جذب سطحی یونهای آهن (III) از محلول آبی

جذب سطحی یونهای آهن (III) از محلول آبی – ایران ترجمه – Irantarjomeh

مقالات ترجمه شده آماده گروه کشاورزی

مقالات ترجمه شده آماده کل گروه های دانشگاهی

مقالات

چگونگی سفارش مقاله

الف – پرداخت وجه بحساب وب سایت ایران ترجمه(شماره حساب)ب- اطلاع جزئیات به ایمیل irantarjomeh@gmail.comشامل: مبلغ پرداختی – شماره فیش / ارجاع و تاریخ پرداخت – مقاله مورد نظر --مقالات آماده سفارش داده شده پس از تایید به ایمیل شما ارسال خواهند شد.

جذب سطحی یونهای آهن (III) از محلول آبی بوسیله پودر پوست نخود بنگالی: ایزوترم های تعادلی و روش سینیتیکی

چکیده

در این تحقیق، به منظور بررسی توانایی پوست نخود بنگالی(BGH) برای حذف آهن،
(III) Fe، از محلول آبی بوسیله فرآیند جذب سطحی، یک سری آزمایشهای آزمایشگاهی ناپیوسته انجام شد. بررسی بوسیله مطالعه اثرpH اولیه محلول، زمان تماس، مقدار جاذب و غلظت اولیه آهن صورت گرفت. تمام آزمایشهای ناپیوسته  در دمای ثابت با استفاده از یک همزن (شیکر) با عملکرد مچی که با سرعت ۱۲۰ rpm عمل می کرد، انجام شدند. اطلاعات تعادلی تک جزئی با استفاده از ایزوترمهای جذب سطحی لانگمویر، فروندلیش، ردلیش- پترسون، تمکین و تات آنالیز شدند. پارامترهای مشخصه برای هر ایزوترم و ضرایب همبستگی مربوطه با استفاده از نرم افزار MATLAB7.1 تعیین شدند. فرآیندهای سینیتیکی جذب سطحی آهن بر روی  BGHبا بکارگیری معادلات سرعت شبه مرتبه اول و شبه مرتبه دوم توصیف گردیدند. اطلاعات سینیتیکی برای فرآیند جذب سطحی از معادلات سرعت شبه مرتبه دوم پیروی کرد. BGH بررسی شده در این تحقیق، توانایی بالایی را برای حذف آهن از محلول آبی نشان داد.

کلمات کلیدی: آهن(III) ، جاذب، جذب سطحی ناپیوسته، ایزوترمهای جذب سطحی، سنیتیک

جذب سطحی یونهای آهن (III) از محلول آبی

مقدمه

حذف فلزات سنگین نظیر Pb، Fe، Cr، Cd،  Coو غیره از آب های زیرزمینی و صنعتی در کشورهای فقیر که منابع آبی محدودی دارند، موضوع پر اهمیتی است. از میان این یونها، یونهای آهن به عنوان یکی از فلزات سنگین توجه گسترده محققین را به خود جلب کرده است. این یونها در تعدادی از صنایع تولیدی نظیر پرداخت فلزات و لوله گالوانیزه یافت می شوند[۱]. وجود یون های آهن سبب بروز مشکلاتی برای محیط زیست و سلامتی انسان می شود[۲–۳].

بطور کلی، روشهای تکنولوژیکی مختلفی برای حذف یونهای فلزی سنگین از آب و پساب وجود دارند از جمله استخراج سیال فوق بحرانی[۴]، فرآوری زیستی[۵] و اکسایش با عامل اکسنده[۶]. با این وجود، اغلب این تکنولوژی ها یا بسیار گران قیمت هستند یا از نظر کاهش مقادیر یونهای فلزی در جریانهای آبی تا غلظتی که مورد نیاز قانون حکومتی(دولتی) می باشد، بسیار ناکافی اند. از میان این روشها، جذب سطحی یک تکنولوژی کم هزینه است و اجرای آن ساده می باشد[۷-۱۰]. فرآیند جذب سطحی معمولا از مواد آلی یا معدنی طبیعی که بطور ویژه فراوان و ارزان قیمت هستند، استفاده می کند. از جمله این مواد، ماده سلولزی عامل دار شده[۱۱]، خاک اره[۱۲]، پسماند لیگنین[۱۳-۱۴]، پوست پرتقال و پوست موز پلیمریزه شده[۱۵]، پشم[۱۶]، پسمانده سیب[۱۷]، پوست کاج[۱۸]، پوست هسته خرما[۱۹]، چوب ذرت[۲۰]، پوست بادام زمینی[۲۱-۲۴] می باشند.

