پژوهش –149- پژوهش علمی

پلیپیرولPPy
پلیپیرول کت شده بر روی پلی ونیل الکلPPy/PEG
غلظت تعادلیCe(ppm)
غلظت در زمانCtt(ppm)
غلظت اولیهCi (ppm)
ضریب همبستگیr2
ثابت لانگمویرKL (l/mg)
ثابت فرندلیچKF (mg/g)
ثابت دوبینین ـ رادشکویچkad (mol2/kj2)
ثابت معادله موریس-وبرKid (mg.g-1.min-0.5)
ثابت معادله شبه درجه یکk1 (1/min)
ثابت معادله شبه درجه دوk2 (g.mg-1.min-1)
حجم محلولV (lit)
زمانt (min)
ثابت معادله فرندلیچ (شدت جذب)n
ثابت تعادل ترمودینامیکیKc
ظرفیت جذب در زمانqt t(mg/g)
ظرفیت جذب در تعادلqe (mg/g)
ظرفیت اشباع ایزوترم تئوریqs (mg/g)
فهرست جدول ها
عنوان صفحه
جدول (1-1):طبقه بندی رنگ ها از نظر کاربرد5
جدول (3-1):تجهیزهای مورد استفاده33
جدول (3-2):مواد شیمیایی مورد استفاده33
جدول (3-3):ویژگی رنگ متیلن بلو34
جدول( 4-1) مقایسه بین جاذبهای مختلف برای رنگ متیلن بلو از پساب رنگی51
فهرست شکل ها
عنوان صفحه
شکل (1-1):مهمترین گروه های عامل رنگ7
شکل (3-1):ساختار شیمیایی رنگ متیلن بلو34
شکل (4-1)تصویر FTIR از پیرول خالص39
شکل (4-2)تصویر FTIR ازپلی ونیل الکل خالص39
شکل (4-3)تصویر FTIR از کامپوزیتPPY/PVA40
شکل (4-4) تصویر SEM برای جاذب پلی پیرول با بزرگنمایی های مختلف40
شکل( 4-5) تصویر SEM برای کامپوزیت پلی پیرول بر روی پلی ونیل الکل با بزرگنمایی‌های مختلف41
شکل (4-6):منحنی تغییرات درصد میزان حذف رنگ نسبت به PH های مختلف42
شکل (4-7) منحنی تغییرات درصد میزان حذف رنگ نسبت به تغییرات جرم جاذب42
شکل (4-8):منحنی تغییرات درصد میزان حذف رنگ نسبت به زمان های مختلف43
شکل (4-9)منحنی تغییرات درصد میزان حذف رنگ بر حسب غلظت اولیه رنگ متیلن بلو44
شکل( 4-10) معادله خطی شده موریس - وبر برای حذف رنگ متیلن بلو45
شکل (4-11)معادله خطی شده شبه درجه یک برای حذف رنگ متیلن بلو46
شکل(4-12) معادله خطی شده شبه درجه دوم برای حذف رنگ متیلن بلو47
شکل( 4-13)معادله خطی شده لانگمویر برای حذف رنگ متیلن بلو48
شکل(4-14) معادله خطی شده فرندلیچ برای حذف رنگ متیلن بلو49
شکل( 4-15)معادله خطی شده دوبینین –رادشکویچ برای حذف رنگ متیلن بلو50
115570040322500
فصل اول
کلیات
26371553912235001-1-مقدمه:
با پیشرفت صنایع در دهه های اخیر وگسترش تولیدات صنعتی توجه به کنترل آلودگی اهمیت بسیاری در میان دولتها و محققان و افراد مختلف جامعه پیدا کرده است. رهاسازی پساب و پخش آلاینده‌هایی نظیر رنگها در چرخۀ آب مسئلۀ بسیار مهمی است که توجه به آن در بیست سال اخیرگسترش یافته است . رنگها بخش مهمی در بسیاری از صنایع میباشند که وارد سیستم آب شده و به سختی میتوان آنها را از آب جدا کرد. بسیاری از صنایع مانند صنایع کاغذ، پلاستیک، صنایع غذایی و نساجی از انواع رنگها استفاده میکنند که در این میان نقش صنایع نساجی در استفاده از رنگهای صنعتی بسیار چشمگیراست.
حدود1000نوع رنگ صنعتی وجود دارد که در صورت عدم حذف آنها از پسابها مشکلات زیست محیطی زیادی ایجاد می‌شود. وجود رنگها حتی در مقادیر بسیار کم نیز نامطلوب بوده و سبب کاهش شفافیت آب و واکنشهای شیمیایی در آبها می‌گردد. رنگها به صورت هیدرولیز شده و محلول در پساب وجود دارند و با فیلترهای صنعتی قابل جداسازی نمی باشند. برخی از رنگها به دلیل ساختار آروماتیکی پیچیده، در برابر انواع روشهای رنگبری پایدار بوده و حتی اگر به اجزای کوچکتر شکسته شوند، خطرات جدی از نظر سلامتی ایجاد می کنند، چرا که مواد غیرفعالی را تشکیل میدهند که به صورت رسوب باقی می‌مانند که در این حالت نیز ممکن است دارای مشکلات زیستی باشند[1].
مشکلات مذکور دولتها و سازمانهای زیست محیطی را بر آن داشت که تدابیری در جهت کاهش آلودگی‌ها به کار ببرند. در سال 1974 سازمانی با عنوانETAD در بریتانیا تشکیل گردید که قوانینی را برای صنایع از لحاظ پاکسازی پساب وضع می‌نمود و شاخص‌های زیستی و سمیتی پساب‌ها را بررسی کرده و صنایع را به کاهش میزان رنگ در پساب‌ها وادار می‌ساخت. این سازمان بالغ بر 4000 نوع رنگ را مورد آزمایش قرارداد و آلوده کننده‌ترین رنگ‌ها را رنگهای بازی(Basic Dyes) معرفی نمود.
سازمانهای محیط زیست کشورهای مختلف به طور انحصاری بر روی رنگهای خارج شده از پساب کارخانجات صنعتی و نساجی تحقیق نمودند تا اینکه در سال 1997 سازمان محیط زیست بریتانیا اعلام داشت که پسابهای وارده به چرخۀ آبی از لحاظ مواد شیمیایی باید در حد صفر باشند و هیچ نوع رنگی نباید به آب های محیطی وارد شود.
یکی از بزرگترین صنایع مصرف کننده آب ، صنایع نساجی و رنگرزی می باشند. میزان مصرف آب در این صنایع بین 25-250متر مکعب به ازای هر تن محصول است[3و2]. رنگ ها موادی با ساختار پیچیده بوده که در نتیجه مراحل مختلف نظیر رنگرزی و تکمیل در صنعت نساجی به محیط زیست وارد می شوند[4].
