مطالعه سینتیکی حذف رنگ اسید بلو 25 و راکتیو رد 120 با استفاده از روش توام جذب با گرافین اکساید و الکتروکولاسیون

رنگ های سنتتیک به عنوان یکی از مشکلات اساسی از نظر زیست محیطی محسوب میگردد. به خاطر اینکهاین نوع رنگ ها ممکن است در اثر تجزیه به محصولات سمی تبدیل گردند (1-3). میزان تولید رنگ 700هزار تا یک میلیون تن تحمین زده می شود(4) که در صنایع متعدد نظیر تولید مواد آرایشی , چرم , کاغذ ,  و صنایع نساجی مصرف می شود(5-6) . از بین این صنایع, صنعت نساجی بیش ترین مصرف رنگ را دارد و حجم زیادی فاضلاب با غلظت بالای رنگ در گستره ی 10تا 200 میلی گرم در لیتر تولید می کند (7). حدود 10 تا 20درصد از کل تولیدات جهانی رنگهادر طول فرآیندهای رنگ کاری از دست میرود و در جریان های فاضلاب رها میشود (8). این مواد رنگی از ساختار شیمیایی متفاوتی همچون اسیدی، قلیایی، ری اکتیو، دیسپرس، آزو، د یآزو، پایه آنتراکیون و رنگ های فلزی تشکیل شده اند(10-11). تخلیه فاضلاب های رنگی صنایع در آب های پذیرنده منجر به بروز پدیده اتریفیکاسیون و تداخل در اکولوژی آب های پذیرنده می شود(12). از نظر بهداشتی رنگ ها دارای خاصیت سرطان زایی  و جهش زایی بوده و می توانند باعث آلرژی و مشکلات پوستی نیز می شوند(13-14)عمدتاً مواد رنگزا دارای یک یا چند حلقه بنزنی می باشند که به دلیل سمی بودن و دیرتجزیه شدن ، چنانچه بدون تصفیه وارد محیط شوند، می توانند صدمات جبران ناپذیری به محیط زیست وارد کنند(15). تاکنون روش های مختلفی از جمله رو شهای بیولوژیک فرآیندهای غشایی  و فرآیندهای اکسیداسیون پیشرفته و سایر رو شها برای تصفیه اینگونه پسا بها مورد استفاده قرار گرفته است(16). اکثر مطالعاتی که در زمینه حذف رنگ صورت گرفته بر پایه فرایندهای  اکسیداسون پیشرفته  می باشد که علیرغم درصد بالای حذف رنگ در این فرآیندها تشکیل محصولات جانبی و هزینه آنها یک معضل محسوب می گردد(17). فرآیند جذب سطحی نیز یکی از معمو لترین فرآیندهای مورد استفاده در تصفیه آب و فاضلاب میباشد. معمولاً فرآیند جذب سطحی برروی کربن فعال انجام می‌گیرد.. که دارای ظرفیت و سطح جذب بالا میباشد. ولی  گران قیمت بوده و برای کاربرد آن نیاز به نیروی متخصص میباشد(18). در میان روشهای حذف، جذب فیزیکی، الکتروگواسیون، اسمز معکوس، اولترافیلتراسیون، انعقاد برای حذف رنگ استفاده شده است [12،24].

یکی از روش های دردسترس و با هزینه نسبتا پایین برای حذف آلاینده ها استفاده ازفرایند الکتروکواگولاسیون است این فرایند برای ناپایدارکردن ذرات سوسپانسیون، معلق و آلایندهای محلول می‌باشد. در این فرایند از جریان الکتریسیته برای پیشبرد تصفیه استفاده می شود. الکتروکواگولاسیون از صفحات جفت شده فلزی تشکیل شده است که طبق اصول الکتروشیمی آند به عنوان اکسیدکننده و کاتد به عنوان احیاکننده عمل می‌کنند. در الکتروکواگولاسیون توسط فرایند الکتروشیمیایی عواملی مثل یون های آهن و آلمینیوم تولید می شوند که باعث خنثی شدن بارالکتریکی آلایندها و ذرات کلوئیدی و حذف آنها میشود. الکتروکواگولاسیون شامل انعقاد، لخته سازی و ته نشینی می باشد. نسبت به انعقاد معمولی دارای چندین مزیت است که از آن می توان به بهره برداری ساده، مقدار کم لجن تولیدی، حذف سریع آلایندهای آلی از فاضلاب اشاره کرد و همچنین فلوک هایی که طی فرایند الکتروکواگولاسیون تشکیل می شوند نسبتا بزرگتر، پایدارتر و حاوی مقدارکمتری آب می باشند و به آسانی حذف می شوند (23و24).