هدف اصلی این تحقیق، توسعه جاذبهای یونهای فلزی ارزان قیمت و موثر از منابع فراوان پسابهای طبیعی نظیر پوست نخود بنگالی می باشد تا این جاذبها را به عنوان جایگزین هایی برای مواد تجاری موجود پیشنهاد نماید. در مقاله حاضر، پوست نخود بنگالی به علت داشتن خواص جذبی (III)Fe مورد آزمایش قرار گرفته است. اثر پارامترهای تجربی نظیرpH اولیه محلول، زمان تماس، مقدار جاذب، غلظت اولیه آهن در دمای۳۰^۰C بررسی شده است. فرآیند جذب سطحی از نقطه نظرهای ایزوترمی و سینیتیکی مورد مطالعه قرار گرفته است.

جذب سطحی یونهای آهن (III) از محلول آبی

مواد و روشها

جاذب

پوست نخود بنگالی(چانادالChanna dal)، پوست دانه سیسر آرینتینیوم(Cicer arientinum) از دستگاه آسیاب جداساز دانه علاف، تامیلنادو، هند، جمع آوری شد. این پوست یک ماده پسمانده است که دور ریخته می شود یا به عنوان خوراک گاو مصرف میشود. BGH بطور زیاد با آب جاری شیر شستشو داده شد تا ناخالصی های آن خارج شوند. پس از این کار، با آب مقطر شستشو داده شد و بر روی یک میز تمیز پهن شد تا خشک شود. BGH خشک شده با آسیاب برقی خرد شد. ذرات BGH پس از خرد شدن، الک شدند و از روی اندازه داخل کیف پلاستیکی ذخیره شده و آماده استفاده شدند.

جذب شونده

تمام مواد شیمیایی مورد استفاده دارای خلوص آزمایشگاهی بودند. محلول ذخیره(مادر) آهن(III) بوسیله حل کردن Fe₂(SO₄)₃ , 9H₂O در آب دو تقطیره تهیه گردید. محدوده غلظتی آهن تهیه شده از محلول ذخیره بین۱۰  و  ۱۰۰ mg/l  تغییر می کرد.

جذب سطحی یونهای آهن (III) از محلول آبی

آنالیز

غلظت های آهن در محلول ها قبل و بعد از تعادل با اسپکترومتر جذب اتمی پرکین- المر۳۱۰۰ تعیین گردید. pH محلول با یک pH متر هانا(Hanna) که از یک الکترود
شیشه ای ترکیبی استفاده می کرد، اندازه گیری شد.

آزمایش جذب سطحی

آزمایش جذب سطحی ناپیوسته با تماس دادن ۲ گرم BGH انتخاب شده با  ۱۰۰ ml  محلول آبی با غلظتهای اولیه متفاوت( ۱۰  تا   ۱۰۰ mg/l ) در pH های مختلف محلول انجام شدند. این آزمایشها به مدت یک ساعت در یک شیکر با عملکرد مچی با سرعت ۱۲۰ rpm  با استفاده از فلاسکهای ارلن مایر ml 250 محتویml 100 از غلظتهای مختلف آهن در دمای اتاق(۳۰^۰C ) انجام شدند. در طی دوره های آزمایش برای انتقال جرم بهتر با مساحت بین سطحی تماس بالا، اختلاط مداوم بوسیله سرعت به همزدن ثابت ۱۲۰ rpm فراهم گردید. غلظت آهن باقیمانده در هر نمونه پس از جذب سطحی در فواصل زمانی مختلف بعد از صاف کردن (فیلتر کردن) جاذب با کاغذ صافی GF/A واتمن برای آزاد ساختن جاذب، توسط   AASتعیین گردید. غلظت آهن باقیمانده در فاز جاذب بر اساس رابطه(۱) محاسبه گردید :

