهرکرد جهت حمایت­های مالی از طرح­های مصوب پایان نامه دانشجویی و همکاری کارشناسان محترم آزمایشگاه آب وفاضلاب دانشکده بهداشت شهرکرد جهت انجام این تحقیق، کمال تشکر و قدردانی نمایند.

  

مراجع

    1. Wu C-H. Photodegradation of CI Reactive Red 2 in UV/TiO2-based systems: Effects of ultrasound irradiation. Journal of hazardous materials. 2009;167(1):434-9.
    1. Lucas MS, Peres JA. Degradation of Reactive Black5 by Fenton/UV-C and ferrioxalate/H2O2solar light processes. Dyes and pigments. 2007;74(3):622-9.
    1. Golka K, Kopps S, Myslak ZW. Carcinogenicity of azo colorants: influence of solubility and bioavailability. Toxicology letters. 2004;151(1):203-10.
    1. Royer B, Cardoso NF, Lima EC, Vaghetti JC, Simon NM, Calvete T, et al. Applications of Brazilian pine-fruit shell in natural and carbonized forms as adsorbents to removal of methylene blue from aqueous solutions—Kinetic and equilibrium study. Journal of Hazardous Materials. 2009;164(2):1213-22.
    1. Lima EC, Royer B, Vaghetti JC, Simon NM, da Cunha BM, Pavan FA, et al. Application of Brazilian pine-fruit shell as a biosorbent to removal of reactive red 194 textile dye from aqueous solution: kinetics and equilibrium study. Journal of hazardous materials. 2008;155(3):536-50.
    1. Brookstein DS. Factors associated with textile pattern dermatitis caused by contact allergy to dyes, finishes, foams, and preservatives. Dermatologic clinics. 2009;27(3):309-22 (in paesain).
    1. Elkady M, Ibrahim AM, El-Latif M. Assessment of the adsorption kinetics, equilibrium and thermodynamic for the potential removal of reactive red dye using eggshell biocomposite beads. Desalination. 2011;278(1):412-23.
    1. Daneshvar N, Salari D, Khataee A. Photocatalytic degradation of azo dye acid red 14 in water on ZnO as an alternative catalyst to TiO2. Journal of Photochemistry and Photobiology A: Chemistry. 2004;162(2):317-22( in persian).
    1. Ghaneian MT, Ghanizadeh G, Gholami M, Ghaderinasab F. Application of Eggshell as a Natural Sorbent for the Removal of Reactive Red 123 Dye from Synthetic Textile Wastewater. Zahedan Journal of Research in Medical Sciences. 2010;11(4):1-5(in persian).
    1. dos Santos AB, Cervantes FJ, van Lier JB. Review paper on current technologies for decolourisation of textile wastewaters: perspectives for anaerobic biotechnology. Bioresource Technology. 2007;98(12):2369-85.
    1. Akhtar S, Khan AA, Husain Q. Potential of immobilized bitter gourd (Momordica charantia) peroxidases in the decolorization and removal of textile dyes from polluted wastewater and dyeing effluent. Chemosphere. 2005;60(3):291-301.
    1. Rahman A, Urabe T, Kishimoto N. Color removal of reactive procion dyes by clay adsorbents. Procedia Environmental Sciences. 2013;17:270-8.
    1. Baker S, Petty M, Roberts G, Twigg M. The preparation and properties of stable metal-free phthalocyanine Langmuir-Blodgett films. Thin Solid Films. 1983;99(1):53-9.
    1. Vijayaraghavan K, Yun Y-S. Biosorption of CI Reactive Black 5 from aqueous solution using acid-treated biomass of brown seaweed Laminaria. Dyes and pigments. 2008;76(3):726-32.
    1. Rosa S, Laranjeira M, Riela HG, Fávere VT. Cross-linked quaternary chitosan as an adsorbent for the removal of the reactive dye from aqueous solutions. Journal of Hazardous Materials. 2008;155(1):253-60.
    1. Greluk M, Hubicki Z. Kinetics, isotherm and thermodynamic studies of Reactive Black 5 removal by acid acrylic resins. Chemical Engineering Journal. 2010;162(3):919-26.
    1. Şengil İA, Özacar M. The decolorization of CI Reactive Black 5 in aqueous solution by electrocoagulation using sacrificial iron electrodes. Journal of hazardous materials. 2009;161(2):1369-76.
    1. Vandevivere PC, Bianchi R, Verstraete W. Review: Treatment and reuse of wastewater from the textile wet‐processing industry: Review of emerging technologies. Journal of Chemical Technology and Biotechnology. 1998;72(4):289-302.