بنابراین با توجه به اهمیت و مشکلات زیست محیطی که فاضلابهای رنگی به دنبال دارد و کارایی بالای فرایند الکتروکواگولاسیون در تصفیه آلاینده‌ها هدف از این مطالعه بررسی کارایی حذف اسید بلو 25 از محلول‌های آبی با استفاده از فرایند الکتروکواگولاسیون می‌باشد.

1.   مطالعه ای که توسط فریده نبی زاده و همکاران در سال 1395و با عنوان کارایی روش پاسخ سظح در بهینه سازی حذف رنگزای مالاشیت سبز با استفاده از زئولیت طبیعی انجام شد پارامترهایی مانند PH  ،مقدار جاذب ،غلظت اولیه رنگزا و زمان تماس بررسی شد که حداکثر حذف رنگزا در PH =9 و مقدار غلظت اولیه رنگزا 45 میلی گرم در لیتر و مقدار جاذب 65 گرم و زمان تماس بهینه ی 80 دقیقه حاصل شد  . آنالیز آماری نشان داد که در محدوده ی مشخص شده PH  ومقدار جاذب اثر زیادی روی راندمان حذف  رنگ داشستند(17).
2. در مطالعه ای که توسط کاظم ندافی و همکاران در سال 1394و با عنوان حذف رنگ راکتیو قرمز 120 از مخلول های آبی بوسیله زئولیت طبیعی اصلاح شده با سورفکتانت  تاثیر پارامترهای زمان تماس ، PH ، غلظت اولیه رنگ راکتیو 120 ،و مقدار جاذب مورد بررسی قرار گرفت . نتایج نشان داد که در زمان تماس 90 دقیقه با افزلیش غلظت از 25 به 100 میلی گرم در لیتر میزان جذب از 2.47 به 5.1 میلی گرم درگرم افزایش می یابد وظرفیت جذب رنگ در PH  ،3، 5، 7،و9 به ترتیب 4.68 ،4.59 ،4.52 ،و 3.69 است . در غلظت ثابت 75 میلی گرم در لیتر با افزلیش دوز جاذب از104 به 3 گرم میزان جذب آلاینده در واحد جرم جاذب از 5.21 به 2.45 میلی گرم در گرم کاهش می یابد داده ها نشان داد که ایزوترم جذب لانگمیر و سنتیک جذب نیز درجه دو است نتایج این مطالعه نشان داد که زئولیت ایرانی اصلاح شده با سورفکتانت در مقایسه با زئولیت های سایر نقاط جهان کارایی خوبی در حذف رنگ راکتیو قرمز 120 دارد . باتوجه به در دسترس بودن و سادگی اصلاح می توان این زئولیت را برای حذف رنگ از فاضلاب به کار برد (18).
3.  در مطالعه ای که توسط ملکی درسال 1393با عنوان حذف رنگ زای راکتیو آبی 19 با استفاده از زئولیت طبیعی و اصلاح شده انجام شد نتایج نشان داد که جذب از سنتیک کاذب درجه یک پیروی می کند و زئولیت خام ظرفیت پایینی در جذب رنگزا داشته ولی یا اصلاح زئولیت توسط اسید این ظرفیت زیاد شده وتاثیر اسید سولفوریک در اصلاح زئولیت جهت جذب رنگ بیشتر از اسید فسفریک بوده وزمانی که از زئوایت اصلاح شده با نسبت سیلیس به آلومین 7.5  در زمان تماس 3 ساعت استفاده شده راندمان حذف رنگزا در محدوده ی72 تا 41 درصد بدست آمده است (25).
4. در مطالعه ای که توسط مریدی در سال 97با هدف بررسی کارایی فرایند الکتروفنتون در حذف آنتی بیوتیک تتراسایکلین از فاضلاب های بیمارستانی انجام گرفت  . تأثیر عوامل مؤثر در فرایند الکتروفنتون در حذف تتراسایکلین شامل نوع و غلظت الکترولیت، pH محلول، غلظت اولیه تتراسایکلین، دانسیته جریان، غلظت پراکسید هیدروژن، زمان واکنش و فاصله بین الکترودها بر راندمان حذف تتراسایکلین و میزان انرژی مصرفی مورد بررسی قرار گرفت مطابق با نتایج به دست آمده فرایند الکتروفنتون طراحی شده، روش  بسیار مناسبی برای حذف تتراسیکلین از فاضلاب های آلوده از جمله فاضلاب های بیمارستانی، با کمترین میزان مصرف انرژی و با راندمان بالا می باشد(26) 
5. در مطالعه ای که توسط یزدانی  در سال 96با هدف ارزیابی عملکرد فرآیند تلفیقی اولتراسونیک/ تابش فرابنفش در حذف آنتی بیوتیک تتراسایکلین از محلول های آبی با استفاده از روش سطح پاسخ انجام گرفت در این مطالعه تابش فرابنفش و اولتراسونیک در بهترین شرایط به ترتیب 16 و 32 درصد راندمان در حذف این آلاینده داشتند. با به کارگیری همزمانU S /U V ، کارایی حذف آنتی بیوتیک افزایش یافت و بهترین راندمان در pH=4.5، غلظت اولیه آنتی بیوتیک 10 mg/l و توان ورودی 240 وات حاصل شد. از فرآیند تلفیقی اولتراسونیک/ تابش فرابنفش می توان به عنوان یک فرآیند موثر برای حذف آنتی بیوتیک تتراسایکلین از محلول های آبی استفاده کرد(20)

