بررسی امکان حذف فلزات سمی کروم و سرب از آب های آلوده توسط ترکیبات اکسید آهن دار

امروزه آلودگی آب و تصفیه¬ی آن و در نتیجه تامین آب سالم از مشکلات اساسی جوامع انسانی محسوب می¬شود. از جمله¬ی این آلاینده¬ها می¬توان به فلزات سنگین و بالقوه سمی مثل کروم و سرب اشاره کرد. این عناصر تأثیرات سوئی بر روی سلامت انسان و سایر موجودات زنده دارند. در این مطالعه سعی شده که قابلیت چند ترکیب اکسید آهن¬ طبیعی و مصنوعی شامل گوتیت، گل قرمز اصلاح شده (نیمه هضم شده)، گل اُخرای جزیره ی هرمز و نانوذره¬ی گوتیت ساخته شده به روش بوهم (1925)، برای حذف فلزات سمی کروم و سرب محلول در آب به روش جذب سطحی به عنوان یک روش مؤثر و باصرفه مطالعه شود. همچنین عوامل مؤثر بر فرآیند جذب از جمله ph، زمان تماس، غلظت اولیه¬ی عنصر، دوز جاذب، الکترولیت محلول و اندازه¬ی ذرات جاذب مورد بررسی قرار گرفته و در نهایت مقدار بهینه¬ی همه¬ی پارامترها برای جذب هر عنصر توسط هر جاذب استخراج شود. جاذب¬ها قبل از انجام آزمایشات جذب برای شناسایی بیش¬تر جهت آنالیزهای xrd، xrf، ftir، اندازه¬ی ذرات، پتانسیل زتا و sem به آزمایشگاه فرستاده شدند. همه¬ی آزمایشات به صورت ناپیوسته (batch) در دمای محیط و در آزمایشگاه انجام شد. پس از اتمام هر تست محلول¬ها جهت آنالیز جذب اتمی ارسال گردید. در هر مرحله درصد جذب و ظرفیت جذب جاذب¬ها محاسبه ¬شد. پس از انجام تست¬های بهینه هم جاذب¬ها جهت آنالیز eds و گرفتن تصاویر sem به آزمایشگاه ارسال گردید. در نهایت مقادیر بهینه¬ی پارامترها برای جذب سطحی سرب توسط گوتیت طبیعی در 5ph=، زمان تماس60 دقیقه، دوز جاذب g/l 8، اندازه¬ی ذرات کوچکتر از 230 مش (62 میکرون)، با غلظت mg/l120 از سرب، در نبود یا مقدار 0/01 مولار از nano3 و در دمای حدود ◦c 25-24 می¬باشد. در این شرایط حداکثر درصد جذب سرب و ظرفیت جذب جاذب به ترتیب برابر 99/06% و mg/g 86/14 می¬باشد. مقادیر بهینه¬ی پارامترها برای جذب سطحی کروم توسط گوتیت طبیعی در شرایط دوز جاذب g/l 8، غلظت اولیه¬ی کروم mg/l 1، 5/2 ph=، زمان تماس 80 دقیقه، با اندازه¬ی ذرات گوتیت کوچکتر از 230 مش (62 میکرون)، با الکترولیت محلول بین صفر تا 0/01 مولار nano¬3 و در دمای محیط (حدود ◦c24) به دست آمد که در این شرایط 90/40% کروم محلول را جذب می¬شود و مقدار ظرفیت جذب کروم توسط گوتیت برابر 0/113 می¬باشد. شرایط بهینه¬ی پارامترها برای جذب سطحی سرب روی گل قرمز نیمه هضم شده (sdrm) در دوز جاذب g/l 4، غلظت اولیه¬ی سرب mg/l 150، 5/5ph=، زمان تماس 5 دقیقه، دمای ◦c25 و مولاریته¬ی nano3 صفر می¬باشد که در این شرایط مقدار درصد جذب سرب و ظرفیت جذب جاذب به ترتیب برابر 98/31% و mg/g 58/24 است. شرایط بهینه¬ی پارامترها برای جذب سطحی کروم روی گل قرمز نیمه هضم شده در دوز جاذب g/l 10، غلظت اولیه¬ی کروم mg/l 1، 5/7ph=، زمان تماس 80 دقیقه، دمای ◦c5/23 و در حضور یا عدم حضور nano3 در غلظت¬های تست شده می¬باشد. در شرایط ذکر شده حداکثر میزان جذب کروم 60/49% و ظرفیت جذب جاذب برای کروم هم برابر mg/g 049/0 است. مقادیر بهینه¬ی هر پارامتر برای جذب سطحی سرب توسط گل اُخرای هرمز هم در دوز جاذب g/l 6، غلظت اولیه¬ی سرب mg/l 150، 5/5ph=، زمان تماس 5 دقیقه، اندازه¬ی ذرات بین 120-80 مش (125 تا 177 میکرون)، مولاریته¬ی nano3 صفر و دمای ◦c25 می¬باشد که در این شرایط 95/33% از سرب را جذب می¬کند و مقدار میلی¬گرم سرب جذب شده روی هر گرم از گل اُخرا یا ظرفیت جذب جاذب برابر 23/83 می¬باشد. برای نانوذره¬ی گوتیت (با قطر 71 نانومتر)، مقادیر بهینه¬¬ی پارامترها برای عنصر سرب در دوز جاذب g/l 6، غلظت اولیه¬ mg/l 120، 5ph=، زمان تماس 60 دقیقه و دمای محیط (◦c 25-23) و برای عنصر کروم در دوز جاذب g/l 8، غلظت اولیه¬ی mg/l 5، 2ph=، زمان تماس 80 دقیقه و در دمای محیط به دست آمد. در این شرایط درصد جذب و ظرفیت جذب برای عنصر سرب به ترتیب برابر 99/49% و mg/g 90/19 و برای عنصر کروم به ترتیب برابر 97/10% و mg/g 61/0 می¬باشد. جهت مطالعه¬ی مکانسیم جذب، ایزوترم¬های جذب لانگمویر و فروندلیچ هم برای هر جاذب و عنصر به طور جداگانه رسم شد. بررسی¬ها نشان داد که جذب سطحی سرب و کروم روی گوتیت طبیعی از ایزوترم لانگمویر پیروی کرده و بنابراین جذب سطحی آن¬ها به صورت تک لایه و یکنواخت است. جذب سطحی سرب توسط sdrm از ایزوترم فروندلیچ پیروی کرده و بر این اساس جذب سرب روی آن چند لایه و به صورت ناهمگن و نامحدود است ولی جذب سطحی کروم توسط آن به وسیله¬ی ایزوترم لانگمویر و فروندلیچ قابل تفسیر نیست. بررسی ایزوترم¬های لانگمویر و فروندلیچ گل اُخرا هم نشان می¬دهد که مکانیسم جذب سرب روی آن ترکیبی از هر دو مدل می¬باشد و این فرآیند تقریبا از هر دو مدل پیروی می¬کند. آزمایشات انجام شده نشان داده که تمامی جاذب¬های استفاده شده قابلیت بالایی برای جذب سرب از محلول¬های آبی دارند ولی قابلیت گل قرمز نیمه هضم شده بیش¬تر از سایر جاذب¬ها است. به جز گل اُخرای هرمز که قادر به جذب کروم از آب نیست، جاذب¬های دیگر می¬توانند اکسی¬آنیون¬های کروم را از آب در غلظت¬های کم جذب و حذف کنند. اما در بین همه¬ی آن¬ها نانوذره¬ی گوتیت کارآیی بهتری دارد.