این مواد از نقطه نظر ساختار شیمیایی، به انواع آزو، هتروسیکلیک، فتالو سیانین و آنتراکوئینون طبقه‌بندی می‌شوند. هم چنین رنگ‌ها بر اساس کاربردشان به انواع خمره ای ، فعال، مستقیم، اسیدی، دیسپرس و کاتیونی تقسیم می گردند[5]. به دلیل عملکرد نامطلوب واحد رنگرزی و ماهیت رنگ ها ،حدود 50% از رنگ های راکتیو،20-8% از رنگ های دیسپرس و 1% از رنگ های پیگمنت به طور مستقیم به جریان فاضلاب وارد می شوند[6و7]. هدر رفتن رنگ در مراحل رنگرزی ناشی از تثبیت کم رنگ بر روی الیاف و حضور رنگ هیدرولیز شده غیر راکتیو در حمام رنگ است. هیدرولیز رنگ زمانی اتفاق می افتد که مولکول رنگ به جای واکنش با گروه های هیدروکسیل سلولز با آب واکنش می دهد [8]. رنگ های هیدرولیز شده در فاضلاب حمام رنگ و در فرآیند رنگرزی قابل استفاده مجدد نمی باشند[7]. رنگ های راکتیو آزو بزرگترین دسته از رنگ های مصنوعی محلول در آب بوده که دارای بیشترین تنوع از نظر نوع و ساختار رنگ می باشند.این رنگ ها معمولا به تجزیه بیولوژیکی هوازی مقاوم بوده و با فرآیند های تصفیه بیولوژیکی متداول قابل حذف نمی باشند .
دلیل احتمالی غیر قابل تجزیه بودن این رنگ ها در سیستم های متداول، فقدان آنزیم های ضروری برای تجزیه این رنگ ها در محیط است [9]. صنایع نساجی به علت تنوع رنگ مصرفی و روش های تولید، پساب هایی با کمیت و کیفیت شیمیایی متفاوت تولید می کنند. در این صنایع مقادیر مختلفی از فاضلاب های بسیار رنگی تولید شده که معمولا سمی، مقاوم به تجزیه بیولوژیک و پایدار در محیط زیست می باشد. لذا روش های بیولوژیکی متداول برای حذف اغلب رنگ های مصنوعی، به دلیل ساختار حلقوی پیچیده و ماهیت مقاوم رنگ موثر نیستند [12-4]. ماهیت غیر قابل تجزیه بیولوژیک رنگ ها است[6]. تخلیه فاضلاب های رنگی حاصل از صنایع نساجی به آب های پذیرنده، منجر به کاهش نفوذ نور خورشید و وضعیت دید، بروز پدیده اتروفیکاسیون1 و تداخل در اکولوژی آب های پذیرنده شده،که ضمن اثر بر شدت فتوسنتز گیاهان آبزی و جلبک ها در محیط های آبی، باعث آسیب به محیط زیست می شود[ 13و 8 و7 و 2].
مطالعات نشان داده است که رنگ ها دارای خاصیت سرطان زایی و جهش زایی بوده و برای محیط زیست زیان آور می باشند [15و14و3]. مطالعات اپیدمیولوژیکی نشان داده که استفاده از رنگ های با پایه ی بنزیدین باعث ایجاد سرطان مثانه در انسان می شود[16]. حذف رنگ از فاضلاب اغلب مهمتر از مواد آلی بی رنگ است زیرا حضور مقادیر کمی از رنگ (کمتر از (1PPM، از نظر ظاهری قابل رویت می باشد [17]. رنگ ها بدون تصفیه مناسب و کافی، پایدار هستند و می توانند برای دوره زمان طولانی در محیط باقی بمانند. به عنوان مثال، نیمه عمر رنگ آبی راکتیو 19 هیدرولیز شده در PH برابر 7 و دمای 25درجه سانتی گراد حدود 46سال است. ساختار آروماتیک پیچیده رنگ ها نسبت به نور، عوامل بیولوژیکی، ازن و سایر شرایط تجزیه کننده محیط، مقاوم است. هم چنین حضور فلزات سنگین مثل کرم، کبالت، نیکل و مس (ناشی از رنگ های کمپلکس فلزی) در فاضلاب نیز یک مشکل زیست محیطی است [18]. فاضلاب حاصل از صنایع نساجی به عنوان یک تهدید زیست محیطی در سراسر جهان است [19]. بنابراین قبل از تخلیه به محیط زیست باید به نحو مطلوبی تصفیه شود[20].
1-2-طبقه بندی رنگ ها:
تمام مولکول ها می توانند پرتوهای الکترومغناطیس را جذب کنند ولی هر ماده طول موج خاصی از این پرتو ها را جذب می کند. مولکول های رنگ، دارای دو گروه عامل رنگی و عامل کمکی می‌باشند. گروه های عامل رنگ، گروهی از اتم ها بوده که معمولا گیرنده الکترون، دارای باند دوگانه و عامل ایجاد رنگ هستند. گروه های عامل رنگ -C=C- ، C=N-- ،C=O- ،-NO2،-NO بیشتر مطرح می باشند. عامل کمکی رنگ، دهنده الکترون بوده و می تواند از طریق تغییر انرژی کلی سیستم الکترون و بهبود حلالیت و چسبندگی رنگ به الیاف، میزان رنگ گروه عامل رنگ را تشدید نماید. گروه های اصلی عامل کمکی رنگ شامل , –NH2,-NR2–NHR, -COOH,-SO3H,-OH,-OCH3 می باشند. بر اساس ساختار شیمیایی و یا گروه عامل رنگ 30-20 گروه رنگ متفاوت قابل شناسایی است. از بین این گروه ها ،رنگ های آزو (مونو آزو،دی آزو،تری آزو،پلی آزو)، آنتروکوئینون، فتالوسیانین و تری آریل متان( شکل 1-1 ) از نظر کمی مهم ترین گروه های عامل رنگ می باشند[22].
اغلب رنگ های تجاری از نظر رنگ، ساختار و روش کاربرد در شاخص رنگ (C.I) طبقه بندی می‌شوند .بر این اساس هر رنگ با یک نام عمومی که دربرگیرنده خصوصیات رنگ و کاربرد آن است، معرفی می‌شود. جدول (1-1) طبقه بندی رنگ ها بر اساس کاربردشان را نشان می دهد [23و21].
رنگ ها را می توان بر اساس وضعیت یونیزاسیون نیز طبقه بندی کرد. بر این اساس رنگ ها به 3 گروه تقسیم می شوند:
- رنگ های آنیونی:مستقیم،اسیدی،راکتیو
- رنگ های کاتیونی:بازی
- رنگ های غیر یونی:دیسپرس
جدول (1-1):طبقه بندی رنگ ها از نظر کاربرد[21و23]
نوع رنگ مشخصات قابلیت کاربرد
اسیدی به دلیل حضور گروه های اسید سولفونیک به شدت در آب محلول هستند. در محلول دارای بار الکتریکی منفی بوده و با گروه های کاتیونی (+NH2) موجود در الیاف پیوند تشکیل می دهند. ساختار این رنگ ها غالبا به صورت آزو، آنتروکوئینون و تری آریل متان است. نایلون، پشم، پلی آمید، ابریشم، آکریل اصلاح شده ، کاغذ و چرم
راکتیو با گروه های OH-NH-, یا SH- پیوند های کوالانسی تشکیل می دهند. ساختار این رنگ ها غالبا به صورت آزو ،کمپلکس فلزی و آنتروکوئینون و فتالوسیانین است. پنبه، پشم، ابریشم و نایلون
کمپلکس فلزی یک یون فلزی(معمولا کرم، مس، کبالت یا نیکل) و یک یا دو مولکول رنگ (اسیدی یا راکتیو) تشکیل کمپلکس قوی می دهند.