1. درصد حذف  اسید بلو 25  برحسب pH در فرایند الکتروکواگولاسیون از محلول های آبی چقدر است؟
2. درصد حذف  اسید بلو 25  برحسب غلظت اولیه رنگ در فرایند الکتروکواگولاسیون از محلول های آبی چقدر است؟
3. درصد حذف  اسید بلو 25 برحسب زمان تماس در فرایند الکتروکواگولاسیون از محلول های آبی چقدر است؟
4. درصد حذف  اسید بلو 25  برحسب ولتاژ در فرایند الکتروکواگولاسیون از محلول های آبی چقدر است؟
5. درصد حذف اسید بلو 25 برحسب شدت جریان در فرایند الکتروکواگولاسیون از محلول های آبی چقدر است؟
6. درصد حذف اسید بلو 25 برحسب فاصله بین الکترودها در فرایند الکتروکواگولاسیون از محلول های آبی چقدر است؟

روش الکتروگولاسیون برای حذف رنگ اسید بلو 25 و اسید بلو 80 و بررسی پارامترهای موثر

1. تعیین درصد حذف اسید بلو 25  اسید بلو 80برحسب  pH در فرایند الکتروکواگولاسیون از محلول های آبی.
2. تعیین درصد حذف اسید بلو 25   اسید بلو 80برحسب غلظت اولیه اسید بلو 25  در فرایند الکتروکواگولاسیون از محلول های آبی.
3. تعیین درصد حذف اسید بلو 25   اسید بلو 80برحسب زمان تماس در فرایند الکتروکواگولاسیون از محلول های آبی.
4. تعیین درصد حذف اسید بلو 25   اسید بلو 80برحسب ولتاژ در فرایند الکتروکواگولاسیون از محلول های آبی.
5. تعیین درصد حذف اسید بلو 25  اسید بلو 80 برحسب شدت جریان در فرایند الکتروکواگولاسیون از محلول های آبی.
6. تعیین درصد حذف اسید بلو 25  اسید بلو 80برحسب فاصله بین الکترودها  در فرایند الکتروکواگولاسیون از محلول های آبی.

1. وزارت نیرو، شرکت آب و فاضلاب

رنگهای اسیدی : این رنگها نمکهای سدیم ، اسیدهای سولفونیک و کربوکسیلیک هستند و برای الیاف سلولزی نامناسب‌اند. اما برای الیاف پروتئینی و پلی‌آمیدی مناسب‌اند.

