جذب رنگ اسید بلو از محلولهای سینتیک توسط نانولوله کربنی تک جداره و چند جداره

در سال های اخیر با افزایش جمعیت ، گسترش صنایع مختلف ، کشاورزی و کمبود آب سالم در جهان ، تصفیه وبازیابی مجدد آب های مصرفی اهمیت ویژه ای پیدا کرده است (1و2) .یکی از دلایل عمده آلودگی آب ها تخلیه پساب مواد رنگزا به محیط های آبی است که  یک معضل بزرگ  جهانی میباشد (3).مقدار رنگ تولیدی در جهان تقریبا یک میلیون تن براورشده است که بیشترین سهم مصرف را صنایع مختلف نظیر تولید لوازم آرایشی بهداشتی ، چرم ، کاغذ و صنایع نساجی به خود اختصاص داده اند مصرف این ترکیبات در فرایند های صنعتی حجم زیادی از پساب های رنگی را تولید می کنند که از لحاظ زیست محیطی تصفیه این نوع فاضلاب الزامی می باشد (4). از خواص مخرب رنگ ها  می توان به جهش زایی ، سرطان زایی وآسیب به محیط زیست اشاره کرد (5و6) ، لذا باید قبل از تخلیه فاضلاب این صنایع ، آلاینده های رنگی تصفیه شوند (7) . وجود آلاینده های رنگی در مقادیر کمتر ازیک میلی گرم در لیتر قابل رویت و حائز اهمیت است (8). میزان تولید رنگ سنتزی مورد استفاده در صنایع مختلف سالانه در جهان به بیش از ده هزار نوع میرسد (5و9).  رنگ ها را بر اساس کاربردی که دارند به انواع راکتیو ، وات ، دایرکت ،اسیدی ، کاتیونی و دیسپرس تقسیم می کنند (10). از بین فرایند های فیزیکی و شیمیایی مختلف از فرایند جذب به عنوان یک تکنیک موثر در حذف رنگ از فاضلاب استفاده می شود (11). بر اساس مطالعات متعددی که انجام شده است از روش ها و فرایند های فیزیکی ، شیمیایی ، بیولوژیکی و یا روش های تلفیقی برای حذف رنگ فاضلاب می توان بهره برد از آنجا که رنک ها در برابر تجزیه بیولوژیکی مقاوم هستند برای حذفشان اغلب از روش های فیزیکی و شیمیایی نظیر انعقاد و لخته سازی ، جذب سطحی ، اکسیداسیون و فرایندهای غشایی استفاده می شود (12و13 و 14 ). به دلیل دارا بودن خاصیت سمی رنگها در روش جذب بیولوژیکی اختلال به وجود می اید اما در دیگر روش های جذب رنگ در محیط های کاربردی ، پیچیدگی  و گستردگی اجرایی و هزینه های گزاف دیده میشود در محیط های آبی برای حذف آلاینده های سمی جذب سطحی مناسب ترین روش از میان روش های نامبرده است و مواد متفاوتی از قبیل کربن فعال (15) ، خاک رس(16) ،تفاله ذرت ، ملاس چغندر ،اکسی هیومیلیت (17 و 18) وزئولیت و بنتونیت (19) جهت حذف رنگ از پساب های رنگی به کار برده می شوند . کربن فعال به عنوان معروفترین جاذب از کارایی بالایی در جذب آلاینده های محیطی بر خوردار است اما به دلیل هزینه ی سنگین و سختی در ساخت وتولید محققین به دنبال کشف جاذب جدیدی هستند (20 و21و 22). 

نانولوله‌های کربنی (CNTs) لوله‌هایی هستند که از کربن ساخته شده و قطرهایی در حد نانومتر دارند. نانولوله‌های کربنی اغلب به نانولوله‌های کربنی تک‌جداره (SWCNT) با قطرهایی در محدوده یک نانومتر اشاره دارند. نانولوله‌های کربنی تک جداره یکی از دگرشکل‌های کربن است و واسطه‌ای بین فولرن و گرافن‌های مسطح است (24).

