اتیل متیل کتون+آب
۶
PVAc
PPy+PVAc
اتیل متیل کتون+آب
PEG=6gl-1
PVA=6gl-1
PEG+PVAc
PPy+PEG+PVAc
فصل دوم
مطالعات کتابخانه ای
مقدمه
در این فصل که اختصاص به مطالعه های کتابخانهای دارد تاریخچه جذب سطحی، مروری بر تحقیقات انجام شده توسط محققین و دانشجویان در جای جای دنیا و همچنین تحقیقاتی که در کشور ایران انجام گرفته پرداخته می شود با توجه به این که رنگ مورد مطالعه جهت جذب متیل اورانژ میباشد بیشتر سعی بر این شده که موارد جذب این رنگ توسط جاذبهای مختلف بیان گردد. مطالعه و کاربرد جاذبهای مناسب در تصفیه آب و فاضلاب سابقه طولانی دارد به طوری که کاربرد جاذب در ایالات متحده آمریکا در واحدهای تصفیه آب به سال ۱۸۸۳ میلادی میرسد. معروفترین جاذبها در تصفیه آب و فاضلاب کربن فعال میباشد که کاربرد آن از جنگ جهانی اول و استفاده در ماسک های شیمیایی آغاز گردید. هم چنین کربن فعال در سال ۱۹۲۰ در شیکاگو برای کنترل بوی ناشی از کلروفنل استفاده گردید. امروزه کربن فعال به عنوان جاذبی خوب در حذف آلایندهها کاربرد وسیعی پیدا کرده است. با این حال هزینه بالای تهیه کربن فعال، استفاده از سایر جاذب های ارزان قیمت ولی با قابلیت دسترسی آسان را باعث شده است. جاذبهای دیگر گرچه تقریباًََ قابلیت کربن فعال را در جذب آلایندهها ندارند ولی هزینه تهیه پایین و مزایای اختصاصی که هر کدام از جاذبها دارند آن ها را در تصفیه آلاینده ها مطرح کرده است. در ادامه به چند تحقیق که در رابطه با جذب سطحی بوده و حذف رنگ متیل اورانژ در آن بررسی شده پرداخته شده که میتوان از آنها جهت انجام آزمایشها اطلاعاتی به دست آورد و برای حداکثر شدن میزان حذف متیل اورانژ از آنها استفاده نمود]۱ [.
(( اینجا فقط تکه ای از متن درج شده است. برای خرید متن کامل فایل پایان نامه با فرمت ورد می توانید به سایت feko.ir مراجعه نمایید و کلمه کلیدی مورد نظرتان را جستجو نمایید. ))
تاریخچه رنگ ها:
طبق یافته های کریستیک[۶۷] در سال ۲۰۰۱ ،تاریخ استفاده از رنگ ها از ۲۶۰۰ سال قبل از میلاد شروع شد. طبق اولین نوشته ها از آن در چین استفاده شده. رنگ ها به صورت اصلی از منابع حیوانی و سبزیجات به دست می آمدند. طبق یافته های کریستیک برای مثال در قرن ۱۵ قبل از میلاد در مصر از رنگ بنفش استفاده می شده که از نوعی گیاه دریایی به دست می آمد ، هم چنین مصریان استفاده از رنگ های گیاهی برای رنگ کردن لباس را کشف کردند ، در شمال امریکا نیز صنعت نساجی با کمک رنگ های مختلف شروع به کار کرد.صنایع شیمیایی در سال ۱۸۵۶ وقتی مردی انگلیسی به نام ویلیام[۶۸]هندی اولین رنگ را ساخت شروع شد.ولهام[۶۹] در سال ۲۰۰۰ نوشت، آنیلین[۷۰]یک رنگ بنفش درخشان داشت و برای درمان مالاریا استفاده می شد. در دهه های بعد تعداد قابل ملاحظه ای رنگ ساخته شد]۱۴[.
