MV (1) رابطه
در رابطه (1)، 0C غلظت اوليه يون فلز سنگين و Ce غلظت پس از رسيدن به حالت تعادل بر حسب (mmol/Lit) است.V و Mبه ترتيب نشان دهنده حجم محلول و جرم ماده جاذب است. پارامتر qe ميزان ظرفيت جذب بر حسب ميلي مول بر واحد جرم جاذب بر حسب گرم (mmol/g) را نشان ميدهد.
از آن جايي كه پودر چوب ذرت بسيار سبك بوده و داراي حجم زيادي است، مقدار 40 گرم بر ليتر از چوب ذرت درون محلول حاوي يون مس با غلظت هاي اوليه 3، 5 و 6 ميلي مولار براي اندازه دانه هاي گوناگون 74/0 ميلي متر و 211/0 ميلي متر از جاذب، ريخته شد.
pH هاي بكار رفته، pH طبيعي 5/4 و pH تنظيم شده 6/2 بود. از آزمايش ها در مقادير بالاتر pH به دليل رسوب فوري هيدروكسيد مس آبي رنگ، چشم پوشي شد [1].
100 ميلي ليتر از هركدام از محلول هاي مورد نظر درون بشر ريخته شد. يك آهنرباي مغناطيسي جهت هم زدن محلول، درون بشر قرار داده و سطح بشر بمنظور كمينه كردن تبخير و به اطراف پاشيده شدن محلول، به وسيله پارافيلم پوشانده شد. سپس بشر روي گرمكن مغناطيسي با دماي 30 درجه سانتي گراد قرار داده شد. مقدار چرخش 220 دور بر دقيقه (rpm) تنظيم گرديد. مدت زمان هم خوردن محلول ها بمنظور ايجاد تعادل، 120 دقيقه در نظر گرفته شد. پس از پايان فرآيند جذب، محلول ها از كاغذ صافي گذرانده تا جاذبها از محلول جدا شوند و غلظت يون مس باقي مانده درون آن ها به وسيله دستگاه جذب اتمي اندازه گيري شد.
هم چنين، بمنظور بررسي اثر زمان تماس بر مقدار جذب، تعداد 11 نمونه با غلظت 3 ميلي مولار و 5/4=pH طي مدت زمان 5 تا 120 دقيقه مورد آزمايش قرار گرفت. مدل هاي هم دماي تعادلي مدل هاي زيادي وجود دارد كه ميتوانند رابطه بين جذب و غلظت باقي مانده جذب شونده در محلول را بيان كنند. معمول ترين اين مدل ها، مدل لانگموير1 و فرندليچ2 مي باشد.

مدل لانگموير
مدل لانگموير يكي از مهم ترين مدل هاي جذب يك لايه اي مي باشد، كه بر پايه تعداد ثابت مكانهاي جذب، بنا شده است و هر مكان نيز قابليت دريافت يك مولكول جذب شونده را دارا ميباشد. شرايط تمامي مكانها يكسان است و هيچ برخوردي مابين مولكولهاي جذب شونده وجود ندارد [12].
رابطه مدل لانگموير به صورت زير ميباشد [12]:
65532173572

Ce11
رابطه (2) qe = qmb+qm Ce كه در آن qm بيشينه ظرفيت جذب(mmol/g) و b ثابت جذب لانگموير مي باشد. براي محاسبه اين دو پارامتر كافي است كه نمودار Ce/qe را بر حسب Ce رسم نمود.

مدل فرندليچ
يكي ديگر از مدل هاي جذب هم دما، مدل فرندليچ است كه به صورت زير بيان ميشود [11]:
رابطه (3) qe =K f Ce

1n كه در آن K و n ثوابت فرندليچ مي باشد. رابطه فرندليچ يك معادله تجربي است. اين مدل توانايي نهايي جذب ماده جاذب را نشان نمي دهد و بنابراين، براي بازه غلظت هاي نهايي پايين تا متوسط كاربرد دارد. اين مدل را ميتوان به راحتي از راه رسم فرم لگاريتمي به صورت خطي بيان كرد.