نانولوله‌های کربنی به نانولوله‌های کربنی چندجداره(MWCNT)  هم اشاره دارند که متشکل از نانولوله‌های کربنی تک‌جداره تو در تو هستند، که تحت اثر نیروهای ضعیف واندروالس در یک ساختار حلقه‌مانند درختی به هم متصل شده‌اند. این لوله‌ها بسیار شبیه لایه‌های کربن مستقیم و موازی اوبرلین، اندو و کویاما هستند که به صورت استوانه‌ای در اطراف یک لوله توخالی قرار گرفته‌اند. همچنین، نانولوله‌های کربنی چندجداره گاهی به نانولوله‌های کربنی دودیواره و سه‌دیواره اشاره دارد.  در سالهای اخیر استفاده از نانولوله برای حذف آلاینده کاربرد فراوانی داشته و می توان از آنها برای حذف رنگها نیز استفاده کرد

در این مطالعه جذب رنگ اسید بلو 88 با استفاده از نانولوله کربنی تک جداره و چند جداره  به وسیله یک سری آزمایشات مورد بررسی قرارخواهد گرفت و تاثیر عواملی مانند زمان تماس،  غلظت اولیه رنگ، میزان جاذب و pH  محاسبه خواهد  شد. همچنین ایزوترم وسنتیک نیز تعیین میگردند .

1. در مطالعه ای که توسط رمضانعلی دیانتی تیلکی با عنوان بررسی کارایی زئولیت کلینو پتیلیولایت در جذب رنگهای آزو،ری اکتیو رد 198 (RR -198 )، بازیک رد 18 (BR -18 ( و بازیک رد 46 (BR -46 ): تعین سنتیک و ایزوترم جذب انجام شد پارامترهایی مانند دوز جاذب ،غلظت اولیه رنگ ، PH، زمان جذب مورد بررسی قرار گرفت نتایج نشان داد که حداکثر میزان جذب با استفاده ازکلینوپتیولایت برای  رنگ های BR-18  و RR-198 در زمان تماس 90 دقیقه و برای رنگ BR-46 زمان تماس بهینه 120 دقیقه بوده است ،با افزایش میزان دوز جاذب راندمان حذف رنگ های کاتیونی به 99 درصد افزایش یافته وبهترین PH ،برای حذف رنگ های کاتیونی  9 بوده است در هر سه رنگ ایزوترم جذب پیرو معادله ی لانگمیر بوده وسرعت جذب سنتیک درجه دو داشته و با توجه به ارزان ودر دسترس بودن و تاثیر زیاد زئولیت در حذف رنگ های کاتیونی استفاده ازاین جاذب توجیه پذیر است(23).
2. در مطالعه ایی که توسط محمد حسن رخشانی وهمکاران در سال   1391  وبا عنوان حذف رنگ اسید بلاک 1 به روش حذب سطحی با اسفاده ازسنگ دولومیت و زئولیت از محلول های آبی انجام شد میزان حذف رنگ  اسید بلاک 1باغلظت 100 میلی گرم در لیتر در زمان های تماس 0.5 تا 3 ساعت بررسی شد راندمان حذف برای پودر زئولیت پس از زمان ماند 0.5 ساعت 15.4 درصد  و برای پودر دولومیت 1.1 درصد بوده است همچنین راندمان حذف در زمان های تماس 5،3 و 2.2 ساعت برای دولومیت 21.3 و 36.5 و 42 و برای زئولیت 42.5 ،48.1 و 47.6بوده است . زمان تماس 2 ساعت به عنوان زمان بهینه در نظر گرفته شد وبا افزایش وزن جاذب راندمان حذف زیاد شده و وزن جاذب 0.6 به عنوان وزن بهینه در نظر گرفته شده است وبا کاهش PH  کارایی حذف رنگ کاهش می یابد می توان نتیجه گرفت که کارایی زئولیت در حذف رنگ اسید بلاک 1 از دولومیت بیشتر است(25).
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 (26).
4. در 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(19).
5. 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 (27).

