جذب سطحی یونهای آهن (III) از محلول آبی

جذب سطحی یونهای آهن (III) از محلول آبی – ایران ترجمه – Irantarjomeh

مقالات ترجمه شده آماده گروه کشاورزی

مقالات ترجمه شده آماده کل گروه های دانشگاهی

مقالات رایگان

مطالعه 20 الی 100% رایگان مقالات ترجمه شده

1- قابلیت مطالعه رایگان 20 الی 100 درصدی مقالات 2- قابلیت سفارش فایل های این ترجمه با قیمتی مناسب مشتمل بر 3 فایل: pdf انگیسی و فارسی مقاله همراه با msword فارسی -- تذکر: برای استفاده گسترده تر کاربران گرامی از مقالات آماده ترجمه شده، قیمت خرید این مقالات بسیار کمتر از قیمت سفارش ترجمه می باشد.  

چگونگی سفارش

الف – پرداخت وجه بحساب وب سایت ایران ترجمه (شماره حساب) ب- اطلاع جزئیات به ایمیل irantarjomeh@gmail.com شامل: مبلغ پرداختی – شماره فیش / ارجاع و تاریخ پرداخت – مقاله مورد نظر -- مقالات آماده سفارش داده شده عرفا در زمان اندک یا حداکثر ظرف مدت چند ساعت به ایمیل شما ارسال خواهند شد. در صورت نیاز فوری از طریق اس ام اس اطلاع دهید.

جذب سطحی یونهای آهن (III) از محلول آبی

جذب سطحی یونهای آهن (III) از محلول آبی

جذب سطحی یونهای آهن (III) از محلول آبی بوسیله پودر پوست نخود بنگالی: ایزوترم های تعادلی و روش سینیتیکی

چکیده

در این تحقیق، به منظور بررسی توانایی پوست نخود بنگالی(BGH) برای حذف آهن،
(III) Fe، از محلول آبی بوسیله فرآیند جذب سطحی، یک سری آزمایشهای آزمایشگاهی ناپیوسته انجام شد. بررسی بوسیله مطالعه اثرpH اولیه محلول، زمان تماس، مقدار جاذب و غلظت اولیه آهن صورت گرفت. تمام آزمایشهای ناپیوسته  در دمای ثابت با استفاده از یک همزن (شیکر) با عملکرد مچی که با سرعت 120 rpm عمل می کرد، انجام شدند. اطلاعات تعادلی تک جزئی با استفاده از ایزوترمهای جذب سطحی لانگمویر، فروندلیش، ردلیش- پترسون، تمکین و تات آنالیز شدند. پارامترهای مشخصه برای هر ایزوترم و ضرایب همبستگی مربوطه با استفاده از نرم افزار MATLAB7.1 تعیین شدند. فرآیندهای سینیتیکی جذب سطحی آهن بر روی  BGHبا بکارگیری معادلات سرعت شبه مرتبه اول و شبه مرتبه دوم توصیف گردیدند. اطلاعات سینیتیکی برای فرآیند جذب سطحی از معادلات سرعت شبه مرتبه دوم پیروی کرد. BGH بررسی شده در این تحقیق، توانایی بالایی را برای حذف آهن از محلول آبی نشان داد.

کلمات کلیدی: آهن(III) ، جاذب، جذب سطحی ناپیوسته، ایزوترمهای جذب سطحی، سنیتیک

جذب سطحی یونهای آهن (III) از محلول آبی

مقدمه

حذف فلزات سنگین نظیر Pb، Fe، Cr، Cd،  Coو غیره از آب های زیرزمینی و صنعتی در کشورهای فقیر که منابع آبی محدودی دارند، موضوع پر اهمیتی است. از میان این يونها، یونهاي آهن به عنوان یکی از فلزات سنگین توجه گسترده محققین را به خود جلب کرده است. این یونها در تعدادی از صنایع تولیدی نظیر پرداخت فلزات و لوله گالوانیزه یافت می شوند[1]. وجود یون های آهن سبب بروز مشکلاتی برای محیط زیست و سلامتی انسان مي شود[2–3].