جذب سطحی یونهای آهن (III) از محلول آبی

نتایج و بحث

اثر pH

به منظور ارزیابی اثر  pHاولیه بر حذف یونهای(III)Fe از محلول آبی، چندین آزمایش در مقادیر  pHاولیه مختلف که از ۰٫۵  تا ۳  تغییر می کرد و در دمای اتاق (۳۰^۰C ) انجام شد. در این تحقیق، غلظت اولیه یونهای (III)Fe به صورت ۵۰ mg/l   انتخاب شد و سرعت شیکر در ۱۲۰ rpm  ثابت شد. مقدار پودر BGH به صورت۲گرم برای ۱۰۰ ml محلول در نظر گرفته شد. شکل ۱ بازده حذف یونهای(III)Fe  را در برابر pH اولیه در دمای اتاق(۳۰^۰C )   نشان می دهد. می توان مشاهده کرد که بازده حذف با افزایش pH اولیه افزایش می یابد. و در حدود ۲/۰= pH تقریبا به یک مقدار اوج میرسد و سپس با  افزایش pH اولیه کاهش
می یابد. پس بازده حذف بهینه(III)Fe در ۲/۰= pH روی میدهد. این نتیجه با جاذ بهای پوست تخم مرغ و کیتین[۲۵-۲۶] بطور قابل توجهی سازگار است. در  pHپایین، غلظت پروتون بالاست، بنابراین سایتهای پیوندی یونهای آهن دارای بار مثبت می شوند و سپس کاتیونهای فلزی و پروتونها برای سایتهای پیوندی پودر BGH رقابت می کنند که به جذب پایین تر یونهای آهن منجر می شود. هنگامی که  pHدر محدوده از  ۰٫۵تا ۲  افزایش می یابد، غلظت پروتون موجود در محلول کاهش خواهد یافت و بنابراین فرصتی برای رقابت با یونهای آهن روی سایتهای حذبی پودر BGH نخواهد یافت و بنابراین جذب بیشتر یونهای (III)Fe را تسهیل می کند. پس از ۲/۰= pH، هنگامی که pH افزایش می یابد، بازده حذف کاهش پیدا می کند که چنین نتیجه گرفته می شود که هیدروکسید آهن نامحلول شروع به رسوب کردن از محلول می کند .بنابراین، در این مقادیر pH، هم جذب سطحی و هم رسوب گذاری مکانیسم های مؤثر برای حذف (III)Fe در محلول آبی می باشند.کاتیون های آهن در محلول آبی به محصولات هیدرولیز مختلف تبدیل می شوند.

اثر مقدار جاذب

اثر مقدار جاذب در دمای اتاق با تغییر دادن مقادیر جاذب اثر ۵  تا ۳۰ g/l  برای غلظت اولیه آهنmg/l 50در pH=2، همانگونه که در شکل ۲ نشان داده شده، مورد مطالعه قرار گرفت. از این شکل می تواند مشاهده شود که در ابتدا با افزایش مقدار جاذب، در صد حذف به صورت بسیار تند افزایش می یابد اما بعد از مقدار معین۲۰ g/l، در صد حذف تقریبابه یک مقدار ثابت میرسد.این تمایل قابل انتظار است زیرا هنگامی که مقدار جاذب افزایش می یابد، تعداد ذرات جاذب افزایش پیدا می کند و بنابراین یونهای آهن بیشتری به سطوح آنها متصل میشوند. هنگامی که مقدار جاذب از ۵ تا ۲۰g/l افزایش می یابد، افزایش قابل توجه جذب مشاهده می شود. هر افزایش بیشتر جاذب بعد از این، سبب تغییر قابل توجه جذب سطحی نمی شود. در مقدار جاذب ۲۰ g/l   بیشینه حذف مشاهده می گردد.

اثر زمان تماس

جذب سطحی آهن در زمان تماس معین برای چهار غلظت اولیه مختلف از ۱۰ تا ۱۰۰mg/l اندازه گیری شد.از نمودار شکل ۳ چنین آشکار میشود که سرعت در صد حذف آهن در آغاز بالاتر است. این امر احتمالا به علت مساحت سطح بزرگتر پودر BGH که در آغاز برای جذب سطحی یونهای آهن در دسترس است، می باشد.  هنگامی که سایتهای جذب سطحی مصرف می شوند، سرعت جذب بوسیله سرعتی که در آن، جذب شونده از سایتهای بیرونی به سایتهای داخلی ذرات جاذب منتقل می شود، کنترل می گردد. اغلب در صد حذف بیشینه آهن پس از ۶۰ دقیقه به هم زدن در غلظتهای متفاوت حاصل می شود. افزایش زمان تماس، جذب سطحی آهن را افزایش می دهد و پس از آنکه تعادل در غلظتهای اولیه متفاوت در زمان ۳۰ دقیقه حاصل می شود، ثابت باقی می ماند.