12 -Langmuir
-Freundlich
نتايج و بحث در نتايج مطالعات SEM
ريخت شناسي سطحي چوب ذرت پيش و پس از فرآيند جذب در شكل 1 و شكل 2 آورده شده است. واضح است كه سطح جاذب داراي تخلخل و فرورفتگيهاي بسيار ميباشد كه دليلي بر قابليت جذب يون هاي فلزي به وسيله اين جاذب بيولوژيكي است. ساختار متخلخل و لولهاي شكل چوب ذرت پيش از جذب با حرف (a) در شكل 1 مشخص گرديده است. از مقايسه مكان هاي مشخص شده به وسيله حرف (b) در شكل 2 با مكان هاي (a) در شكل 1، سطح به نسبت صاف تر چوب ذرت پس از جذب مشخص گرديد. تفاوت ايجاد شده پس از فرايند جذب در تصوير SEM مورد نظر شاهدي بر يونهاي فلزي جذب شده بر سطح جاذب ميباشد، چرا كه يون هاي فلزي در اثر پيوستن به سطوح متخلخل جاذب، حفره ها را پر كرده و سطح صافتري به جا ميگذارند.

جذب يون مس توسط چوب ذرت
با توجه به مقادير ce و qe به دست آمده از رابطه (1)، شكل 3 و 4 ترسيم شد. سپس با استفاده از انطباق رابطه (2) با شكل 3 و شكل 4، مقادير بيشينه جذب (qmax) و ثابت لانگموير (b) براي اندازه دانه هاي 740/0 ميلي متر و 211/0 ميلي متر و pH هاي 5/4 و 6/2 به همراه مقادير
2R (ضريب همبستگي) مربوطه بدست آمد و در جدول
گزارش گرديد. همچنين، با استفاده از انطباق خطي داده هاي تجربي بر رابطه لگاريتمي فرندليچ (شكل 5 و شكل 6)، ثوابت فرندليچ KF و bF بدست آمد و در جدول
گزارش شد.
شكل 3 و شكل 4 نشان دهنده مدل هم دماي لانگموير و شكل 5 و شكل 6 نشان دهنده مدل فرندليچ براي جذب يون مس به وسيله چوب ذرت در pH ها و اندازه دانه هاي گوناگون است. هرچه قدر مقدار 2R به يك نزديك تر باشد، نشان دهنده آن است كه دادههاي آزمايشگاهي انطباقي بهتر با مدل مورد نظر دارند. با مقايسه مقدار 2R در دو مدل ارائه شده، مقدار بيشتر 2R در مدل لانگموير (972/0<970/0) دليلي بر انطباق بهتر اين مدل نسبت به مدل فرندليچ بر داده هاي بدست آمده ميباشد.
اثر pH محلول بر بازده جذب يون مس توسط چوب ذرت
با توجه به مقادير qmax گزارش شده در جدول 1 براي pH هاي متفاوت در دو اندازه دانه مورد نظر، واضح است كه با افزايش pH، بازده جذب افزايش مي يابد. همان گونه كه در جدول 1 ديده مي شود، در اندازه دانه 74/0 ميليمتر با كاهش مقدار pH از 5/4 به 6/2 مقدار qmax از عدد 21/0 ميلي مول بر گرم به 125/0 ميلي مول بر گرم كاهش مي يابد. هم چنين، در اندازه دانه 211/0 ميلي متري ذرات جاذب، در اثر كاهش pH از 5/4 به 6/2 مقدار qmax از 237/0 ميلي مول بر گرم به 121/0 ميلي مول بر گرم كاسته ميشود. در بحث هاي مربوط به تأثير pH در جذب، پارامتر pHpzc مطرح ميشود. pHpzc مقداري است كه در آن سطح ماده خنثي ميباشد و براي هر ماده مقدار مشخصي دارد. بر اساس گزارش هاي ليوا- راموس3 و همكاران [2] مقدار pHpzc براي چوب ذرت عدد 6 مي باشد. در pHpzc>pHسطح جاذب مثبت بوده و هم چنين، غالب يون هاي فلزي هم به صورت كاتيون (2+M) مي باشند، در نتيجه، جذب به صورت رقابت -+H
2+M هست. بنابراين، هرچقدر pH كمتر شود اثر رقابتي يون +H براي جذب به سطح جاذب بيشتر شده و بازده جذب پايين ميآيد.

اثر اندازه ذرات جاذب بر بازده جذب يون مس به وسيله چوب ذرت
مقادير qmax براي دو اندازه 74/0 و 211/0 ميليمتر نشان دهنده اثر مثبت كاهش اندازه بر بازده جذب است. كاهش اندازه ذرات منجر به افزايش سطح موثر جاذب و افزايش شانس جذب در سطح خارجي ذرات جاذب خواهد شد. افزون بر افزايش احتمال جذب در سطح خارجي ذرات، در نتيجه ، كاهش اندازه احتمال نفوذ يون هاي فلزي از سطح خارجي به حفرات دروني بيشتر مي شود از از سوي ديگر، مقاومت نفوذ براي انتقال جرم در ذرات كوچك تر كم تر است. تأثير منفي فاكتورهاي متفاوت نظير طول مسير نفوذ، مقاومت انتقال جرم و انسداد برخي از مسيرهاي نفوذ، در اندازه هاي بزرگتر منجر به بلا استفاده ماندن سطوح داخلي ذرات در جذب شده و باعث كاهش بازده جذب ميشود.