بطور کلی، روشهای تکنولوژیکی مختلفی برای حذف یونهای فلزی سنگین از آب و پساب وجود دارند از جمله استخراج سیال فوق بحرانی[4]، فرآوری زیستی[5] و اکسایش با عامل اکسنده[6]. با این وجود، اغلب این تکنولوژی ها یا بسیار گران قیمت هستند یا از نظر کاهش مقادیر یونهای فلزی در جریانهای آبی تا غلظتی که مورد نیاز قانون حکومتی(دولتی) می باشد، بسیار ناکافی اند. از میان این روشها، جذب سطحی یک تکنولوژی کم هزینه است و اجرای آن ساده می باشد[7-10]. فرآیند جذب سطحی معمولا از مواد آلی یا معدنی طبیعی که بطور ویژه فراوان و ارزان قیمت هستند، استفاده می کند. از جمله این مواد، ماده سلولزی عامل دار شده[11]، خاک اره[12]، پسماند ليگنين[13-14]، پوست پرتقال و پوست موز پلیمریزه شده[15]، پشم[16]، پسمانده سیب[17]، پوست کاج[18]، پوست هسته خرما[19]، چوب ذرت[20]، پوست بادام زمینی[21-24] می باشند.

هدف اصلی این تحقیق، توسعه جاذبهای یونهای فلزی ارزان قیمت و موثر از منابع فراوان پسابهای طبیعی نظیر پوست نخود بنگالی می باشد تا این جاذبها را به عنوان جایگزین هایی برای مواد تجاری موجود پیشنهاد نماید. در مقاله حاضر، پوست نخود بنگالی به علت داشتن خواص جذبی (III)Fe مورد آزمایش قرار گرفته است. اثر پارامترهای تجربی نظیرpH اولیه محلول، زمان تماس، مقدار جاذب، غلظت اولیه آهن در دمای30⁰C بررسی شده است. فرآیند جذب سطحی از نقطه نظرهای ایزوترمی و سینیتیکی مورد مطالعه قرار گرفته است.

جذب سطحی یونهای آهن (III) از محلول آبی

مواد و روشها

جاذب

پوست نخود بنگالی(چانادالChanna dal)، پوست دانه سیسر آرینتینیوم(Cicer arientinum) از دستگاه آسیاب جداساز دانه علاف، تامیلنادو، هند، جمع آوری شد. این پوست یک ماده پسمانده است که دور ریخته می شود یا به عنوان خوراک گاو مصرف میشود. BGH بطور زیاد با آب جاری شیر شستشو داده شد تا ناخالصی های آن خارج شوند. پس از این کار، با آب مقطر شستشو داده شد و بر روی یک میز تمیز پهن شد تا خشک شود. BGH خشک شده با آسیاب برقی خرد شد. ذرات BGH پس از خرد شدن، الک شدند و از روی اندازه داخل کیف پلاستیکی ذخیره شده و آماده استفاده شدند.

جذب شونده

تمام مواد شیمیایی مورد استفاده دارای خلوص آزمایشگاهی بودند. محلول ذخیره(مادر) آهن(III) بوسیله حل کردن Fe₂(SO₄)₃ , 9H₂O در آب دو تقطیره تهیه گردید. محدوده غلظتی آهن تهیه شده از محلول ذخیره بین10  و  100 mg/l  تغییر می کرد.

جذب سطحی یونهای آهن (III) از محلول آبی

آنالیز

غلظت های آهن در محلول ها قبل و بعد از تعادل با اسپکترومتر جذب اتمی پرکین- المر3100 تعیین گردید. pH محلول با یک pH متر هانا(Hanna) که از یک الکترود
شیشه ای ترکیبی استفاده می کرد، اندازه گیری شد.

آزمایش جذب سطحی

آزمایش جذب سطحی ناپیوسته با تماس دادن 2 گرم BGH انتخاب شده با  100 ml  محلول آبی با غلظتهای اولیه متفاوت( 10  تا   100 mg/l ) در pH های مختلف محلول انجام شدند. این آزمایشها به مدت یک ساعت در یک شیکر با عملکرد مچی با سرعت 120 rpm  با استفاده از فلاسکهای ارلن مایر ml 250 محتویml 100 از غلظتهای مختلف آهن در دمای اتاق(30⁰C ) انجام شدند. در طی دوره های آزمایش برای انتقال جرم بهتر با مساحت بین سطحی تماس بالا، اختلاط مداوم بوسیله سرعت به همزدن ثابت 120 rpm فراهم گردید. غلظت آهن باقیمانده در هر نمونه پس از جذب سطحی در فواصل زمانی مختلف بعد از صاف کردن (فیلتر کردن) جاذب با کاغذ صافی GF/A واتمن برای آزاد ساختن جاذب، توسط   AASتعیین گردید. غلظت آهن باقیمانده در فاز جاذب بر اساس رابطه(1) محاسبه گردید :