ابریشم، پشم وپلی آمید
مستقیم مولکول های بزرگ به وسیله نیروی واندروالس به الیاف متصل می شوند.ساختار این رنگ ها غالبا به صورت آزوسولفوناته است. الیاف سلولوزی ، پنبه، کاغذ، چرم و نایلون
بازیک ترکیبات کاتیونی که به گروه های اسیدی الیاف متصل می شوند. ساختار این رنگ ها غالبا به صورت آزو، دی آریل متان، تری آریل متان و آنتروکوئینون است. الیاف مصنوعی ،کاغذ
دندانه ای به افزودن یک ماده شیمیایی (نظیر اسید تانیک، آلوم، نمک های آلومینیوم، کرم، مس، آهن،پتاسیم و قلع) برای ترکیب شدن با رنگ و الیاف نیاز است.ساختار این رنگ ها غالبا به صورت آزو، اکسازین و تری آریل متان است. پشم، چرم، ابریشم،کاغذ و الیاف سلولز اصلاح شده
دیسپرس
رنگ های با حلالیت کم که از طریق متورم شدن الیاف به داخل آن نفوذ می کنند. ساختار این رنگ ها غالبا به صورت آزو، نیترو، آنتروکوئینون و آزو با کمپلکس فلزی است. پلیاستر، پلی آمید، استات، آکریلیک و پلاستیک ها
خمره ای نا محلول در آب بوده اما ممکن است در نتیجه فرآیند احیاء قلیایی، محلول شود. ساختار این رنگ ها غالبا به صورت آنتروکوئینون است. الیاف سلولز، پنبه و پشم
آزو محصولات نامحلول یک واکنش بین جزء متصل کننده و یک آمین آروماتیک دی آزوکه در الیاف ایجاد می شود. پنبه، استات سلولز و پلی استر
گوگردی ترکیبات پلیمری حلقوی که دارای گوگرد در ساختار حلقوی است. الیاف سلولز و پنبه
شکل (1-1):مهمترین گروه های عامل رنگ
1-2-1-رنگ های اسیدی:
منشا نام رنگ های اسیدی از آن جاست که در گذشته در شرایط اسیدی بر روی الیاف پروتئینی مانند پشم اعمال می شدند.ترکیب شیمیایی رنگ های اسیدی،نمک های سدیم،اسید های سولفونیک و کربوکسیلیک هستند .این رنگ ها درآب حل شده و مشتمل برترکیبات مختلف زیر هستند:
٭ترکیبات تری فنیل متان،مانند آبی زایلن.
٭رنگ های نیترو مانند زرد مفتول.
٭ترکیبات اسیدی حاوی گروه آزو مانند آزو گرانین.
1-2-2- رنگ های راکتیو (فعال):
رنگ های راکتیو، رنگ هایی محلول در آب و آنیونی بوده که در روش های ساده رنگرزی مورد استفاده قرار می گیرند. این رنگ ها عمدتا برای الیاف سلولزی (پنبه) استفاده شده و در مواردی برای ابریشم، پشم، نایلون و چرم نیز کاربرد دارند. رنگ های راکتیو تا حد زیادی جایگزین رنگ های مستقیم، آزو و خمره ای شده اند و بزرگترین نوع رنگ مصرفی در ایالات متحده می باشند[24]. این گروه از رنگ ها به دلیل تنوع زیاد رنگ، سهولت در کاربرد، پایداری مطلوب در طی شست و شو و مصرف انرژی کم، کاربرد گسترده ای در صنعت نساجی پیدا کرده اند [25]. در طی فرآیند رنگرزی، رنگ های راکتیو با گروه های OHالیاف سلولزی و گروه های NH2 الیاف پلی آمید و پشم تشکیل [پیوند کوالانسی داده و بخشی از الیاف می شوند. این رنگ ها می توانند با گروه های OH مولکول‌های آب واکنش دهند که منجر به هیدرولیز رنگ می گردد. رنگ هیدرولیز شده قادر به ایجاد پیوند با الیاف نمی باشد به علاوه مقادیر قابل توجهی از رنگ به صورت تثبیت نشده در پایان فرآیند رنگرزی باقی می ماند که به جریان فاضلاب تخلیه می شود [24و26]. در شرایط متداول 50-20 درصد از رنگ های راکتیو مصرفی در فرآیند نساجی هدر رفته و به دلیل تغییر ساختار شیمیایی در طی مرحله رنگرزی نمی توانند مورد استفاده مجدد قرار گیرند[25]. تخلیه کنترل نشده این رنگ ها به محیط زیست، اثرات سوء شدید و غیر قابل جبرانی را در بر دارد. رنگ های راکتیو در مقابل نور و عوامل شیمیایی مقاوم بوده و در محیط های طبیعی بسیار پایدار می باشند. لذا مدیریت فاضلاب های حاوی رنگ های راکتیو از دیدگاه زیست محیطی حائز اهمیت است. رنگ های راکتیو، سولفوناته و بسیار محلول در آب بوده، جذب آنها بر روی توده های بیولوژیکی ضعیف است و تحت شرایط هوازی در سیستم های تصفیه متداول تجزیه نمی شوند [25و27].
رنگ های راکتیو چهار بخش مهم در ساختار مولکولیشان دارند که عبارتند از کروموژن، گروه محلول کننده در آب، گروه پل ساز و گروه راکتیو-لیف. کروموژن قسمتی ازمولکول است که باعث رنگی شدن آن می شود و ویژگی های دیگری از رنگ مانند ثبات نوری آن را تعیین می کند. کروموژن ها نوعا متعلق به دسته های شیمیایی آزو، کربونیل و فتالوسیانین ها می باشند[28].
1-2-3-رنگ های کمپلکس فلزی:
در رنگ های کمپلکس فلزی ،کمپلکس قبل از فرآیند رنگرزی تشکیل می شود. اغلب رنگ های کمپلکس فلزی از رنگ های آزو تهیه می شوند که در آن اتم نیتروژن گروه آزو با یون فلز مرکزی، کمپلکس می دهد و در واقع دو مولکول رنگ آزویی با یک اتم یون کروم کوئوردینه می شوند. رنگ های کمپلکس فلزی ماهیت آنیونی دارند. این کمپلکس ها ممکن است گروه های سولفونات نداشته باشند. در واقع حضور گروه های سولفونات سبب می شود که آنیون های رنگ با شدت بسیار زیاد جذب الیاف شوند تا حدی که در فرآیند رنگرزی شکل یکنواختی به وجود می آورد.
1-2-4-رنگ های مستقیم:
مدت های زیادی است که رنگ های مستقیم برای رنگرزی الیاف سلولزی استفاده می شوند. ریشه تاریخی نام آن ها به دلیل این است که این رنگ ها، اولین گروهی بودند که مستقیما و بدون نیاز به عملیات تثبیت کننده مانند دندانه دار کردن، بر روی الیاف اعمال می شدند. این رنگ ها، به دلیل داشتن گروه های اسید سولفونیک یا نمک های سدیم آن ها، به رنگ های اسیدی شباهت داشته و به طور کلی از ترکیبات سولفونه شده آزو می باشند. ترکیبات مونو آزو، دی آزو و تری آزو از مهم ترین رنگ های تشکیل دهنده این طبقه از رنگ ها هستند.