 آیا تغییرات در صد حذف رنگ اسید بلو 88 از محلولهای آبی توسط نانولوله کربنی تک جداره و چند جداره در غلظت‌های مختلف رنگ  تاثیرگذار است؟

آیا تغییرات در صد حذف  رنگ اسید بلو 88 از محلولهای آبی توسط نانولوله کربنی تک جداره و چند جداره در زمان تماس های مختلف تاثیرگذار است؟

 آیا تغییرات در صد حذف رنگ اسید بلو 88 از محلولهای آبی توسط نانولوله کربنی تک جداره و چند جداره  در غلظت های مختلف جاذب تاثیرگذار است؟

آیا تغییرات در صد حذف  رنگ اسید بلو 88 از محلولهای آبی توسط نانولوله کربنی تک جداره و چند جداره در دماهای مختلف تاثیرگذار است ؟

آیا تغییرات در صد حذف  رنگ اسید بلو 88 از محلولهای آبی توسط توسط نانولوله کربنی تک جداره و چند جداره در  pHهای مختلف تاثیرگذار است؟

1. تعیین درصد حذف رنگ اسید بلو 88 از محلولهای آبی توسط نانولوله کربنی تک جداره و چند جداره در زمان تماس های بین 10 تا 240 دقیقه
2.  تعیین درصد حذف رنگ اسید بلو 88 از محلولهای آبی توسط نانولوله کربنی تک جداره و چند جداره در غلظت های رنگ بین 10 تا 200 میلی گرم در لیتر
3.  تعیین درصد حذف رنگ اسید بلو 88 از محلولهای آبی توسط نانولوله کربنی تک جداره و چند جداره در دوزهای جاذب بین نیم تا 4 گرم در لیتر
4.  تعیین درصد حذف رنگ اسید بلو 88 از محلولهای آبی توسط نانولوله کربنی تک جداره و چند جداره  در PH های بین 3 تا 11
5.  تعیین درصد حذف رنگ اسید بلو 88 از محلولهای آبی توسط نانولوله کربنی تک جداره و چند جداره  در دماهای مختلف
6. - تعیین ایزوترم های جذب
7. تعیین سینیک جذب

وزارت بهداشت ، درمان و آموزش پزشکی

نانولوله‌های کربنی (CNTs) لوله‌هایی هستند که از کربن ساخته شده و قطرهایی در حد نانومتر دارند.

تجربی-آزمایشگاهی

نمونه های سینتیک ساخته شده در آژمایشگاه

تمام مراحل آزمایش برای پی بردن به خطاهای احتمالی در دو مرحله انجام خواهد شد. بنابراین تعداد نمونه‌های مورد نظر با توجه به بهینه بودن پارامترها و تکرار آزمایشات 64 نمونه می‌باشد.  نمونه ها بصورت سینتیک و  در آزمایشگاه ساخته خواهد شد

غلظت رنگ   25 و 50 و 75 و 100 و 150 و 200

pH   :  3-4--5-6-7-8-9-10-11

دوز جاذب   2 /0  ,  4 /0     6 /0    8 /0    1    5 /1    2 گرم در لیتر

زمان تماس 10-20-30-45-60-90-120-150-180-240 

در آزمایشگاه و با استفاده از نمونه‌های سینتیک ساخته شده محلول نهایی توسط اسپکتروفتومتر تعیین مقدار می‌شود.

پس از انجام فرایند در هر مرحله، نمونه‌های حاصل مورد آزمایش قرار خواهد گرفت و مقدار رنگ باقیمانده بر حسب خود آلاینده  بدست خواهد آمد. در نهایت نمودار های مربوطه بر حسب درصد حذف  یا ظرفیت جذب جاذب رسم خواهد شد

مواد و معرف‌ها : در این مطالعه رنگ  از شرکت مرک و اسید کلریدریک و هیدروکسیدسدیم, مورد استفاده از شرکت مرک تهیه می‌شود.