نتایج و بحث

اثر pH

به منظور ارزیابی اثر  pHاولیه بر حذف یونهای(III)Fe از محلول آبی، چندین آزمایش در مقادیر  pHاولیه مختلف که از 0.5  تا 3  تغییر می کرد و در دمای اتاق (30⁰C ) انجام شد. در این تحقیق، غلظت اولیه یونهای (III)Fe به صورت 50 mg/l   انتخاب شد و سرعت شیکر در 120 rpm  ثابت شد. مقدار پودر BGH به صورت2گرم برای 100 ml محلول در نظر گرفته شد. شکل 1 بازده حذف یونهای(III)Fe  را در برابر pH اولیه در دمای اتاق(30⁰C )   نشان می دهد. می توان مشاهده کرد که بازده حذف با افزایش pH اولیه افزایش می یابد. و در حدود 2/0= pH تقریبا به یک مقدار اوج میرسد و سپس با  افزایش pH اولیه کاهش
می یابد. پس بازده حذف بهینه(III)Fe در 2/0= pH روی میدهد. این نتیجه با جاذ بهای پوست تخم مرغ و کیتين[25-26] بطور قابل توجهی سازگار است. در  pHپایین، غلظت پروتون بالاست، بنابراین سایتهای پیوندی یونهای آهن دارای بار مثبت می شوند و سپس کاتيونهای فلزی و پروتونها برای سایتهای پیوندی پودر BGH رقابت می کنند که به جذب پایین تر یونهای آهن منجر می شود. هنگامی که  pHدر محدوده از  0.5تا 2  افزایش می یابد، غلظت پروتون موجود در محلول کاهش خواهد یافت و بنابراین فرصتی برای رقابت با یونهای آهن روی سایتهای حذبی پودر BGH نخواهد یافت و بنابراین جذب بیشتر یونهاي (III)Fe را تسهیل می کند. پس از 2/0= pH، هنگامی که pH افزایش می یابد، بازده حذف کاهش پیدا می کند كه چنين نتيجه گرفته مي شود كه هيدروكسيد آهن نامحلول شروع به رسوب كردن از محلول مي كند .بنابراين، در اين مقادير pH، هم جذب سطحي و هم رسوب گذاري مكانيسم هاي مؤثر براي حذف (III)Fe در محلول آبي مي باشند.كاتيون هاي آهن در محلول آبي به محصولات هيدروليز مختلف تبديل مي شوند.

اثر مقدار جاذب

اثر مقدار جاذب در دماي اتاق با تغيير دادن مقادير جاذب اثر 5  تا 30 g/l  براي غلظت اوليه آهنmg/l 50در pH=2، همانگونه كه در شكل 2 نشان داده شده، مورد مطالعه قرار گرفت. از اين شكل مي تواند مشاهده شود كه در ابتدا با افزايش مقدار جاذب، در صد حذف به صورت بسيار تند افزايش مي يابد اما بعد از مقدار معين20 g/l، در صد حذف تقريبابه يك مقدار ثابت ميرسد.اين تمايل قابل انتظار است زيرا هنگامي كه مقدار جاذب افزايش مي يابد، تعداد ذرات جاذب افزايش پيدا مي كند و بنابراين يونهاي آهن بيشتري به سطوح آنها متصل ميشوند. هنگامي كه مقدار جاذب از 5 تا 20g/l افزايش مي يابد، افزايش قابل توجه جذب مشاهده مي شود. هر افزايش بيشتر جاذب بعد از اين، سبب تغيير قابل توجه جذب سطحي نمي شود. در مقدار جاذب 20 g/l   بيشينه حذف مشاهده مي گردد.

اثر زمان تماس

جذب سطحي آهن در زمان تماس معين براي چهار غلظت اوليه مختلف از 10 تا 100mg/l اندازه گيري شد.از نمودار شكل 3 چنين آشكار ميشود كه سرعت در صد حذف آهن در آغاز بالاتر است. اين امر احتمالا به علت مساحت سطح بزرگتر پودر BGH كه در آغاز براي جذب سطحي يونهاي آهن در دسترس است، مي باشد.  هنگامي كه سايتهاي جذب سطحي مصرف مي شوند، سرعت جذب بوسيله سرعتي كه در آن، جذب شونده از سايتهاي بيروني به سايتهاي داخلي ذرات جاذب منتقل مي شود، كنترل مي گردد. اغلب در صد حذف بيشينه آهن پس از 60 دقيقه به هم زدن در غلظتهاي متفاوت حاصل مي شود. افزايش زمان تماس، جذب سطحي آهن را افزايش مي دهد و پس از آنكه تعادل در غلظتهاي اوليه متفاوت در زمان 30 دقيقه حاصل مي شود، ثابت باقي مي ماند.