1-2-5-رنگ های بازی:
ساختار شیمیایی رنگ های بازی از ترکیبات آلی یا هیدرو کلرید ها تشکیل شده است و بخش ایجاد کننده در مولکول که کروموفور نامیده می شود، کاتیونی است، لذا این گونه رنگ ها کاتیونی نامیده می شوند و فرمول عمومی آن ها HO-R-NH2 می باشد. رنگ های مختلفی که به این گروه تعلق دارند عبارتند از:
٭ترکیبات تری فنیل متان نظیر مالاکیت سبز و متیل سبز.
٭ترکیبات تیازین مانند آبی متیلن.
٭ترکیبات حاوی گروه اکسازین مانند آبی ملدولا.
٭آذین ها مانند قرمز خنثی
٭ترکیبات بازی حاوی گروه های آزو مانند قهوه ای بیسمارک.
رنگ های بازی حلالیت بالایی را در الکل دارند و به ندرت در آب حل می شوند. در برخی از موارد، انحلال منجر به تجزیه مولکول رنگ می شود.
1-2-6-رنگ های دندانه ای:
این رنگ ها برای تثبیت شدن بر روی الیاف نیاز به مواد تثبیت کننده دارند که اصطلاحا «دندانه» نامیده می شوند. هیدروکسید های کروم، قلع، آلومینیوم و آهن از مواد تثبیت کننده پر مصرف هستند. در این سیستم رنگرزی، مولکول های در نقش لیگاند، یک یا چند الکترون غیر پیوندی خود را به فلزی که دارای اوربیتال های خالی است، می دهند. به این صورت پیوند داتیو بین آن ها تشکیل می‌شود.
1-2-7-رنگ های پخش شونده:
رنگ های دیسپرس حلالیت بسیار کمی در آب دارند و برای رنگرزی الیاف سنتزی(مصنوعی) نسبتا آب گریز به شکل ذرات ریز پخش شده در آب استفاده می شوند. رنگ های دیسپرس از مولکول‌های مسطح و نسبتا کوچکی ساخته می شوند که بتوانند از بین زنجیره های پلیمری عبور کنند و وارد توده های الیاف شوند. این رنگ ها به صورت ذرات ریز پخش شده در دماهای حدود 130درجه سانتی گراد و تحت فشار بر پلی استر اعمال می شوند.
1-2-8-رنگ های خمره ای:
این رنگ ها در آب نا محلولند و پس از واکنش با هیدروسولفیت سدیم به صورت محلول در می‌آید. یکی از رنگ های طبیعی خمره ای ایندیگو است که در مقیاس صنعتی از قطران ذغال سنگ تهیه می‌شود و به دو دسته تقسیم می شود:
٭رنگ های ایندیگویی حاوی کروموفور مثل مشتقات ایندیگویتی.
٭رنگ های آنتراکینونی مشتق شده از آنتراکینون مانند زرد ایندانترن.
1-2-9-رنگ های آزو:
این مجموعه از رنگ ها به طور عمده برای رنگ آمیزی الیاف سلولزی به کار می روند. این رنگ ها از مهمترین دسته رنگ ها بوده، در برگیرنده تعداد بسیار زیادی از رنگ ها می باشد و به طور وسیعی مورد استفاده قرار می گیرند. بارزترین ویژگی این رنگ ها داشتن یک یا چند گروه آزو است که توسط گروه رنگزای آزو، می توان طیف وسیعی از رنگ ها مثل زرد، قرمز، نارنجی، آبی، سبز، بنفش و سیاه را سنتز نمود. این رنگ ها را بر حسب تعداد گروه های آزو به صورت رنگ های مونو آزو، دی آزو و پلی آزو طبقه بندی می کنند.
الف.رنگ های مونو آزو:
این رنگ ها از پر استفاده ترین رنگ های گروه های آزو بوده و شامل دو دسته هستند:
٭رنگ های فاقد گروه کربوکسیلیک و سولفونیک.
٭رنگ های دارای گروه اسیدی.
ب.رنگ های دی آزو:
در ساختمان این رنگ ها، ماده کوپلاسیون از دو طرف توسط دو گروه دی آزونیوم جفت می‌شوند. تعداد این رنگ ها محدود بوده و اغلب غیر قابل حل در آب می باشند که از لحاظ کاربردی جزء رنگ های اسیدی دندانه ای و مستقیم محسوب می شوند [29].
1-2-10-رنگ های گوگردی:
رنگ های گوگردی از ترکیبات آلی پیچیده ای تشکیل شده اند که در ساختار آن ها گوگرد وجود دارد و در آب حل نشده ولی در محلول سدیم سولفید حل می شوند.
1-3- مشکلات ناشی از وجود رنگ در پساب:
آب یکی از فراوان ترین مواد موجود در کره ی زمین است ولی انسان نیاز به آب مناسب برای شرب و فعالیت هایی مانند کشاورزی، دامپروری و صنعتی دارد و منابع آب مناسب به دلیل افزایش مصرف و وجود فاضلاب های انسانی و پساب های صنعتی به مرور محدود تر شده و لزوم بهره گیری از آب‌های بازیافتی اهمیت ویژه می یاید. صنعت نساجی یکی از صنایعی است که مصرف آب آن بیش از 100 بیلیون گالن در سال بوده و در نتیجه حجم پساب زیادی تولید می شود. قسمت اعظم این پساب ناشی از فرآیند های رنگرزی می باشد. صنعت نساجی بزرگترین مصرف کننده رنگ‌ها بوده و رنگ های آزوئیکی(آزو) 45 درصد از کل مصرف رنگ های نساجی را شامل می‌شود. حدود 70-60 درصد از کل رنگ های تجاری، رنگ های آزو با پیوند N=Nمی باشند. اکثر رنگ های مورد استفاده دارای ساختار پلیمری بوده که از نظر بیولوژیکی، تخریب پذیری بسیار کمی را دارا می‌باشد. حدود105×7 تن رنگ های مصنوعی به صورت سالیانه در سرتاسر دنیا تولید می‌شود. که 10-5 درصد به همراه پساب رهاسازی می شوند. در حین فرآیند رنگرزی، مقدار زیادی از مواد شیمیایی و رنگ به حمام رنگ افزوده می شود که عامل اصلی آلودگی پساب های نساجی هستند.
با توجه به قدرت رنگ و نوع فرآیند رنگرزی، غلظت رنگ ها در حمام های رنگ از (mg/l) 10 تا 10000متغیر می باشد. با افزایش مصرف الیاف نخی (50 درصد از کل مصرف الیاف جهان )، رنگ‌های راکتیو بزرگترین گروه از رنگ های سلولزی در حال رشد می باشند. این رنگ ها نیازمند 10برابر آب بیشتر می باشند. به همین دلیل حجم زیادی از پساب تولید می شود[30].
حذف رنگ های راکتیو از پساب های نساجی یک چالش بسیار مهم در صنعت تخلیه پساب است. حضور رنگ های مرئی در پساب به مقدار بسیار کم حتی در حد (mg/l) 1به دلیل ظاهر نامطلوب، غیر قابل قبول می باشد. همچنین رنگ فعالیت فتوسینتیکی و حلالیت گاز در اکوسیستم دریا را تحت تاثیر قرار می دهد. رنگ ها برای محیط آبزی سمی بوده و محصولات ناشی از تخریب رنگ که به صورت آمین های آروماتیکی هستند، سرطان زا می باشند و آسیب های جبران ناپذیری به مغز، سیستم عصبی مرکزی، سیستم تولید مثل، کبد و کلیه وارد می کند.
