بررسی کارایی نانوذرات گرافناکساید در حذف کروم و سرب از محلولهای آبی

چکیده
زمینه و هدف: امروزه از روشهای مختلفی برای حذف فلزات سنگین از منابع آب استفاده میشود که فرآیند جذب سطحی یکی از
آنها میباشد. نانوذرات گرافناکساید بهدلیل پتانسیل بالا، ظرفیت جذب و سطح ویژه بالا، مورد توجه میباشد. این مطالعه، با هدف
بررسی کارایی نانوذرات گرافناکساید در حذف کروم و سرب از محلولهای آبی انجام گرفت..
مقدار جاذب، دما و زمانهای مختلف ،pH ، روش تحقیق: این مطالعه از نوع تجربی بود. در این پژوهش، اثرات غلظت اولیه آلاینده
بر راندمان حذف کروم و سرب از محلولهای آبی توسط گرافناکساید مورد بررسی قرار گرفت.
با غلظت اولیه pH= با غلظت اولیه 4میلیگرم در لیتر و برای کروم در 3 pH= یافتهها: بیشترین درصد حذف، برای سرب در 9
0گرم و در زمان تماس 15 دقیقه / 3میلیگرم در لیتر رخ داد؛ همچنین بیشترین راندمان جذب برای سرب و کروم در جرم جاذب 01
42 درصد بهدست آمد. نتایج نشان داد، جذب سرب و کروم از ایزوترم فروندلیچ پیروی میکنند. نتایج / بهترتیب برابر: 90 درصد و 32
حاصل از بررسی ترمودینامیک واکنش نیز نشان داد که واکنش حذف کروم، از لحاظ دمایی از نوع واکنشهای گرمازا و واکنش حذف
سرب از نوع واکنشهای گرماگیر میباشد.
نتیجهگیری: جاذب گرافناکساید عملکرد خوبی در حذف دو آلاینده مهم کروم و سرب از منابع آبی و پساب فاضلاب دارد.
واژههای کلیدی: گرافناکساید؛ کروم؛ سرب؛ ایزوترم جذب؛ ترمودینامیک
.38-27 :(1) 22 ؛ مجله علمی دانشگاه علوم پزشکی بیرجند. 1394
1394/03/ 1393 پذیرش: 03 /11/ دریافت: 17
١ نویسنده مسؤول؛ استادیار، گروه مهندسی بهداشت محیط، دانشکده بهداشت و عضو مرکز تحقیقات عوامل اجتماعی موثر بر سلامت، دانشگاه علوم پزشکی بیرجند، بیرجند، ایران؛
آدرس: بیرجند- خیابان غفاری- دانشگاه علوم پزشکی بیرجند- دانشکده بهداشت- گروه مهندسی بهداشت محیط
[e-mail] : 056 پست الکترونیکی - 056 نمابر: 32440117 - تلفن: [phone]
٢ دانشجوی کارشناسی ارشد مهندسی بهداشت محیط، عضو کمیته تحقیقات دانشجویی، دانشکده بهداشت، دانشگاه علوم پزشکی بیرجند، بیرجند، ایران.
www.SID.ir
Archive of SID
بررسی کارایی نانوذرات گرافناکساید در حذف کروم و سرب از محلولهای آبی علی نقیزاده و فاطمه مؤمنی
28
مقدمه
فلزات سنگین، ازجمله آلایندههای زیستمحیطی هستند
که مواجهه انسان با آنها از طریق آب و مواد غذایی، میتواند
مسمومیتهای مزمن و حاد خطرناکی ایجاد نماید. آلودگی آب
با فلزات سنگین، یک مشکل موجود و درحالتوسعه در جهان
است. فلزات سنگین مثل: سرب، مس، کادمیم، روی و نیکل،
ازجمله بیشترین آلودگیهای عمومی هستند که در
فاضلابهای صنعتی یافت میشوند. آژانس حفاظت از
محیطزیست ایالاتمتحده، حد مجاز کروم در آبهای
50 ) و برای سرب ppb) 0میلیگرم بر لیتر / سطحی را 05
.( 10 ) تعیین کرده است ( 1 ppb) 0/1 میلیگرم بر لیتر
روشهای مختلفی برای حذف فلزات سنگین از محلولهای
آبی بهکار رفته است که از آن جمله میتوان به تبادل یون،
جذب سطحی، اسمز معکوس، الکترودیالیز، تبخیر غلظتی،
حذف زیستی، استخراج حلال، لختهشدن و فرآیند تفکیک
پیوسته اشاره نمود. درحال حاضر بهدلایل اقتصادی و فنّی،
این روشها اغلب در داخل و خارج از کشور پذیرفته نیستند.