اثر مدت زمان تماس جاذب و مادهي جذب شونده بر بازده جذب يون مس به وسيله چوب ذرت بر اساس جدول 3 بمنظور بررسي اثر زمان تماس بر ميزان جذب، تعداد 11 نمونه با غلظت 3 ميلي مولار و 5/4=pH طي مدت زمان 5 تا 120 دقيقه مورد آزمايش قرار گرفت و مقدار جذب يون مس در زمان مربوطه ((qt بر اساس رابطه (1) اندازه گيري شد. با توجه به شكل 7 مشاهده مي شود كه در ابتدا نرخ جذب زياد بوده، اما با گذشت زمان، بويژه پس از بيست دقيقه ابتدايي، نرخ جذب كاسته مي شود. دليل اين امر، حضور مكان هاي فعال زياد در سطوح جاذب در ابتداي فرايند جذب ميباشد كه پس از حدود بيست دقيقه تقريباً به مرز اشباع نزديك مي شوند و نرخ جذب كاسته ميشود. زمان تعادل با تغيير نوع جاذب و خصوصيات جذبي مربوط به آن متغير است.
با توجه به شكل 7 مشاهده مي گردد كه پس از طي مدت زمان 2 ساعت، شيب نمودار به صفر نزديك ميشود بنابراين، زمان تعادل براي جذب يون مس به وسيله چوب ذرت تقريباً برابر با 2 ساعت ميتواند در نظر گرفته شود.

نتيجه گيري
هدف از انجام اين پژوهش، بررسي بازده جذب و بهينه سازي شرايط حاكم بر فرآيند جذب بمنظور استفاده از جاذب بيولوژيكي ارزان قيمت و در دسترس چوب ذرت براي حذف يون فلز سنگين مس از پسابهاي صنعتي بوده است. با توجه به تخلخل بسيار ساختار چوب ذرت كه توسط SEM مشاهده گرديد، انتظار مي رفت كه جاذب مورد استفاده بازده مناسبي در جذب يون مس داشته باشد. نتايج سينتيك جذبي بدست آمده اين انتظار را برآورده كرده و هدف از بكارگيري اين جاذب محقق گرديد. در مورد چوب ذرت، تأثير پارامترهاي اندازه دانههاي جاذب، pH محلول حاوي مس و زمان تماس جاذب و ماده جذب شونده تحت بررسي قرار گرفت.
بيشينه بازده جذب در اندازه دانه ي 211/0 ميلي متر و 5/4=pH حاصل شد. اين ميزان برابر با 237/0 ميلي مول يون مس بر گرم ماده جاذب بدست آمد. فرآيند جذب به وسيله دو مدل لانگموير و فرندليچ بررسي شد و با توجه به مقادير 2R بدست آمده مشخص گرديد كه مدل لانگموير هم خواني بهتري با داده هاي تجربي بدست آمده دارد.
همچنين، تأثير مدت زمان تماس چوب ذرت و محلول حاوي مس بررسي شد. در ابتداي فرآيند جذب، نرخ جذب زياد بوده، اما با گذشت زمان و كم تر شدن مكانهاي فعال در جذب، نرخ جذب كاسته ميشود و در نهايت، پس از گذشت 120 دقيقه تغيير چنداني در غلظت مس باقي مانده در محلول مشاهده نگرديد.

سپاسگزاري
از جناب آقاي دكتر زارع، مسئول محترم آزمايشگاه جذب دانشگاه آزاد اسلامي واحد مرودشت جهت همكاري در استفاده از دستگاه جذب اتمي و انجام آزمون هاي مربوطه سپاسگزاري مي شود.

Cadmium(II) from Aqueous Solution on
Natural and Oxidized Corncob.”, Separation and Purification Technology, Vol. 45, pp. 41-49, 2005.
3- A. Demirbas, “Heavy Metal Adsorption Onto Agro-Based Waste Materials :A Review.”, Hazardous Materials, Vol. 157, pp. 220-229, 2008.
Refrences

