کاهش نیترات از محلول های آبی با استفاده از بنتونیت طبیعی و بنتونیت اصلاح شده با سورفکتانت

چکیده افزایش آلودگی آب های سطحی و زیرزمینی به یون های نیترات و آمونیوم، یافتن راه حل های قابل قبول زیست محیطی را برای حذف این مواد از منابع آبی ضروری می سازد. روش جذب سطحی معمول ترین روش برای جذب آلاینده های آب با استفاده از جاذب های متخلخل مانند کربن فعال، سیلیسیم دی اکسید، آلومینیوم فعال و کانی های رسی مثل زئولیت، بنتونیت، ورمیکولیت، سپیولیت و پالیگورسکیت می باشد. کانی های رسی به دلیل سطح ویژه زیاد، ساختار متخلخل، ظرفیت تبادل کاتیونی بالا و از طرف دیگر هزینه کم، جاذب های مناسبی برای حذف آلاینده های آب می باشند. با استفاده از سورفکتانت های آلی می توان خصوصیات سطحی رس ها را تغییر داد به نحوی که قادر به جذب ترکیباتی از جمله آنیون ها و مواد آلی غیرقطبی نیز باشند. چنانچه سورفکتانت های چهاروجهی با کاتیون های سطح خارجی رس مبادله شوند، سطح خارجی آن تغییر کرده و دارای بار مثبت می شود. در این پژوهش، بنتونیت اصلاح شده با سورفکتانت (smb)، برای حذف یون های نیترات از محلول های آبی مورد استفاده قرار گرفت. روش های xrd، ftir، sem و edx برای مشخصه یابی جاذب بنتونیت مورد استفاده قرار گرفتند و قابلیت این ماده به عنوان جاذب با تغییرات غلظت اولیه نیترات، مقدار جاذب، زمان تماس، تغییر دما و ph محلول نیترات مورد بررسی قرار گرفت. در آزمایش پیمانه ای، ph بهینه محلول نیترات برابر 5/5، زمان تعادل برابر 120 دقیقه و جرم بهینه جاذب برابر 5/0 گرم به دست آمد. با افزایش غلظت اولیه نیترات از 5 تا 300 میلی گرم در لیتر، بازدهی جذب نیترات از 5/92 به 5/47 درصد کاهش یافت و با افزایش دما از 25 تا 60 رجه سانتی گراد، بازدهی جذب نیترات از 47/88 به 5/93 درصد افزایش یافت. مدل های همدمای جذب لانگمویر، فروندلیچ، لانگمویر- فروندلیچ و ردلیچ- پترسون بر داده های جذب نیترات برازش داده شد. از بین این مدل ها، مدل لانگمویر بهترین برازش را بر داده های جذب نیترات نشان داد و حداکثر جذب پیش بینی شده از مدل لانگمویر 15/10 میلی گرم بر گرم به دست آمد. مدل های سینتیک شبه مرتبه اول، شبه مرتبه دوم، پخشیدگی درون ذره ای و تابع توانی برای توصیف داده های سینتیک جذب نیترات مورد استفاده قرار گرفت. مدل شبه مرتبه دوم بهترین برازش را بر داده های جذب نیترات به وسیله بنتونیت اصلاح شده داشت که نشان می دهد جذب شیمیایی مکانیسم کنترل کننده سرعت است. برای تکمیل بررسی ها روی جاذب معرفی شده، آزمایش های ستونی با ورود پیوسته محلول نیترات به ستون جاذب، تا زمان رسیدن جاذب به حد اشباع انجام شد. آزمایش های ستونی با ورود پیوسته محلول نیترات، نشان دادند که حداکثر ظرفیت جذب ستون برای حذف یون-های نیترات، در ستون جاذب با قطر 1 سانتی متر، 2 سانتی متر بنتونیت اصلاح شده، 13 سانتی متر شن و غلظت ورودی 15 میلی گرم در لیتر و دبی 5/0 میلی لیتر بر دقیقه، برابر 45/3 میلی گرم بر گرم به دست آمد و برای ستون جاذب با قطر 2 سانتی-متر، 2 سانتی متر بنتونیت اصلاح شده، 13 سانتی متر شن و غلظت ورودی 100 میلی گرم در لیتر و دبی 1 میلی لیتر بر دقیقه، برابر 26/15 میلی گرم بر گرم به دست آمد. نتایج آزمایش های ستونی، نشان می دهد با افزایش غلظت محلول نیترات، ظرفیت جذب بیشتر شد ولی زمان اشباع شدن جاذب کاهش یافت. با توجه به نتایج به دست آمده در این آزمایش، مشخص شد که بنتونیت اصلاح شده با سورفکتانت کاتیونی hdtma-br، قابلیت بالایی در حذف نیترات از محلول های آبی دارا می باشد. کلمات کلیدی: نیترات، بنتونیت، بنتونیت اصلاح شده با سورفکتانت، جذب، آزمایش پیمانه ای، آزمایش ستونی