اثر غلظت اولیه 

اثر غلظت اولیه آهن در محدوده ۱۰ تا ۱۰۰mg/l بر جذب سطحی مورد بررسی قرار گرفته و در شکل ۴ نشان داده شده است. از این شکل به وضوح بر می آید که درصد حذف آهن با افزایش غلظت اولیه آهن کاهش می یابد. غلظت اولیه آهن، نیروی محرکه لازم برای غلبه بر مقاومت در برابر انتقال جرم آهن بین فاز آبی و فاز جامد را فراهم می سازد. افزایش غلظت اولیه آهن، بر همکنش بین آهن و پودر BGH را نیز بالا می برد. بنابراین افزایش غلظت اولیه آهن، درصد جذب سطحی آهن را افزایش می دهد. این امر به علت افزایش نیروی محرکه شیب غلظتی در هنگام افزایش غلظت اولیه آهن می باشد. در حالیکه درصد حذف آهن برای غلظت اولیه  ۱۰ mg/l ، ۹۰٫۲۵% است، این مقدار برای غلظت اولیه ۱۰۰ mg/l ،
 ۵۳٫۷۱% می باشد.

ایزوترمهای جذب سطحی

ظرفیت ایزوترم جذب سطحی یک فاکتور اساسی است و در تعیین بیشینه ظرفیت جذب سطحی نقش مهمی ایفا می کند. این فاکتور دور نمایی از رشته  در نظر گرفته شده بوسیله سیستم تحت مطالعه به شکل مختصر را نیز فراهم می سازد و نشان دهنده آنست که چگونه یک جاذب به نحو مؤثری جذب خواهد کرد و تخمینی از حیات اقتصادی در کاربردهای تجاری جاذب برای یک حل شونده خاص را امکانپذیر می سازد.

سینتیک جذب سطحی

به منظور بررسی مکانیسم کنترل کننده فرایندهای جذب سطحی نظیر انتقال جرم و واکنش شیمیایی، برای مدل بندی سینتیک جذب سطحی آهن بر روی پودر BGH ، معادلات شبه مرتبه اول و شبه مرتبه دوم بکار برده شدند. معادله سرعت شبه مرتبه اول به صورت زیر ارائه می شود (۳۳):

جذب سطحی یونهای آهن (III) از محلول آبی

نتیجه گیری

تحقیق حاضر نشان می دهد که پودرBGH یک جاذب مؤثر برای حذف یونهایFe(III)  از محلولهای آبی می باشد. از این نکته معلوم شد که جذب سطحی آهن بر روی پودر BGH به pH ، زمان تماس، غلظت اولیه و مقدار جاذب وابسته است. درصد حذف (III) Fe با افزایش مقدار جاذب افزایش می یابد و با  افزایش غلظت اولیه آهن کاهش می یابد. اطلاعات تعادلی با استفاده از ایزوترمهای لانگمویر، فروندلیش، ردلیش – پترسون، تات و تمکین تجزیه و تحلیل شده است. پارامترهای مشخصه برای هرایزوترم و ضرایب همبستگی مربوطه با استفاده از نرم افزار MATLAB 7.1 تعیین شده اند. اطلاعات تجربی حاصله با ترتیب ایزوترمهای زیر بر اساس مقادیر ضرایب همبستگی آنها تطابق عالی دارند:

فروندلیش > ردلیش – پترسون >تات>لانگمویر > تمکین  

از سنیتیک مطالعه شده مشاهده شد که جذب سطحی (III) Fe در مرحله آغازین بسیار سریع است و هنگامی که به تعادل نزدیک می شود، کاهش می یابد. مناسبت (قابلیت مناسب بودن) مدل شبه مرتبه اول و شبه مرتبه دوم با رفتار دینامیکی برای جذب سطحی آهن بر روی پودر BGHدر غلظتهای اولیه متفاوت آهن در تمام محدوده مطالعه شده، توافق خیلی خوبی دارد. جذب سطحی (III) Fe با همبستگی خوبی از معادله شبه مرتبه دوم پیروی می کند.