رنگ های آزو بزرگ ترین و پر اهمیت ترین گروه رنگ ها هستند که اساسا به سادگی ساخته می شوند.به نوشته زولینگر[۷۱] تولید رنگ های آزو در سال ۱۸۵۸ وقتی دانشمندی آلمانی به نام گریس[۷۲]، مکانیزم واکنش دیازه[۷۳] شدن برای تولید ترکیبات آزو را کشف کرد آغاز شد]۱۴[.
رنگ ها طبق کاربرد و ساختار شیمیایی شان تقسیم می شوند. آن ها از یک گروه از اتم های پاسخگو برای رنگ رنگدانه به نام کروموفور[۷۴]ها تشکیل می شوند که به خوبی یک الکترون جانشین ها را می گیرند یا پس می دهند که باعث ایجاد یا تشخیص رنگ کروموفور می شود که رنگ افزا نامیده می شود]۱۴[.
مهم ترین کروموفورها آزو ( -N = N -) ، کربونیل[۷۵] (-c=o)، متلین[۷۶] (-CH=)، نیترو[۷۷] (-No2) و گروه های کینون[۷۸] مانند هستند.مهم ترین رنگ افزاها آمین[۷۹]،کربوکسیل[۸۰]،سولفونات[۸۱] و هیدروکسیل[۸۲] است.رنگ افزاها می توانند به گروه های راکتیو ، اسیدی ، مستقیم ،اساسی و پاششی ، رنگدانه، خمره ای،دندانه ای و… باشند]۱۴[ .
هااو[۸۳] در سال ۲۰۰۰تخمین زد که سالانه ۱۰۹ کیلوگرم رنگ در جهان تولید می شود که ۷۰ درصد آن ها رنگ آزو می باشد.رنگ های آزو عمدتا برای رنگ های زرد،نارنجی و قرمز استفاده می شوند.برای به دست آوردن رنگ هدف،مخلوطی از رنگ های قرمز،زرد،و آبی در حمام رنگ به کار گرفته می شوند. این سه رنگ لازم نیست ساختار شیمیایی یکسانی داشته باشند.آنها ممکنست شامل کروموفورهای متفاوتی باشند]۱۴٫[وبر و همکارانش[۸۴] نشان دادند که رنگ های آنتراکوئینون[۸۵] دومین گروه مهم از رنگ های نساجی بعد از آزو است]۱۴[.
حذف متیل اورانژ و متیلن بلو از فاضلاب:
متیل اورانژ و متیلن بلو دو رنگ در صنایع نساجی هستند که مصرف آن ها رو به رشد است اما به شدت سمی و مضر هستند . هدف از این مطالعه آزمایش ظرفیت سه نوع پوشال ( چوب بلوط،درخت بید و سپیدار)و ترکیب آن ها در بررسی میزان جذب رنگ هاست.
از خاکستر برای حذف این دو رنگ از فاضلاب استفاده می شود . تاثیر زمان تماس، pH محلول و غلظت ابتدایی رنگ ها کشف شد. داده های سینتیک جذب روی نمودار شبه درجه دوم مدل شد وداده ها با ایزوترم جذب فرندلیچ مطابقت داشت . نتایج نشان داد که خاک اره می تواند کارآمد باشد و موجب کم شدن هزینه می شود]۲۶[.
حذف رنگ از فاضلاب توسط کربن فعال ارزان قیمت به دست آمده از ضایعات کشاورزی :
کربن فعال بدست آمده از رشته های پوسته نارگیل تهیه و برای جذب رنگ های متیلن بلو به عنوان یک رنگ بازی و متیل اورانژ ، به عنوان یک رنگ اسیدی ، با موفقیت به کار گرفته شد . مطالعات جذب در دماهای مختلف و در اندازه های مختلف ، pH و مقدار جذب شونده مورد بررسی قرار گرفت . داده های جذب با هر دو مدل فرندیچ و لانگمویر تطابق داده شد . نتایج حاکی از آن بود که مدل فرندیچ در مقایسه با مدل لانگمویر تطابق بهتری را از نظر ضریب همبستگی نشان می دهد . ایزوترم ها برای بدست آوردن پارامترهای ترمودینامیکی مثل انرژی آزاد ، آنتالپی و آنتروپی جذب بدست آمدند . هم چنین مطالعات روی سینتیک نشان داد که جذب هر دو رنگ از مدل شبه درجه اول پیروی می کند .