اثر غلظت اوليه 

اثر غلظت اوليه آهن در محدوده 10 تا 100mg/l بر جذب سطحي مورد بررسي قرار گرفته و در شكل 4 نشان داده شده است. از اين شكل به وضوح بر مي آيد كه درصد حذف آهن با افزايش غلظت اوليه آهن كاهش مي یابد. غلظت اوليه آهن، نيروي محركه لازم براي غلبه بر مقاومت در برابر انتقال جرم آهن بين فاز آبي و فاز جامد را فراهم مي سازد. افزايش غلظت اوليه آهن، بر همكنش بين آهن و پودر BGH را نيز بالا مي برد. بنابراين افزايش غلظت اوليه آهن، درصد جذب سطحي آهن را افزايش مي دهد. اين امر به علت افزايش نيروي محركه شیب غلظتی در هنگام افزایش غلظت اولیه آهن می باشد. در حالیکه درصد حذف آهن برای غلظت اولیه  10 mg/l ، 90.25% است، اين مقدار براي غلظت اوليه 100 mg/l ،
 53.71% مي باشد.

ایزوترمهای جذب سطحی

ظرفیت ایزوترم جذب سطحی یک فاکتور اساسی است و در تعیین بیشینه ظرفیت جذب سطحی نقش مهمی ایفا می کند. این فاکتور دور نمایی از رشته  در نظر گرفته شده بوسیله سیستم تحت مطالعه به شکل مختصر را نیز فراهم می سازد و نشان دهنده آنست که چگونه یک جاذب به نحو مؤثری جذب خواهد کرد و تخمینی از حیات اقتصادی در کاربردهای تجاری جاذب برای یک حل شونده خاص را امکانپذیر می سازد.

سينتيك جذب سطحي

به منظور بررسي مكانيسم كنترل كننده فرايندهاي جذب سطحي نظير انتقال جرم و واكنش شيميايي، براي مدل بندي سينتيك جذب سطحي آهن بر روي پودر BGH ، معادلات شبه مرتبه اول و شبه مرتبه دوم بكار برده شدند. معادله سرعت شبه مرتبه اول به صورت زير ارائه مي شود (33):

نتيجه گيري

تحقيق حاضر نشان مي دهد كه پودرBGH يك جاذب مؤثر براي حذف يونهايFe(III)  از محلولهاي آبي مي باشد. از اين نكته معلوم شد كه جذب سطحي آهن بر روي پودر BGH به pH ، زمان تماس، غلظت اوليه و مقدار جاذب وابسته است. درصد حذف (III) Fe با افزايش مقدار جاذب افزايش مي يابد و با  افزايش غلظت اوليه آهن كاهش مي يابد. اطلاعات تعادلي با استفاده از ايزوترمهاي لانگموير، فروندليش، ردليش – پترسون، تات و تمكين تجزيه و تحليل شده است. پارامترهاي مشخصه براي هرايزوترم و ضرايب همبستگي مربوطه با استفاده از نرم افزار MATLAB 7.1 تعيين شده اند. اطلاعات تجربي حاصله با ترتيب ايزوترمهاي زير بر اساس مقادير ضرايب همبستگي آنها تطابق عالي دارند:

فروندليش > ردليش – پترسون >تات>لانگموير > تمكين  

از سنيتيك مطالعه شده مشاهده شد كه جذب سطحي (III) Fe در مرحله آغازين بسيار سريع است و هنگامي كه به تعادل نزديك مي شود، كاهش مي يابد. مناسبت (قابليت مناسب بودن) مدل شبه مرتبه اول و شبه مرتبه دوم با رفتار ديناميكي براي جذب سطحي آهن بر روي پودر BGHدر غلظتهاي اوليه متفاوت آهن در تمام محدوده مطالعه شده، توافق خيلي خوبي دارد. جذب سطحي (III) Fe با همبستگي خوبي از معادله شبه مرتبه دوم پيروي مي كند.

جذب سطحی یونهای آهن (III) از محلول آبی