    1. Bazrafshan E, Kord Mostafapour F, Barikbin B. Decolorization of Reactive Red 198 by means of pistachio-nut shell ash. Journal of Birjand University of Medical Sciences. 2012;19(3):266-76(in persian).
    1. Gholami H, Gholami M, Gholizadeh A, Rastegar A. Use of orange peel ash for removal of Diract black 22 dye from aqueous environments. Journal of north Khorasan University of medical Sciences 2012;8:(in persain).
    1. Ghaneian M, Ehrampoush M, Dehvari M, Jamshidi B, Amrollahi M. Application of raw russian knapweed flower powder as a natural biosorbent in removal of hexavalent chromium from synthetic wastewater. Toloo e Behdasht. 2012;2:19-28 (in persain).
    1. Ghaneian M, Ehrampoush M, Ghanizadeh G, Momtaz M. Study of eggshell performance as a natural sorbent for the removal of reactive red 198 dye from aqueous solution. Toloo e Behdasht. 2011;12(:in persain).
    1. El Nemr A, Abdelwahab O, El-Sikaily A, Khaled A. Removal of direct blue-86 from aqueous solution by new activated carbon developed from orange peel. Journal of Hazardous Materials. 2009;161(1):102-10.
    1. Yazdani A, Ghorbanpur R, F V. Preconcentration of trace amounts of Lead in water samples with root of Glycyrrhizaglabra and Determination by flame atomic absorption spectrometry. Journal of North Khorasan University of Medical Sciences. 2012:139-47 (in persian).
    1. Junyapoon S. Use of zero-valent iron for wastewater treatment. Journal of King Mongkuts Institute of Technology Ladkrabang Science. 2005;5(3):587-95.
    1. Chen Jh, Wang Yj, Zhou Dm, Cui Yx, Wang Sq, Chen Yc. Adsorption and desorption of Cu (II), Zn (II), Pb (II), and Cd (II) on the soils amended with nanoscale hydroxyapatite. Environmental progress & sustainable energy. 2010;29(2):233-41.
    1. Borai E, El-Sofany E, Morcos T. Development and optimization of magnetic technologies based processes for removal of some toxic heavy metals. Adsorption. 2007;13(2):95-104.
    1. Shokuhfar A MK. IntroductionTo Nanotechnology Tehran: Gostar Publication2005. i p.
    1. Bazrafshan E, Mostafapour FK, Zazouli MA. Methylene blue (cationic dye) adsorption into Salvadora persica stems ash. African Journal of Biotechnology. 2012;11(101):16661-8(in persain).
    1. Dafale N, Rao NN, Meshram SU, Wate SR. Decolorization of azo dyes and simulated dye bath wastewater using acclimatized microbial consortium–biostimulation and halo tolerance. Bioresource technology. 2008;99(7):2552-8.
    1. Bahrami M B-NS, Kashkooli H-A, Farrokhian Firouzi A, Babaei A-A. Cadmium Removal from Aqueous Solutions Using Modified Magnetite Nanoparticles. Iranian Journal of Health and Environment. 2013;6(2):221-32(in persain).
    1. Ghaneian MT, Momtaz M, Dehvari M. An Investigation of the Efficacy of Cuttlefish Bone Powder in the Removal of Reactive Blue 19 Dye from Aqueous Solutions: Equilibrium and Isotherm Studies. Journal of Health Researches. 2012;1:1-11(in persain).
    1. Lowell S. Characterization of porous solids and powders: surface area, pore size and density: Springer Science & Business Media; 2004.
    1. Hall KR, Eagleton LC, Acrivos A, Vermeulen T. Pore-and solid-diffusion kinetics in fixed-bed adsorption under constant-pattern conditions. Industrial & Engineering Chemistry Fundamentals. 1966;5(2):212-23.
    1. Santhy K, Selvapathy P. Removal of reactive dyes from wastewater by adsorption on coir pith activated carbon. Bioresource Technology. 2006;97(11):1329-36.
    1. Dutta S, Parsons SA, Bhattacharjee C, Jarvis P, Datta S, Bandyopadhyay S. Kinetic study of adsorption and photo-decolorization of Reactive Red 198 on TiO2 surface. Chemical Engineering Journal. 2009;155(3):674-9.
    1. Bouberka Z, Benabbou KA, Khenifi A, Maschke U. Degradation by irradiation of an acid orange 7 on colloidal TiO2/(LDHs). Journal of Photochemistry and Photobiology A: Chemistry. 2014;275:21-9.
  1. Jaafari S J, Shokouhi R , Hossein Zad E. Removal of Reactive Black 5 (RB5) dye from aqueous solution by using of adsorption onto activated red mud: kinetic and equilibrium study