سالیانه 80000 تن رنگ های راکتیو، تولید و مصرف می شود که می توان با استفاده از آن ،تخمینی از کل میزان آلودگی ناشی از مصرف آنها را بدست آورد. در فرآیند رنگرزی، آب به شکل بخار برای انتقال رنگ ها به الیاف به کار برده می شود، در رنگرزی هر کیلوگرم از نخ با رنگ های راکتیو به 150-70 لیتر آب و0.8 -0.6کیلوگرم سدیم کلرید نیاز است. پساب ناشی از فرآیند رنگرزی حاوی مقدار فراوانی رنگ، نمک و مواد آلی می باشد [31]. قوانین مربوط به کیفیت آب که تحت نظارت موسسه‌ی ملی حذف آلودگی از پساب می باشد، تاکید فراوانی بر کنترل مواد سمی موجود در پساب خروجی از صنایع دارد. پساب‌های نساجی به ویژه پساب‌های ناشی از واحد های رنگرزی، از مسائل مهم در آلودگی محیط زیست می‌باشند. این پساب‌ها حاوی مقادیر زیادی از رنگ،COD ،BOD،TOC ، بو، اسیدیته و قلیائیت، مواد جامد معلق و دیگر مواد محلول و غیر محلول می‌باشند. آنچه به افزایش نگرانی ها دامن می‌زند حضور مقادیر بالایی از فلزات سمی مانند کروم، مس، کبالت، سرب و روی در این گونه پساب‌ها می‌باشد که در ساختار مولکولی رنگ به دلیل خواص تثبیت رنگ و سینتیک رنگرزی وجود دارند. به صورت خاص، پساب ناشی از رنگ های راکتیو حاوی موارد زیر می باشد:
٭رنگ های راکتیو هیدرولیز شده مشتمل بر 30-20 درصد از کل رنگ های مورد استفاده بوده که قابلیت بازیافت را نداشته و منشا رنگ پساب می باشد.
٭مواد آلی رنگی غیر قابل بازگشت که BODوCOD پساب ها را افزایش می دهد.
٭الیاف نساجی
٭((gr/l100- 60الکترولیت، بیشتر سدیم کلرید و سدیم کربنات، که میزان املاح محلول در آب و پساب را افزایش می‌دهد. این پساب ها دارای PH در محدوده 11-10 می باشند. به دلیل ماهیت سمی اکثر رنگ ها برای بسیاری از گیاهان و میکروارگانیزم ها، پساب رنگی نباید بدون تصفیه کافی تخلیه شود. حتی پساب های غیرسمی نیز مانع از نفوذ نور شده و در نتیجه باعث کاهش بازده فوتوسینتیکی در گیاهان آبزی شده و باعث افزایش COD می شوند[32]. رنگ ،نامطلوب‌ترین مشخصه پساب‌های نساجی است و اثر بسیار زیان باری بر محیط دارد. به دلیل جذب نور توسط رنگ، رشد گیاهان موجود در آب متوقف شده و از بین می روند و اکوسیستم آب را به صورت بسیار جدی تحت تاثیر قرار می دهد. در ادامه، مروری بر روش های حذف رنگ از پساب خواهیم داشت.
1-4- روشهای حذف رنگ ازپساب
به طورکلی3 روش برای حذف رنگها از پساب وجود دارد که در زیر به کلیات و برخی از انواع آنها اشاره می شود[1].
1-4-1)روشهای شیمیایی((Chemical methods
در این روشها با استفاده از مواد شیمیایی، عمدتا اکسیدکننده، تغییری در ساختار رنگها به خصوص بخش آروماتیکی رنگ ایجاد کرده و یا عاملی را جایگزین یکی ازعوامل اصلی ساختار می‌نمایند. از انواع این روشها می‌توان به موارد زیر اشاره نمود.
1-4-1-1)نمک های H2O2-Fe(II)یا Fentons reagent
این روش برای حذف رنگهای محلول و نامحلول به کار می‌رود. این روش برای انواع رنگهای مقاوم در برابر تخریب زیستی موثرمی باشد، ولی از معایب این روش تولید لجن و در مواردی نیز تولید رسوباتی است که خود مستلزم انتقال به مکانی دیگر و یا راه حلی برای از بین بردن آن می باشد. این مشکلات کیفیت این روش را کاسته و از ارزش آن در حذف موثر رنگ ها می کاهد.
1-4-1-2)ازون دهی (Ozonation)
استفاده از ازون یکی از اولین روش های مورد استفاده برای حذف رنگ هاست. این روش اولین بار در سال 1970 انجام گردید.
ازون یک ماده اکسید کنند و فعالی است. از مزایای این روش می توان به استفاده از حجم و مقدار بسیار کم ازون برای تیمار پساب و حذف نسبتاً موثر رنگ ها اشاره کرد ولی این روش دارای معایبی مانند کم بودن نیمه عمر ازون در حدود 20 دقیقه است.
1-4-1-3) فتو شیمیایی
در این روش ملکول های رنگ توسط نورUV بهCO2 وH2O تبدیل می شود که البته این فرایند در حضورH2O2 اتفاق می افتد.
این تغییر به خاطر تولید رادیکال های هیدروکسیل با غلظت زیاد در اثر تابش طیف UV انجام می‌گردد.
میزان حذف رنگ در این روش به شدت تابش نورUV ، PHو ساختار نوع رنگ بستگی دارد. در این روش هیچ گونه لجن یا رسوبی به جا نمی ماند و بوی نامطبوع پساب نیز از بین می رود.
1-4-1-4)هیپوکلرید سدیم (NaOCl)
در این روش یون کلر به گروه های آمینی رنگ حمله کرده و از این طریق آنها را حذف می کند. این روش برای تمامی رنگ ها کارا نمی باشد. از مزایای این روش می توان به عملکرد سریع و تخریب گروه های آزو اشاره نمود و از معایب آن این است که ترکیبات آروماتیکی هالوژن دار به پساب و سپس به محیط زیست وارد می شود که مشکل تازه ای را ایجاد می نماید. ضمن آنکه استفاده از کلر نیز مضرات خود را به دنبال دارد.
1-4-1-5) تخریب الکتروشیمیایی (Electrochemical destruction)
این روش تقریباً جدید می باشد که از سال 1990 گسترش یافته است . این روش دارای امتیازات زیادی برای حذف موثر رنگ ها می باشد. از جمله اینکه در این روش از هیچ گونه ماده شیمیایی استفاده نمی گردد و در پایان نیز هیچ گونه رسوبی بر جا نمی گذارد. تخریب متابولیکی رنگ ها موجب تشکیل مواد خطرناک ضد محیط زیست نمی شود ولی در عوض هزینه استفاده از این روش آنرا غیر قابل کاربرد در مقیاس صنعتی می نماید.
1-4-2)روش های فیزیکی(Physical treatments)
1-4-2- 1 )جذب
روش جذب از تکنیک های بسیار کارا و موثر می باشد که در دهه های اخیر به دلیل کارایی زیاد آن در حذف آلودگی پایداردر صنایع مورد توجه قرار گرفته است . روش جذب دارای تنوع زیاد می‌باشد و از لحاظ اقتصادی قابل توجیه می باشد. در این روش تغییر رنگ یا رنگبری نتیجۀ دو مکانیزم می باشد. جذب و تبادل یونی که تحت تأثیر عوامل فیزیکی و شیمیایی مختلفی نظیر تاثیر متقابل رنگ و جاذب، سطح ویژه جاذب، اندازه ذرات جاذب، دما، اسیدیته(pH) و مدت زمان تیمار می باشد . جذب را می توان با انواع مواد انجام داد که در زیر به چند مورد آن اشاره شده است.