روش جذب سطحی بهدلیل کارایی و کاربرد آسان، در
سالهای اخیر مورد توجه زیادی قرار گرفته است. عملکرد
،pH : فرآیند جذب سطحی، به پارامترهای مختلفی ازجمله
دما، نوع و غلظت جاذب مورد استفاده و نوع ماده آلی یا
.(3 ، معدنی بستگی دارد ( 2
در بین جاذبها، نانوذرات گرافناکساید بهدلیل پتانسیل
بالا، ظرفیت جذب و سطح ویژه بالایی که دارند، برای حذف
فلزات سنگین از آب مورد استفاده قرار میگیرند ( 3). گرافن،
یک ماده دوبعدی کریستالی است که در سالهای اخیر
شناسایی و تحلیل شده است. صفحهای ورقهایشکل
بهضخامت اتم کربن را گرافن تکلایه مینامند. صفحات
گرافن، با کنار هم قرار گرفتن اتمهای کربن تشکیل میشوند.
در یک صفحه گرافن، هر اتم کربن با 3 اتم کربن دیگر پیوند
داده است. این سه پیوند، در یک صفحه قرار دارند و زوایای
بین آنها با یکدیگر مساوی و برابر با 120 درجه میباشد؛ در
این حالت، اتمهای کربن در وضعیتی قرار میگیرند که
شبکهای از ششضلعیهای منظم را ایجاد میکنند. البته این
ایدهآلترین حالت یک صفحه گرافن است. در یک صفحه
گرافن، هر اتم کربن، یک پیوند آزاد در خارج از صفحه دارد.
این پیوند مکان مناسبی برای قرارگیری برخی از گروههای
عاملی و همچنین اتمهای هیدروژن است ( 3). همانطور که
گفته شد، یکی از ویژگیهای گرافن، جذب آلایندههای آب و
خاک است. از میان این آلایندهها، سرب و کروم بهدلیل
فراوانی مصرف آنها در صنعت، یکی از مهمترین
آلودهکنندههای محیطزیست در جهان امروزی بهشمار میآیند
و همکاران در سال 2013 با بررسی جذب Rafal Sitko .(4)
یونهای فلزات دوظرفیتی از محلولهای آبی با استفاده از
گرافناکساید، مشاهده نمودند که حداکثر جذب در محدودهای
8 برای - 8 برای روی، 4 - 7 برای مس، 5 - بین 3 pH از
و Fan .( 7 برای سرب بهدست میآید ( 5 - کادمیم و 3
همکاران در سال 2013 ، مخلوطی از گرافناکساید و کیتوزان
Magnetic Chitosan Graphene Oxide ) مغناطیسی
را بهعنوان جاذب مورد آزمایش قرار داده و ((MCGO
دریافتند که حداکثر ظرفیت جذب برای یونهای سرب، حدود
و همکاران در سال 2014 با Kumar .( %96/74 میباشد ( 6
بررسی حذف سرب و آرسنیک با استفاده از نانوهیبدریدهای
گرافناکساید و اکسید آهن منگنز، مشاهده کردند که
گرافناکساید کارآیی بسیاربالایی در حذف فلزات سنگین
ازجمله سرب از محلولهای آبی دارد ( 7). در مطالعه حاضر،
کارآیی نانوذرات گرافناکساید در جذب فلزات سنگین سرب و
کروم از آب مورد بررسی قرار گرفت. در این مطالعه اثرات
مقدار جاذب، غلظت اولیه فلزات سنگین سرب و کروم و ،pH
زمان، در میزان جذب بررسی شد و همچنین با استفاده از
مدلهای ایزوترم جذب لانگمویر و فروندلیج، ایزوترم جذب
نیز مورد ارزیابی قرار گرفت