پارامترهای سینتیکی مختلف مثل ضریب انتقال جرم ، ضریب نفوذ مؤثر ، انرژی فعالسازی و آنتروپی فعال ، برای بررسی مکانیزم ارزیابی شوند . اطلاعات نشان داد که جذب متیلن بلو توسط یک مکانیزم نفوذ لایه ای ، در غلظت های پایین به خوبی غلظت های بالا اتفاق می افتد .
در حالی که جذب متیل اورانژ در غلظت های پایین از طریق نفوذ فیلمی اتفاق می افتد ، در حالی که در غلظت های بالا از طریق نفوذ ذره ای اتفاق می افتد . ظرفیت جذب توسط این کربن فعال اصلاح شده قابل مقایسه با سایر جاذب های در دسترس است ، در حالیکه هزینه بسیار کمتری را شامل می شود . مقادیر بهینه برای pH و دما ، به ترتیب ۴ و ۴۰ درجه سانتی گراد محاسبه شد [۴۲].
مطالعه سینتیک و ایزوترم حذف متیل اورانژ از فاضلاب با بهره گرفتن از کاتالیست اکسید مس
جذب متیل اورانژ روی کاتالیست اکسید از محلول آبدار توسط روش جذب سطحی در دمای ۳۰ تا ۶۰ درجه بررسی و کشف شد . بررسی ها نشان داد که ظرفیت جذب با افزایش غلظت [۸۶]MOو دما افزایش یافت اما با مقدار جاذب کاهش یافت. برای کشف مدل سنتیکی و مدل نفوذ بین ذره ای برای توصیف داده های سینتیکی استفاده شد ، ثوابت سرعت نفوذ بین مولکولی و واکنش های شبه درجه دوم و شبه درجه اول مقایسه شدند و هر دو مدل فرندلیچ و لانگمویر ارزیابی شدند. داده های به دست آمده با CuOروی مدل لانگمویر بهترین تطابق را داشتند. دریافته شد که مکانیزم جذب شبه درجه دوم غالب است وبه نظر می رسد که سرعت کلی جذب CuOتوسط یک مرحله کنترل شود، به عبارتی هر دو انتقال جرم خارجی و نفوذ بین ذره ای وجود دارد. نتایج نشان داد که CuO ، MOرا به طور کارآمدی جذب می کند و می تواند به عنوان یک جاذب برای حذف رنگ های آنیونی در تصفیه پساب استفاده شود. ویژگی های جذب MO روی CuO شامل ظرفیت جذب،ایزوترم های جذب و سینتیک ارائه شد. با افزایش دما و غلظت MO ظرفیت جذب بالا رفت اما با افزایش مقدار جاذب کاهش یافت! بهترین ایزوترم جذب توسط لانگمویر به دست آمد و این نشان می دهد که جذب توسط انتقال مونولایه اتفاق می افتد. تناسب مدل شبه درجه اول و سینتیک درجه دوم و مدل نفوذ بین ذره ای برای این جذب نیز بحث شد. مدل سینتیک شبه درجه دوم به خوبی با رفتار دینامیکی جذب تطابق داشت . MO به آهستگی تحت نفوذ بین ذره ای قرار گرفت ، در واقع جذب می تواند توسط هر دو مدل انتقال جرم و مکانیزم نفوذ بین ذره ای توصیف شود]۲۷[.
سینتیک و مکانیزم جذب رنگ متیل اورانژ روی سیلیکاژل اصلاح شده باقی مانده از یک کارخانه :
ضایعات سیلیکاژول باقی مانده از یک کارخانه در هند ، با سرفکانت کاتیونی اصلاح شد. به عنوان جاذب برای حذف رنگ متیل اورانژاز محلول آبی استفاده شد . ویژگی های جاذب مشخص و اصلاح شد در شرایط ناپیوسته ، سینیتیک ، ایزوترم ، تاثیرها و سرعت تکان خوردن مورد مطالعه قرار گرفت . سینیتیک جذب از مدل شبه درجه دوم و ایزوترم ، از مدل لانگمویر پیروی می کند . مطالعات نشان داد که افزایش دما ، موجب افزایش جذب می شود و مناسب ترین مقدار جاذب ۵ گرم در لیتر ، در دمای ۳۰۳ کلوین بوده است .