1-4-2- 1 -1)کربن فعال(Activated carbon)
این روش متداول ترین روش استفاده شده در جذب و بسیار موثر و کارا در جذب انواع رنگ های کاتیونی، مستقیم، اسیدی، واکنشی و انواع رنگدانه های مورد استفاده در صنایع مختلف است. کارایی این روش به نوع کربن استفاده شده، خصوصیات پساب و نوع رنگ بستگی دارد. مقدار کربن استفاده شده نیز در کارایی حذف رنگ ها موثر می باشد. استفاده از روش کربن فعال از لحاظ اقتصادی قابل توجیه نمی باشد و بسیار گران است.
1-4-2- 1 -2)ذغال نارس( (Peat
ساختار سلولی ذغال نارس آن را به عنوان جاذب نسبتاً مناسبی قرار می دهد. ذغال قابلیت جذب فلزات و ترکیبات آلی پیچیده از پساب های حاوی این مواد و رنگ ها داراست. اگر چه ذغال به طور گسترده تر در کشورهایی مانند ایرلند و انگلستان مورد استفاده قرارمی گیرد، ولی قابلیت استفاده در جاهای دیگر را نیز دارد. ذغال نیازی به ماده فعال کننده ندارد و این برخلاف کربن فعال می باشد که یک امتیاز محسوب می گردد. ضمن آنکه از کربن فعال نیز بسیار ارزان تر است. سطح ویژه ذغال در مقایسه با کربن فعال کم است و این مشکل را می توان با سوزاندن و یا بخاردهی زغال افزایش داد.
1-4-2- 1 -3 ) چیبس چوب (Wood chips)
این مواد در شکل های مختلف توانایی و کارایی خوبی را برای جذب رنگ های اسیدی نشان داده‌اند. البته این جاذب به اندازه سایر جاذب های ذکر شده به دلیل سختی چوب کارایی ندارد و زمان تیمار بیشتری نسبت به دیگر جاذب ها نیاز دارد.
1-4-2- 1 -4) مخلوط خاکستر بادی و زغال Fly ash and coal (mixture)
غلظت زیاد خاکستر بادی و مقدار مقدار زیاد آن به دلیل افزایش سطح ویژه میزان جذب را افزایش می دهد . این ترکیب را می توان تا حدودی جانشین کربن فعال نمود .
1-4-2- 1 -5) فیلتر کردن (Membrane filtration)
این روش توانایی پاک سازی و تمیز کردن بسیاری از ناخالصی های پساب را دارد . با استفاده از این روش می توان انواع رنگ هارا جداسازی نمود ولی موادی که در پشت فیلتر ها جمع می شوند تشکیل لجن غلیظی را می دهند که محل تجمع باکتری های مختلف می گردد . این روش برای بازیافت آب درون پساب دارای غلظت کم رنگ مناسب می باشد.
1-4-2- 1 -6) سایر مواد(other materials)
به جز موارد گفته شده در بالا از مواد لیگنوسلولزی نظیر پوست جو، ذرت، کاه برنج، کاه گندم، پوست بعضی درختان و دیگر ضایعات کشاورزی نیز برای جذب رنگ ها استفاده می شود. این مواد در مواردی کارایی مناسبی را نشان داده اند که در بخش های بعدی بیشتر به آن پرداخته خواهد شد. این مواد ارزان و از منابع تجدیدی شدنی می باشند و در مورد اکثر رنگ ها نیز قابل استفاده می ‌اشند.
1-4-2- 1 -7) تبادل یونی (Ion exchange)
تبادل یونی روش متداولی برای تیمار پساب های حاوی رنگ نمی باشد . زیرا این روش در مورد تمامی رنگ ها نمی توان استفاده نمود. در این روش نیازی به هیچ نوع جاذبی نمی باشد و پساب‌های حاوی رنگ های کاتیونی و آنیونی را با استفاده از این روش می توان تیمار نمود. حلال مورد استفاده در این روش نیز را می توان پس از استفاده بازیافت نمود ولی از مشکلات این روش این است که حلال های آلی گران می باشند و این روش برای تمامی رنگ ها کارایی مطلوبی ندارد.
1-4-3 )تیمار بیولوژیکی(Biological treatments)
در این روش از روش هایی مانند استفاده از قارچ های مختلف، محیط های کشت حاوی میکروب‌های مختلف و سیستم های تصفیۀ هوازی و بی هوازی استفاده می شود . قارچ ها و میکروارگانیسم های مورد استفاده در این روش ها توانایی تجزیۀ رنگ ها را دارند. قارچ های پوسیدگی سفید جزء این دسته می باشند. قارچ های پوسیدگی سفید قادر به تجزیۀ لیگنین می باشند که از انواع آنها می توان به فانروفیت ها اشاره نمود. این قارچ ها قادر به تغییر دی اکسین، بی فنیل پلی کلرین و دیگر مواد رنگی می باشند. قارچ های سفید با استفاده از آنزیم هایی مانند لیگنین پروکسیداز، منگنز پروکسیداز می توانند رنگ ها تغییر ساختار داده و پساب را رنگ بری نمایند. مهمترین گروهی از رنگ ها که قارچ ها قادر به تغییر آنها هستند ، رنگ های آزو می باشند.
1-5)جذب
روش جذب قادر به حذف آلایندههایی است که با بعضی دیگر از روش ها قابل حذف نمیباشند، این ویژگی باعث شده تا این فرآیند در سال های اخیر مورد توجه قرار گیرد. حذف براساس جذب شامل چسبیدن آلاینده های محلول و معلق به یک ماده جامد آلی یا معدنی است. چسبیدن آلاینده به جاذب به ترکیب و ساختار آلاینده و ماهیت جاذب وابسته است. این فرآیند تحت تاثیر نیروهای الکتروستاتیک، واندروالس و پدیده هایی نظیر تبادل یون و تشکیل کمپلکس مواد میباشد. حذف آلاینده از جریان فاضلاب تحت تاثیر فاکتورهای متعددی نظیر میزان سطح جذب، pH، اندازه ذره، زمان تماس، درجه حرارت، حضور نمکها، سورفاکتانتها و فلزات قرار میگیرد. جذب یک فرآیند غیرانتخابی است لذا سایر ترکیبات موجود در فاضلاب میتوانند به وسیله جاذب، جذب شده که در نتیجه ظرفیت جذب کاهش مییابد ]33[. دراین فرآیند آلاینده از فازی به فاز دیگر منتقل میشود که در نتیجه جهت دفع جاذب اشباع شده و یا احیای آن به روشهای دیگرنیاز است.
جاذب ها می توانند آلی و یا معدنی باشند، جاذبهای معدنی از نظر مقاومت مکانیکی و پایداری شیمیایی، سطح ویژه بالا و پایداری در مقابل تجزیه میکروبی به جاذبهای آلی برتری دارند. ترکیباتی نظیر کربن فعال، زئولیت های طبیعی، سرباره معدن، بنتونیت، کیتوزان، چوب ذرت، پوست برنج، سبوس جو و لجن فعال خشک شده به عنوان جاذب استفاده شده اند [34و35].