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

M. Nasiruddin Khan, and M. Farooq
Wahab, “Characterization of Chemically Modified Corncobs and Its Application in the Removal of Metal Ions from Aqueous Solution.”, Hazardous Materials, Vol. 141, pp. 237-244, 2007.
R. Leyva-Ramos, L.A. Bernal-Jacome, and I. Acosta-Rodriguez, “Adsorption of
Fibers.”, Food Science, Vol.46, pp. 548551, 1981.
M.S. Nasr, D.G. MacDonald, “Colour Removal from Kraft Mil Caustic Extraction Effluent Using Aluminum and Iron”, Chemical Engineering, Vol. 56, pp. 87-93, 1978.
T. Vaughan, W.S. Chung, W.E.
Marshall, “Removal of Selected Metal Ions from Aqueous Solution Using Modified Corncobs”, Bioresource Technology, Vol. 78, pp. 131-139, 2001.
S. Chen, Q. Yue, B. Gao, Q. Li, X. Xu, “Removal of Cr(VI) from Aqueous Solution Using Modified Corn Stalks :
Characteristic, Equilibrium, Kinetic and Thermodynamic Study.”, Chemical
Engineering, Vol. 168, pp. 909-917, 2011.
R. Bazargan Lari, “Preparation of Chitosan from Shrimp Shell and Adsorption of Heavy Metal Ions from
Aqueos Solutions by Chitosan Hydroxy Apatite”, Ph. D., Thesis Shiraz University, Shiraz, Iran, 2011.
پيوست ها
J. Wang, C. Chen, “Biosorbents for Heavy Metals Removal and Their Future.”, Biotechnology Advances, Vol. 27, pp.
195-226, 2009.
م.ا. بحرالعلوم، ز. صالحي، “مقايسه ميزان جذب فلز مس توسط هيدروكسي اپاتيت تري كلسيم فسفات با تغيير pH محيط”، ششمين كنگره ملي مهندسي عمران، سمنان، 1390.
R. Bazargan Lari, M.E. Bahrololoom, and A. Nemati, “Sorption Behavior of Zn
Ions by Low Cost and Biological Natural Hydroxyapatite Chitosan Composite from Industrial Waste Water”, Food, Agriculture and Environment, Vol. 9, pp. 892-899, 2011.
M.O. Bagby, N.M. Widstrom, Corn: Chemistry and Technology, p. 575, American Association of Cereal Chemists Inc., St Paul, MN, U.S.A, 1987.
A.L. Camre, F.M. Clydesdale, “Effect of pH and Heat Treatment on the Binding of Calcium, Magnesium, Zinc, Iron to Wheat Bran and Fractions of Dietary
اندازه دانه(ميلي متر) pH qmax(mmol/g) b(L/mmol) R2

0/740 4/5 0/210 0/150 0/906
2/6 0/125 0/180 0/839

0/211 4/5 0/237 0/132 0/972
2/6 0/121 0/320 0/974
جدول 1- ثوابت لانگموير براي جذب يون مس توسط دانه هاي چوب ذرت.

اندازه دانه(ميلي متر) pH KF(mmol/g) bF(L/g) R2

0/740 4/5 0/029 0/751 0/993
2/6 0/021 0/670 0/969

0/211 4/5 0/028 0/798 0/999
2/6 0/030 0/607 0/970
جدول 2- ثوابت فرندليچ براي جذب يون مس توسط دانه هاي چوب ذرت. جدول 3- مقادير سينتيك جذب يون مس به وسيله چوب ذرت در زمانهاي متفاوت.
(pH=4.5 و غلظت 3 ميلي مولار)
qt(mmol/g) زمان(دقيقه) شماره نمونه
0/020 5 1
0/021 10 2
0/031 20 3
0/032 30 4
0/032 45 5
0/033 55 6
0/034 60 7
0/035 70 8
0/037 80 9
0/038 105 10
0/039 120 11

شكل 1- تصوير SEM چوب ذرت پيش از فرآيند جذب با بزرگنمايي 500.

شكل 2- تصوير SEM چوب ذرت پس از فرآيند جذب با بزرگنمايي 500.

شكل 3- مدل هم دماي لانگموير براي جذب يون مس به وسيله چوب ذرت با اندازه دانه 74/0 ميلي متر.

شكل 4- مدل هم دماي لانگموير براي جذب يون مس به وسيله چوب ذرت با اندازه دانه211/0 ميلي متر.

شكل 5- مدل هم دماي فرندليچ براي جذب يون مس به وسيله چوب ذرت با اندازه دانه 74/0 ميلي متر.

شكل 6- مدل همدماي فرندليچ براي جذب يون مس توسط چوب ذرت با اندازه دانه 211/0 ميلي متر.

شكل 7- تأثير زمان تماس بر ميزان جذب يون مس توسط چوب ذرت با غلظت اوليه 3 ميلي مولار، 5/4=pH و اندازه ذرات
74/0 ميلي متر.


دیدگاهتان را بنویسید