در شرایط بهینه میزان جذب در ۳۰۳ کلوین ۹۳ درصد بوده است . در کل نتایج حاکی از آن بود که این جاذب می تواند به طور کارآمدی برای جذب متیل اورانژ و رنگ های بازی دیگر مورد استفاده قرار گیرد [۴۳].
تصفیه پیشرفته فاضلاب با متیل اورانژ و فلزات سنگین بر روی TiO2 [۸۷]وخاکستر و مخلوطشان:
برای فاضلاب حاوی رنگ و فلزات سنگین یک روش تصفیه استفاده از خاکستر اصلاح شده با آناتاز [۸۸] است. طی این فرایند سوبسترا با آلاینده ها و مواد مورد نظر تحت شرایط بارگذاری می شود. در این مطالعه نتایج در حذف فلز مس و کادمیم با بهره گرفتن از خاکستربا سطح اصلاح شده رنگ و مخلوط آن با TiO2 به دست آمده است.نتایج حاکی از آن بود که این ماده روی گرایش رنگ به جاذب ، به ویژه در غلظت های بالاتر رنگ موثر بود]۲۸[.
مدل سینتیکی برای حذف رنگ متیل اورانژ از محلول آبدار با بهره گرفتن از دانه یا هسته آووکادو:
سینتیک جذب رنگ متیل اورانژ از محلول آبدار توسط دانه آووکادو به عنوان بیومس مورد مطالعه قرار گرفت. تحت شرایط متفاوت آزمایشگاهی با افزایش زمان میزان جذب هم افزایش یافت و در حدود ۲۰-۱۵ دقیقه به تعادل رسید.
اصلاح جاذب توسط نیتریک اسید و هیدروکسیل آمین هیدروکلراید ظرفیت جذب جاذب را بهبود داد]۲۹[.
پارامترهای جذب توسط ایزوترم فرندلیچ و لانگمویر مدل شد و ثابت ها تعیین شدند. سینتیک جذب به خوبی به کمک یک معادله شبه درجه اول و شبه درجه دوم برای آنالیز داده های آزمایشگاهی ارائه شد.مقادیر بسیار بالای ضرایب تبدیل (R2) به دست آمده حاکی از درستی داده های آزمایشگاهی است . بنابراین این جاذب می تواند برای جذب متیل اورانژ از آب مورد استفاده قرار گیرد. رنگ های آزو حاوی یک یا جند گروه آزو به وفور در صنایع نساجی ، کاغذ،لوازم آرایشی و دارویی استفاده می شوند.و روزانه بیش از ۱۲۸ تن وارد محیط می شود . آزادسازی رنگ آزو به محیط باعث سرطانی و سمی شدن آب می شود و زندگی موجودات زنده را به خطر می اندازد ]۲۹[.
ایزوترم دو پارامتری جذب متیل اورانژ توسط کربن فعال :
جذب یک رنگ مونو آزو و متیل اورانژ روی گرانول های مشتق شده از کربن فعال ، از یک محلول آبدار در یک سیستم ناپیوسته مورد مطالعه قرار گرفت]۳۰[.
هفت ایزوترم مورد بررسی قرار گرفت و تطبیق به ترتیب زیر بود:
هورکینسجون[۸۹]<فرندلیچ<تمکین<دوبینین-رادشکویچ<لانگمویر<جووانویک
ایزوترم جذب سطحی نشان داد که برهم کنش رنگ با کربن فعال در جذب مونولایه قرار گرفت. از نظر سینتیکی یک مدل درجه اول بیشترین تطبیق را داشت.
در کل ۴ روش برای حذف رنگ از پساب نساجی وجود دارد:
روش فیزیکی
روش شیمیایی