کربن فعال رایجترین جاذب است که در حذف آلایندههای مختلف کاربرد دارد ]33[. جذب سطحی با کربن فعال یکی از روشهای مورد استفاده در حذف است. در این روش آلاینده تخریب نشده بلکه از فاز مایع به فاز جامد منتقل میشود. نیترات بسیار محلول در آب بوده که این امر جذب آن را به وسیله مواد جاذب دشوار نموده است. در فرآیند جذب عواملی نظیر نوع، میزان حلالیت و ساختار مولکولی بر کارایی حذف اثرگذار است.
1-5-1 )جذب سطحی جذب سطحی یک فرایند فیزیکی- شیمیایی است که به طور کلی در فاز جامد - مایع اتفاق میافتد و در اکثر مواقع وقتی به کار برده میشود که نیاز باشد نوع خاصی از مواد که بطور موثر نمیتوان با تکنولوژیهای دیگر آنها را از جریان فاضلاب حذف کرد بکار برده میشود. اگر چه جذب سطحی در فاز های مایع- مایع و همچنین گاز- مایع به طور کامل جواب میدهد اما بیشتر برای تصفیه فاضلاب و در فاز جامد - مایع کاربرد دارد.Absorption وAdsorption که تعلق به یک دسته فرایندهای فیزیکی و شیمیایی دارند و جذب نامیده می شوند دو پدیده متفاوت هستند تفاوت اصلی این دو در فاز تعادلی فرم نهایی آنهاست که اگر همگن باشند Absorption نامیده می شوند و در غیر این صورت Adsorption نامیده میشوند [36].
به عبارتی دیگر جذب سطحی یا Adsorption عبارتست از جمع آوری مواد روی سطح ماده جاذب ولی جذب نفوذ مواد جمع شده به درون جاذب است و از آن جا که این دو پدیده غالباًً هم زمان رخ می دهد از واژه جذب یا Sorption برای این پدیده استفاده می گردد. جذب سطحی و جذب هر دو در فرایند جذب با جاذب و سایر مواد رخ می دهد. ولی واحد عملیاتی معمولا جذب سطحی نامیده می شود[37].
جذب سطحی فرایندی است که بر اثر آن مولکولهای یک ماده مایع یا گاز به یک جسم جامد متصل میشود. در واقع این فرایند تجمع مواد در سطح مشترک بین دو فاز است. درتصفیه آب و فاضلاب این سطح مشترک بین مولکولهای یک ماده مایع و یک جامد به طور مصنوعی ایجاد میشود. به تعبیری دیگر، جذب مولکولها به وسیله سطوح داخلی یا خارجی یک جسم جامد را میتوان جذب سطحی نامید.
در فرایند جذب، ماده حذف شده از فاز مایع را ماده جذب شده و ماده فراهم کننده سطح جذب را ماده جاذبمینامند. نیروهای تأثیرگذار در فرایند جذب عمدتاً شامل نیروهای واندروالس و نیروهای کووالانس هستند. جذب انجام شده بر اثر نیروهای واندروالس را جذب فیزیکی، و جذب ناشی از نیروهای کووالانسی (که با ایجاد پیوند بین ماده جاذب وماده جذب شونده همراه است) را جذب شیمیایی نیز مینامند فرایند جذب با آزادسازی گرما همراه است، گرمای حاصل از جذب فیزیکی 5 تا 10 کیلوکالری، برای جذب شیمیایی 10 تا 100 کیلوکالری به ازاء هر مول ماده جذب شده است. به طور کلی سطوح همه مواد دارای قدرت جذب هستند اما یک جاذب قوی باید دارای مساحت زیادی در واحد جرم باشد.
علت انجام جذب، نیروهای جاذبهای است که بین اتمها یا مولکولهای سازنده سطوح وجود دارد در طی فرایند جذب مولکولهای ماده جذب شونده به تدریج به وسیله جاذب، جذب میشوند. در این مکانیسم اکثر ماده جذب شونده به وسیله سطوح داخلی تخلخلها جذب میشود و فقط مقدار کمی از آلایندهها به وسیله سطوح خارجی جاذب جذب میشوند. در این فرایند انتقال ماده جذب شونده از محلول به جاذب تا زمانی ادامه مییابد که غلظت ماده جذب شونده باقیمانده درمحلول با غلظت ماده جذب شوندهای که برروی سطح جاذب، جذب شده به تعادل برسد. بعد از برقراری تعادل، انتقال جرم و در واقع، فرایند جذب متوقف خواهد شد[38].
مدت زمان تعادل تابع نوع ماده جاذب، ماده جذب شونده، غلظت و... می باشد، اما بطور کلی در یک مدت زمان 2 تا 6 ساعته اتفاق می افتد[37].
به طور کلی فرایند جذب دارای سه مرحله متمایز است:
1-مولکول جذب شونده باید از فاز مایع به سطح ذره جاذب انتقال یابد. برای این منظور باید لایه نازکی از حلال (آب) تشکیل شود و مولکول ماده جذب شونده در آن انتشار یابد. این مرحله را انتشار لایهای میگویند.
2- مولکولهای ماده جذب شونده باید به جایگاهی در داخل منافذ انتقال یابد، این مرحله را انتشار داخل تخلخلها گویند که عبارت است از پخش ماده جذب شونده در داخل خلل و فرجها در صورتی که جاذب خلل وفرجدار باشد.
3-ماده جذب شونده باید به سطح ماده جاذب بچسبد و از این طریق عمل جذب انجام شود. در طی این مرحله بین ماده جذب شونده و جاذب پیوندهایی تشکیل می شود.
به طور کلی سرعت عمل جذب به وسیله انتشار لایهها و انتشار در تخلخل ها قابل کنترل بوده و به میزان اختلاط در محیط وابسته است. اگر میزان اختلاط محدود باشد، انتشار لایهای محدود کننده سرعت جذب است. اما اگر اختلاط کافی باشد، سرعت انتشار لایهای افزایش مییابد تا حدی که انتشار در تخلخلها محدود کننده سرعت جذب شود[38].
1-5-2)کاربرد فرایند جذب سطحی
از آنجا که نتیجه فرایند جذب سطحی جدا شدن یک جز یا اجزائی از فاز سیال و تجمع آن بر روی سطح یک جسم جاذب است، بنابراین از این روش میتوان برای جداسازی اجزا یک مخلوط از یکدیگر و یا جداسازی برخی ناخالصیها از سیال مورد نظر استفاده نمود. البته شرایط جسم جاذب و شرایط انجام فرایند به نحو مناسب و مطلوب باید انتخاب و تنظیم گردد. در زمینه مطالعات محیطی مهمترین کاربرد این فرایند در تصفیه فاضلابهای شهری و صنعتی است. زیرا بخش عمدهای از اینگونه فاضلابها را مواد آلوده کننده تشکیل میدهند که به راحتی با استفاده از فرایند جذب سطحی قابل جداسازی میباشند[39].
