مطالعات تعادلی، ترمودینامیکی و سینتیکی جذب سرب از محلول های آبی بوسیله نانوکامپوزیت پلی اکریلیک اسید- بنتونیت

همگام با توسعه سریع صنایع جدید، آلودگی محیط نسبت به گذشته در حال افزایش است و یکی از مهمترین آلاینده ها در محیط فلزات سنگین می باشند. در میان فلزات سنگین، سرب یکی از معمول ترین و سمی ترین آلاینده هاست که از طریق صنایع مختلف مانند آبکاری فلزات و باطری سازی ها وارد آب های طبیعی می شود. روش های مختلفی برای حذف فلزات سنگین از آب-ها و فاضلاب های صنعتی توسعه یافته اند که در این میان فرایندهای جذب به عنوان یک روش کارا و اقتصادی از اهمیت ویژه ای برخوردار هستند. جاذب های مختلفی جهت حذف فلزات سنگین استفاده شده است. درکل، این جاذب ها دارای تخلخل زیادی هستند و سطح کافی را برای جذب به وجود می آورند. با این حال، وجود پخشیدگی درون ذرّه ای ممکن است منجر به کاهش سرعت و ظرفیت جذب این جاذب ها شود. بنابراین، توسعه جاذب هایی بامساحت زیاد و مقاومت کم در برابر پخشیدگی دارای اهمیت قابل توجهی در استفاده های عملی می باشد. اصلاح رس ها توسط پلیمرها باعث بهبود خواص فیزیکی و شیمیایی آنها می شود و بنابراین کانی های رس اصلاح شده می توانند به عنوان جاذب به کار روند، زیرا پلیمرها خود دارای ویژگی های مناسب جذبی برای فلزات می باشند. در این مطالعه، نانوکامپوزیت پلی اکریلیک اسید- بنتونیت در مقایسه با بنتونیت طبیعی جهت حذف سرب از محلول های آبی مورد استفاده قرار گرفت. روش های xrf، xrd، ftir، toc و sem-eds برای مشخصه-یابی جاذب ها مورد استفاده قرار گرفتند. نتایج مشخصه یابی نشان داد که سورفکتانت و پلیمر در فضای بین لایه ای بنتونیت وارد شده و نانوساختار اینترکلیت تشکیل شده است.رفتار جذبی نانوکامپوزیت و بنتونیت نسبت به سرب تحت شرایط مختلف مانند زمان تماس، غلظت اولیه سرب، دما و مقدار جاذب مطالعه گردید. مدل های لانگمویر و فروندلیچ بر داده های تعادلی جذب سرب برازش داده شد. در تمامی دماهای مورد مطالعه(?c50- 15)، مدل لانگمویر بهترین برازش را بر داده های جذب سرب بوسیله نانوکامپوزیت نشان داد، در حالی که داده های جذب سرب بوسیله بنتونیت تنها در دماهای ?c 35 و ?c 50 با مدل لانگمویر بهترین برازش را نشان داد و در دمای ?c 15 و?c 25 مدل فروندلیچ برازش بهتری را نشان داد. حداکثر جذب پیش-بینی شده از مدل لانگمویر برای نانوکامپوزیت پلی اکریلیک اسید- بنتونیت و بنتونیت طبیعی به ترتیب 01/93 و mg g-1 31/52 بدست آمد. پارامترهای ترمودینامیک شامل تغییرات انرژی آزاد گیبس (?g0)، انتالپی (?h0) و انتروپی (?s0) نشان داد که جذب سرب بوسیله جاذب ها خودبخودی، گرماگیر و مطلوب است. مطالعات سینتیک جذب سرب در دو غلظت 400 و mg l-1 800 به مدت 24 ساعت انجام شد. با افزایش غلظت از 400 به mg l-1 800 زمان برقراری تعادل برای جذب سرب بوسیله نانوکامپوزیت از حدود 30 دقیقه به حدود 60 دقیقه افزایش یافت. اما در زمان مورد مطالعه برای جذب سرب بوسیله بنتونیت طبیعی تعادل برقرار نگردید. مدل های سینتیک شبه مرتبه اول، شبه مرتبه دوم، الوویچ، پخشیدگی درون ذرّه ای و تابع توانی برای توصیف داده های سینتیک جذب سرب مورد استفاده قرار گرفت. مدل شبه مرتبه دوم داده های جذب سرب بوسیله نانوکامپوزیت را به خوبی توصیف نمود که نشان می دهد جذب شیمیایی مکانیسم کنترل کننده سرعت است. داده های سینتیک جذب سرب بوسیله بنتونیت بهترین برازش را با مدل تابع توانی نشان داد. با افزایش غلظت جاذب میزان سرب جذب شده در واحد وزن جاذب کاهش یافت در حالی که درصد جذب افزایش نشان داد. درکل، نانوکامپوزیت پلی اکریلیک اسید- بنتونیت بدلیل داشتن سرعت و ظرفیت جذب زیاد، جاذب بسیار مناسبی برای حذف سرب از محلول های آبی می باشد.