تجربی ازمایشگاهی

جامعه مورد مطالعه :  محلول‌های سنتتیک حاوی غلظت‌های مختلف  اسید بلو 25

معیارهای ورود : نمونه سنتتیک شده حاوی غلظت‌های اسید بلو 25  باشد.

نمونه‌ها به صورت سنتتیک در شرایط آزمایشگاهی تهیه می‌شود و غلظت نهایی رنگ اسید بلو 25 موجود در نمونه‌ها در انتهای فرایند اندازه‌گیری خواهد شد.

1. پس از اتمام فرایند هر نمونه مورد ازمایش ازکاغذ صافی واتمن و سپس از فیلتر سرنگی عبور داده می شود سپس مقدار جذب رنگ اسید بلو 25 با استفاده از دستگاه اسپکتروفتومتر قرائت خواهد شد و با توجه به میزان درصد حذف کارایی فرایند تعیین خواهد شد.

این تحقیق یک مطالعه تجربی در مقیاس آزمایشگاهی است که در یک سیستم بسته به‌صورت طرح پایلوت به انجام خواهد رسید. پودر رنگ با درجه خلوص 5/99درصد، پرسولفات سدیم و سایر مواد شیمیایی مورد مصرف را تهیه می‌کنیم. محلول استوک رنگ اسید بلو  با غلظت500 میلی گرم در لیتر از حل کردن 5/0 گرم پودر رنگ اسید بلو در1000میلی لیتر آب مقطر آماده و غلظت‌های مورد نظر از محلول استوک تهیه خواهد شد. آزمایشات به صورت ناپیوسته و با تغییر فاکتورهای pH، غلظت اولیه رنگ اسید بلو ، زمان تماس و ولتاژ صورت می‌گیرد. . انجام آزمایشات به صورت بهینه خواهد بود یعنی به این صورتی که با ثابت قرار دادن متغیرهای غلظت اولیه رنگ اسید بلو ، زمان تماس و ولتاژ و با متغیر گرفتن pH ، بهینه آن بدست خواهد آمد. جهت تعیین pH بهینه، متغیرهای غلظت رنگ اسید بلو 50 میلی­گرم بر لیتر، زمان ثابت 30 دقیقه و تحت ولتاژ 30 وات در نظر گرفته می­شود سپس pH با استفاده از اسید­سولفوریک و سدیم هیدروکسید توسط pH­ متردر پنج سطح 3و5و7و9و 11تنظیم می­شود و پس از تنظیم شرایط مورد نظر نمونه ها در راکتور قرار میگیرد. در این روش از یک راکتور الکتروشیمیایی در مقیاس آزمایشگاهی باحجم 500 میلی لیتر استفاده می شود. تعداد 4 الکترود که شامل2عدد آند و2 عدد کاتد به ابعاد 10*30 سانتی متر و به ضخامت 2 میلی متر و به فاصله 2 سانتی متر از هم در داخل محفظه تعبیه خواهد شد. الکترودها با روش مونوپولار به مولد جریان الکتریسیته از نوع مستقیم وصل میشوند که توانایی تولید جریان 6 آمپر و میزان ولتاژ30ولت را خواهد داشت.

درفرایند الکتروکواگولاسیون یون های مسئول انعقاد در محل تولید می شوند و فرایند شامل مراحل پشت سرهم زیر است:

1_انحلال آندقربانی

2_تشکیل OH,H2درکاتد

3_انجام واکنش های الکترولیتیکی درسطوح الکترود

4_تشکیل پلیمرها و مونومرهای مسئول ناپایدارسازی کلوئیدها

5_حذف کلوئید توسط ترسیب و شناورسازی

 پس از اتمام زمان موردنظر حجم مشخصی از نمونه را سانتریفیوژ کرده و پس از عبور از فیلتر سرنگی (یا کاغذ صافی) با دستگاه اسپکتروفتومتر اندازه­گیری می­شود، به این صورت در مرحله بعد با متغیر گرفتن غلظت رنگ اسید بلو آزمایشات پیش خواهد رفت در نهایت بهینه کلیه متغیرها بدست خواهد آمد. جهت اندازه گیری میزان رنگ اسید بلو خروجی، از دستگاه اسپکتروفتومتری با استفاده از طول موج حداکثر جذب استفاده خواهد شد. کلیه آزمایشات در دمای محیط آزمایشگاه انجام خواهد گرفت.

 درصد راندمان حذف رنگ = ((C0-C1)/C0)×100

C0: غلظت اولیه رنگ                               

C1: غلظت خروجی رنگ

1. پس از اتمام فرایند هر نمونه مورد ازمایش از فیلتر سرنگی عبور داده می شود سپس مقدار جذب آلاینده با استفاده از دستگاه اسپکتروفتومتر قرائت خواهد شد و با توجه به میزان درصد حذف، کارایی فرایند های انجام شده تعیین خواهد شد و نمودارهای مربوطه در نرم افزار excel رسم و مقدار بهینه هر متغیر تعیین میشود.

در این طرح کد شماره 9  دفترچه   راهنمای عمومی اخلاق در پژوهش‌های علوم پزشکی دارای آزمودنی انسانی که مربوط به حفاظت از محیط زیست می باشد رعایت خواهد شد همچنین کدهای شماره  11 و 30 و 31 مربوط به ائین نامه اخلاقی پژوهش مروبط به همین راهنمای عمومی اخلاق در پژوهش‌های علوم پزشکی دارای آزمودنی انسانی رعایت خواهد شد.

در پژوهش‌های پزشکی که ممکن است به محیط زیست آسیب برسانند، باید احتیاط‌های لازم در جهت حفظ و نگهداری و عدم آسیب رسانی به محیط ریست انجام گیرد.

1. کمیته‌ی اخلاق در پژوهش علاوه بر بررسی و تصویب طرح‌نامه و دستورالعمل، این حق را دارد که طرح‌‌ها را در حین و بعد از اجرا را از نظر رعایت ملاحظات اخلاقی مورد پایش قرار دهد. اطلاعات و مدارکی که برای پایش از سوی کمیته‌ی اخلاق درخواست می‌شود، باید از سوی پژوهشگران در اختیار این کمیته گذاشته شود.
2. گزارش‌ها و مقالات حاصل از پژوهش‌هایی که مفاد این راهنما را نقض کرده‌اند، نباید برای انتشار پذیرفته شوند.
3. روش پژوهش نباید با ارزش‌های احتماعی، فرهنگی و دینی جامعه در تناقض باشد.

ندارد

1. Afkhami A, Saber-Tehrani M, Bagheri H. Modified Maghemite Nanoparticles as an Efficient Adsorbent for Removing some Cationic dyes from Aqueous Solution. Desalination. 2010; 263: 240-8. [Crossref]

2. Yousuf M, Mollah A, Gomes JA, Das KK, Cocke DL. Electrochemical Treatment of OrangeII Dye Solution-use of Aluminum Sacrificial Electrodes and Floc Characterization. J Hazard Mater. 2010; 174: 851-8. [Crossref]

3. Balarak D, Mahdavi Y. Experimental and Kinetic Studies on Acid Red 88 Dye (AR88) Adsorption by Azolla Filiculoides. Biochem & Physiol. 2016; 5(1): 1-5. [Crossref]

4. Uddin MT, Islam MA, Mahmud S, Rukanuzzaman M. Adsorptive Removal of Methylene Blue by Tea Waste. J Hazard Mater. 2009; 164: 53-60. [Crossref]

5. Gao H, Zhao S, Cheng X, Wang X, Zheng L. Removal of Anionic azo Dyes from Aqueous Solution Using Magnetic Polymer Multi-Wall Carbon Nanotubes Nanocomposite as Adsorbent. Chem Eng J. 2013. 223: 84-90. [Crossref]

6. Pavan FA, Lima EC, SDias SLP, Mazzocato AC. Methylene Blue Biosorption from Aqueous Solutions by Yellow Passion Fruit Waste. J Hazard Mater. 2008; 150: 703-12. [Crossref]

7. Balarak D, Jaafari J, Hassani G, Mahdavi Y, Tyagi I, Agarwal S, Gupta VK. The Use of Low-Cost Adsorbent (Canola Residues) for the Adsorption of Methylene Blue from Aqueous Solution: Isotherm, Kinetic and Thermodynamic Studies. Colloids and Interface Sci Commun. 2015; 7: 16-9. [Crossref]

8. Kuo CY, Wu CH, Wu JY. Adsorption of Direct dyes from Aqueous Solutions by Carbon Nanotubes: Determination of Equilibrium, Kinetics and Thermodynamics Parameters. J Colloid Interface Sci. 2008; 327(2): 308-15. [Crossref]

9. Assadi A, Soudavari A, Mohammadian M. Comparison of Electrocoagulation and Chemical Coagulation Processes in Removing Reactive red 196 from Aqueous Solution. J Hum Environ Health Promot. 2016; 1 (3): 172-82. [Crossref]

10. Deniz F, Karaman S. Removal of Basic Red 46 Dye from Aqueous Solution by Pine Tree Leaves. Chem Eng J. 2011; 170(1): 67-74. [Crossref]

11. Gök Ö, Özcan AS, Özcan A. Adsorption Behavior of a Textile Dye of Reactive Blue 19 from Aqueous Solutions onto Modified bentonite. Appl Surf Sci. 2010; 256(17): 5439-43. [Crossref]

12. Balarak D, Joghataei A, Azadi NA, Sadeghi S. Biosorption of Acid Blue 225 from Aqueous Solution by Azolla Filiculoides: Kinetic and Equilibrium Studies. Am Chem Sci J. 2016; 12 (2): 1-10. [Crossref]

13. Akar T, Ozcan AS, Tunali S, Ozcan A. Biosorption of a Textile Dye (Acid Blue 40) by Cone Biomass of Thuja Orientalis: Estimation of Equilibrium, Thermodynamic and Kinetic Parameters. Bioresour Technol. 2008; 99(8): 3057-65. [Crossref]

14. Arami M, Limaee NY, Mahmoodi NM. Evaluation of the Adsorption Kinetics and Equilibrium for the Potential Removal of Acid Dyes Using a Biosorbent. Chem Eng J. 2008; 139(1): 2-10. [Crossref]

16. Assadi A, Soudavari A, Mohammadian M. Comparison of Electrocoagulation and Chemical Coagulation Processes in Removing Reactive red 196 from Aqueous Solution. J Hum Environ Health Promot. 2016; 1 (3): 172-82.

17. Chafi M, Gourich B, Essadki AH, Vial C, Fabregat A. Comparison of electrocoagulation using iron and aluminum electrodes with chemical coagulation for the removal of a highly soluble acid dye. Desalination. 2011; 281: 285-292.
18. Kamaraj R, Vasudevan S, Evaluation of electrocoagulation process for the removal of strontium and cesium from aqueous solution. Chem Engine Res Des. 2015; 93; 522-530.
19. Sengil IA, Ozacar M. The decolonization of C.I. Reactive Black 5 in aqueous solution by Electrocoagulation using sacrificial iron electrodes. J Hazard Mater. 2009; 161(2-3): 1369–76.
20. Khandegar V, Saroha AK. Electrocoagulation for the treatment of textile industry Effluent–A review, J Environ manage. 2013; 128; 949-963.
21. Barışçı S, Turkay O. Optimization and modeling using the response surface methodology (RSM) for ciprofloxacin removal by electrocoagulation. Water Sci Techno. 2016; 73; 1673-1679.
22. Parsa JB, Panah TM, Chianeh FN. Removal of ciprofloxacin from aqueous solution by continuous flow electro-coagulation process. Korean J Chem Eng. 2016; 33; 893-901.
23. Daneshvar N, Khataee AR, Amani AR, Rasoulifard MH. Decolonization of C.I. Acid Yellow 23 solution by electrocoagulation process: investigation of operational parameters and evaluation of specific electrical energy consumption (SEEC). J Hazard Mater. 2007; 148(3):566-72.
24. Can OT, Bayramoglu M, and Kobya M. Decolonization of reactive dye solutions by electro-coagulation using aluminum electrodes. Ind Eng Chem Res. 2003; 42(14):3391-6.
25. Basiri Parsa J, Rezaei Vahidian H, Soleymani AR, Abbasi M. Removal of Acid Brown 14 in aqueous media by electrocoagulation: Optimization parameters and minimizing of energy consumption. Desalination. 2011; 278(1-3): 295–302.
26. Nezamaldin D, Hossien AS, Tizpar A, Decolorization of Orange II by Electrocoagulation Method, Separation and Purification Technology. 2003; 31 (2): 153-162.

ندارد