پدیده جذب سطحی را می توان به سه دسته کلی تقسیم کرد:
الف) جذب سطحی فیزیکی
در نتیجه نیروهای جاذبه بین مولکولهای جذب شونده و مولکولهای جسم جاذب انجام میپذیرد که به آن نیروهای واندروالس گفته میشود. چنین تصور می شود که ذرات جذب سطحی فیزیکی شده میتوانند آزادانه در سطح جامد جابه جا شوند. محققان این نوع جذب را چند لایه می دانند؛ یعنی لایه جدید مولکولهای جذب شده، بر روی لایههای جذب شده قبلی، جذب میگردند. تجربه نشان میدهد که این نوع جذب در دماهای پایین بهتر انجام میشود، زیرا حرارت باعث افزایش انرژی جنبشی و حرکت براونی میشود.
ب) جذب سطحی شیمیایی
هر گاه جز جذب شونده با جسم جاذب یک واکنش انجام دهد، جذب سطحی از نوع شیمیایی خواهد بود به عبارت دیگر این دو با هم باندهای شیمیایی تشکیل میدهند و در نتیجه در مقایسه با جذب فیزیکی با انرژی بیشتری به هم متصل میگردند. زیرا واکنشهای شیمیایی معمولاً در دماهای بالاتر بهتر صورت میگیرد. در این نوع جذب بدلیل ویژگی پیوندهای شیمیایی، جزء جذب شونده بیش از یک لایه مولکولی نمی تواند بر سطح جاذب، جذب گردد. یعنی فرآیند جذب تک لایه می‌باشد. به طور کلی جذب سطحی فیزیکی، انرژی جذب نسبتاً کمی دارد و در دماهای پایین، این نوع جذب بیشتر صورت می گیرد (غالب است). زیرا حرارت بالا سبب افزایش انرژی جنبشی و حرکت براونی مولکولها میگردد. در جذب شیمیایی انرژی جذب بدلیل تشکیل پیوندهای قویتر، بالاتر است. به همین علت این نوع جذب در دماهای بالاتر بهتر انجام می شود زیرا اغلب واکنشهای شیمیایی، در دماهای بالاتر بهتر پیشرفت میکنند.
ج) جذب سطحی تبادلی
این نوع جذب سطحی، ناشی از نیروهای جاذبه الکترواستاتیک میان یونهای حاضر در فاز مایع و اجزای باردار موجود در سطح جاذب میباشد. فرآیند جذب به این ترتیب است که اجزاء باردار موجود در سطح جامد، توسط یونهای موجود در محلول جایگزین میگردد. از این رو این فرآیند را در زمره فرآیندهای تبادل یونی نیز می توان ذکر کرد. در این نوع جذب، یونهایی که بار یکسان دارند؛ اندازه آنها تعیین کننده شدت جذبشان خواهد بود زیرا هرچه یون کوچکتر باشد، تراکم بار الکتریکی روی آن بیشتر خواهد بود[38].
1-5- 3 )عوامل مؤثر بر فرآیند جذب
1-5-3-1)نوع و خصوصیات جسم جاذب مهمترین خاصیت جسم جاذب سطح کلی یا به عبارتی سطح مخصوص آن است. معمولاً اجسام جاذب دارای خلل و فرج زیادی در سطح هستند در هر حال هر چه ذرات جسم جاذب کوچکتر باشد، سریعتر در تماس با فاز سیال قرار می گیرند و سرعت انجام فرایند بیشتر خواهد بود. به طور کلی هر چه جاذب دارای سطح مخصوص بیشتری باشد ظرفیت جذب بیشتری دارد[40].
1-5-3-2) نوع و خصوصیات ماده جذب شونده از جمله خصوصیات ماده جذب شونده که بر میزان جذب مؤثر است، اندازه و جرم مولکولی، غلظت و نوع ترکیب مواد از نظر آلی و معدنی را می توان نام برد. اندازه مولکول هرچه بزرگتر باشد از یک طرف حرکت آن به سمت جاذب کندتر و امکان جای گیری آن در سطح جاذب و حفرات آن کمتر می گردد[40].
اگر مواد جذب شونده از یک گروه شیمیایی خاص باشند، معمولاً مولکولهای کوچکتر دارای سرعت و میزان جذب بیشتری نسبت به مولکولهای بزرگتر هستند. چرا که در مرحله نفوذ حفره‌ای لازم است که قطر ذره از قطر خلل و فرج سطح جاذب کمتر باشد. حضور مواد دیگر در فاز مایع نیز بر فرآیند جذب تأثیر گذار است. جذب مخلوطی از چند ماده توسط جاذبی خاص میتواند میزان جذب یک جزء خاص را افزایش و یا با آن رقابت کند و یا اینکه هیچ اثری بر میزان جذب آن جزء نداشته باشد. مطالعات قبلی برای فلزات مختلف نتایج متفاوتی داشته و قاعده کلی وجود نداشته است.
1-5-3-3)میزان اختلاط و بهم زدن فاز سیال سرعت فرآیند جذب سطحی با توجه به میزان به هم زدن فاز محلول به یکی از دو مرحله نفوذ لایه‌ای و یا نفوذ حفرهای بستگی دارد. چنانچه محلول به اندازه کافی به هم زده نشود، ضخامت فیلم سطحی به دور ذرات جسم جاذب زیاد شده و جزء جذب شونده نمیتواند به راحتی خود را به سطح جاذب برساند و میزان جذب کاهش مییابد. مرحله مؤثر در کنترل واکنش جذب در این حالت مرحله نفوذ لایهای خواهد بود. اما در صورتیکه سرعت همزدن فاز سیال بسیار سریع باشد، نفوذ حفرهای یعنی نفوذ در خلل و فرج ذرات جسم جاذب محدود خواهد شد که در این حالت، کنترل کننده سرعت واکنش مرحله نفوذ حفرهای خواهد بود. غالباً در سیستمهای ناپیوسته مرحله سوم یعنی نفوذ حفرهای و در سیستمهای پیوسته مرحله دوم یعنی نفوذ لایهای نقش کنترلکننده فرآیند جذب را بر عهده دارند.
1-5-3-4)pH محیط عمل pH یکی ازمهمترین فاکتورها در پدیده جذب سطحی است. با توجه به آنکه یونهای H+ خود قابلیت جذب قابل توجهی دارند، pH محیط درسرعت انجام فرآیند و میزان جذب، بسیارمؤثراست. به عنوان مثال در برخی آزمایشات جذب، یونهای H+به سطح ماده جذب شونده متصل شده و سطح آن را مثبت مینمایند (یونیزاسیون). با توجه به اینکه سطح بیشتر جاذبها (همانند کربن فعال و میکروارگانیسمها) دارای بار منفی است، پدیده یونیزاسیون، سرعت جذب را افزایش می دهد. در برخی موارد نیز یونهای H+در رقابت با یونهای دیگر نظیر یون کادمیم سریعتر جذب شده و میزان جذب این آلاینده را از محیط آبی کاهش میدهند. به هرحال برای هر سیستم خاص pHبهینه باید با انجام آزمایشات مربوط تعیین گردد. البته در برخی موارد نیز، تغییر pHاثری بر میزان جذب یک جزء شیمیایی خاص ندارد. این امر در مورد جذب ترکیبات آلی فرار توسط خاکهای کشاورزی مشاهده شده است[40].
1-6 ) ایزوترمهای جذب سطحی
برای یک سیستم جاذب- جذب شونده، تعادل جذب تابعی از فشار و دمای سیستم است:

Related posts: