جذب مس و روی از محلول‌های آبی بوسیله دیاتومیت: سینتیک و ترمودینامیک

چکیده سابقه و هدف: فلزات سنگین از طریق تخیله پساب‌های صنعتی و فاضلاب‌های شهری وارد محیط می‌شوند. فلزات مس و روی در مقادیر کم از عناصر ضروری زندگی بشمار می-روند ولی در غلظت‌های زیاد باعث مشکلات زیست محیطی می-شوند. روش‌های مختلفی حذف فلزات از منابع آب‌های آلوده وجود دارد که یکی از آن‌ها جذب با استفاده از جاذب‌های معدنی ارزان قیمت می‌باشد. مواد و روش‌ها: دیاتومیت به عنوان جاذب مس و روی از معدن بیرجند تهیه شد. در این مطالعه سینتیک و ترمودینامیک جذب مس و روی از محلول‌های آبی به وسیله دیاتومیت در سیستم ناپیوسته (Batch) مورد بررسی قرار گرفت. بطوریکه برای مطالعات سینتیک مقدار 1/0 گرم از دیاتومیت در لوله ریخته و 25 میلی‌لیتر از محلول‌های مس و روی با غلظت 100 میلی‌گرم بر لیتر در محلول زمینه 03/0 مولار نیترات سدیم افزوده شده و در زمان‌های مختلف (0، 10، 20، 40، 60 ثانیه، 2، 5، 10، 20، 40، 60 دقیقه و 2، 4، 6 ساعت) همزده شد و ترمودینامیک جذب فلزات در دماهای (10، 20، 30 و 40 درجه سلسیوس) قرار گرفت. رفتار جذب فلزات سنگین (مس و روی) در زمان‌های مختلف توسط مدل‌های سینتیکی شبه درجه اول، شبه درجه دوم، ایلوویچ و تابع توانی مورد ارزیابی قرار گرفت. همچنین مدل‌های هم‌دمای جذب لانگمویر، فروندلیچ، تمکین و دوبینین-رادوشکویچ برای برازش داده‌های جذب در دماهای (10، 20، 30 و 40 درجه سلسیوس) بکاربرده شدند. یافته ها: نتایج این پژوهش نشان داد، با افزایش زمان تماس میزان جذب هر دو فلز توسط دیاتومیت افزایش پیدا کرد و زمان لازم برای ایجاد تعادل میان فلز جذب شده روی سطح جامد و کسر باقی‌مانده در محلول برای فلزات مورد مطالعه مس و روی به ترتیب حدود 40 و 120 دقیقه بدست آمد. همچنین میزان جذب مس بوسیله دیاتومیت بیشتر از روی بدست آمد، بطوریکه در دمای 20 درجه سلسیوس حداکثرجذب مس و روی (qmax) بوسیله دیاتومیت به ترتیب 56 و 27 میلی گرم بر گرم شد. نتایج جذب فلزات در زمان‌های مختلف با مدل شبه درجه دوم برازش بهتری نشان داد (99/0=R2). با افزایش دما میزان جذب مس و روی به وسیله دیاتومیت افزایش یافت، مدل لانگمویر برازش بهتری با داده‌های جذب در دماهای مختلف دارد (96/0‌–99/0=R2). پارامترهای ترمودینامیکی شامل تغییرات انرژی آزاد گیبس (G∆)، آنتالپی (H∆) و آنتروپی (S∆) نشان داد که فرایند جذب مس و روی بوسیله دیاتومیت در دمای 10 تا 40 درجه سلسیوس خودبخودی و گرماگیر است. انرژی جذب مدل دوبینین-رادوشکویچ(E) نشان داد جذب مس و روی به وسیله دیاتومیت احتمالا از مکانیسم فیزیکی کنترل می‌شود ( kJ mol−18 >E). نتیجه‌گیری: با توجه به حضور فلزات سنگین در آب‌های آلوده و اهمیت حذف آن‌ها، استفاده از دیاتومیت به عنوان یکی از جاذب‌های ارزان قیمت، ارزان و قابل دسترس می‌تواند در حذف فلزات سنگین به ویژه مس و روی از منابع آب‌های صنعتی آلوده موثر باشد.