Journal of Hazardous Materials. 2012:59-60 (in persain).

  1. Kafi Z, Ganjidoust H, Ayati B. Study of Dye Removal from Aqueous Solution Using Sawdust and Clay. Modares Civil Engineering Journal (MCEL). 2011;3:67-76 (in persain).
  2. Wang L-G, Yan G-B. Adsorptive removal of direct yellow 161dye from aqueous solution using bamboo charcoals activated with different chemicals. Desalination. 2011;274(1):81-90.
  3. Sulak M, Demirbas E, Kobya M. Removal of Astrazon Yellow 7GL from aqueous solutions by adsorption onto wheat bran. Bioresource technology. 2007;98(13):2590-8.
  4. Yousefi N, Fatehizadeh A, Ahmadi A, Rajabizadeh A, Toolabi A, Ahmadian. M. The Efficiency of Modified Wheat Brad in Reactive Black 5 DyeRemoval from Aqueous Solutions. Journal of Health and Development. 2013:(in persain).
  5. Gulnaz O, Sahmurova A, Kama S. Removal of Reactive Red 198 from aqueous solution by Potamogeton crispus. Chemical Engineering Journal. 2011;174(2):579-85.
  6. Mesdaghinia A MA, Fazlzadeh M, Dehghani MH4, Heibati B, Sam Daliri Z, Aghanejad M. Comparing efficiency natural pumice and modified with iron in removal Reactive Black5 dye Journal of north khorasan university of medical sciences. 2013;5(2):449-57 (in persain).

Comparison Glycyrrhiza glabra root and magnetite nanoparticles efficacy in removal Reactive Black 5 dye of waste synthetic textile

Vahideh Parvaresh1, Abas Khodabakhshi2*

1-MSc Student of Environmental Health Engineering, School of  Health, Shahrekord University of Medical Sciences, Shahrekord, Iran.

2-Department of Environmental Health Engineering, School of Health, Shahrekord University of Medical Sciences, Shahrekord, Iran.

*Corresponding author: Dr. Abas Khodabakhshi, Email:khodabakhshi16@gmail.com

Abstract

Background:Discharges dye textile industry into waters acceptor, causing damage to the environment, to reduce the influence of the sun and of the phenomenon of eutrophication. The purpose of this study was to compare the effectiveness of two absorbing nanoparticles of magnetite and Glycyrrhiza glabra root Reactive Black 5 dye removal from wastewater synthetic textile.

 Methods:This study was performed experimentaly and in laboratory scale. The target absorbent was prepared in laboratory condition and pulverized by standard ASTM sieves. To determine the specific surface area and morphology, shape and particle size distribution and analysis of microstructures ash Glycyrrhiza glabra root, was used respectively, BET and SEM. Concentration of color values was determined using a spectrophotometer  in Maximum adsorption wave length (λmax), 597 nm.

Results: The results of this study, the maximum removal of Reactive Black 5 dye for both absorber has been in a pH of 2 and dye initial concentration of 20 mg/L in the first 60 minutes the balance. dye removal efficiency for magnetite nanoparticles in these conditions 16/81%, and Glycyrrhiza glabra root ash 48/98% respectively.

Conclusion:At the end concluded that the ash Glycyrrhiza glabra root of economic efficiency and cost-effectiveness ratio of magnetite nanoparticles in the removal of Reactive Black 5 good ability of aqueous

solutions is a waste textile industry.

Keywords: Reactive Black 5 dye, magnetite nanoparticles, a natural absorber, Glycyrrhiza glabra root ash

[1] Brunauer Emmett Teller

[2] Scanning Electron Microscopy

اشتراک:

درباره نویسنده

نظرات بسته اند

برچسب‌ها : % % % % % % % % % % % % %
Call Now Button