روش انجام آزمایشات

بررسی مطالعات انجام شده در زمینه‌ی حذف دایرکت بلو 71 و دایرکت بلو 1   توسط جاذب‌های مختلف‌ نشان داد که مهمترین متغیرهای موثر بر جذب رنگ شامل زمان تماس،  pH محلول، دوز جاذب و غلظت اولیه‌ی رنگ می‌باشد. بر همین اساس و با توجه به اینکه غلظت رنگ در فاضلاب نساجی بین 10 تا  200میلی گرم در لیتر گزارش شده است. غلظت‌های اولیه‌ی رنگ بین 25 تا 200 میلی گرم در لیتر انتخاب گردید. سایر پارامترهای مورد بررسی در این مطالعه یعنی زمان تماس بین 10تا 240دقیقه،  pH بین 11-3 و دوز جاذب 2/0تا 2 گرم انتخاب گردید. تمام ازمایشات در ظروف پلاشتیکی 250 میلی لیتری و با ریختن 100 میلی‌لیتر از محلول‌های رنگ با غلظت مشخص از آن و رساندن pH محلول به مقدار مورد نظر و اضافه کردن مقدار مشخصی جاذب به آن انجام شد.  نمونه‌های آماده شده برای اختلاط روی شیکر قرار گرفته و با سرعت 120 دور بر دقیقه مخلوط گردیدند.  نمونه مورد نظر با استفاده از صافی واتمن صاف سازی  می‌شود تمام مراحل آزمایش برای پی بردن به خطاهای احتمالی در دو مرحله انجام خواهد شد. غلظت باقیمانده‌ی رنگ نیز توسط دستگاه اسپکتروفوتومتر اندازه گیری خواهد شد و با توجه به منحنی استاندارد مربوط به رنگ  اندازه‌گیری میشود. درصد حذف رنگ و ظرفیت جذب رنگ به ترتیب با استفاده از فرمول های 1و 2 بدست می‌آید.

qe=Co-Ce*V/m

R(%)  Co-Ce/Co*100

که qe  ظرفیت جذب بر حسب  میلی گرم به ازای هر گرم جذب،  C0 غلظت اولیه رنگ برحسب میلی گرم در لیتر، Ce غلظت رنگ در زمان tبرحسب میلی گرم در لیتر، m جرم جاذب برحسب گرم، Vحجم نمونه برحسب لیتر می‌باشد. تمامی آزمایشات، در آزمایشگاه‌های در دانشکده بهداشت دانشگاه علوم پزشکی زاهدان انجام می شود.

با استفاده از نرم افزار EXCEL یا SPSS نمودارهای مربوطه بر حسب درصد حذف رنگ  و ظرفیت جذب جاذب رسم خواهد شد.

ندارد

رنگ اسید بلو 88 - توسط نانولوله کربنی تک جداره و چند جداره

1. jafarzadeh N, Daneshvar. Treatment of Textile Wastewater Containing Basic Dyes by Electrocoagulation Process. J of Water and Wastewater. 2006;j\ 17(57):22‐9.
2.    Dalvand A, Gholami M, Joneidi A, Mahmoodi NM. Investigation of Electrochemical Coagulation Process Efficiency for Removal of Reactive Red 198 from Colored Wastewater.Journal of Science and Technology of Color.2009; 3(2):97‐105.
3.    Noorimotlagh Z, Soltani RDC, Khataee A, Shahriyar S, Nourmoradi H. Adsorption of a textile dye in aqueous phase using mesoporous activated carbon prepared from Iranian milk vetch. Journal of the Taiwan Institute of Chemical Engineers 2014; 45(4):1783-91.
4.   Andre B, Santos D, Francisco J, Jules B.Lier V. Review Paper on current technologies for decolourisation of textile wastewaters: Perspectives for anaerobic Biotechnology Bioresour. Technol.2007; 98: 2369.2385.
5.    Maleki A, Rezaee R. Toxicity Reduction of Reactive Black 5 and Disperse Orange 25 by Advanced Oxidation Processes Journal of Science and Technology of Color. 2009; 3(1):17‐23.
6.    Ghoreishi SM, Haghighi R. Chemical catalytic reaction and biological oxidation for treatment of non-biodegradable textile effluent. Chem Eng J 2003; 95: 163-169.
7.     Mohorčič M, Teodorovič S, Golob V and Friedrich J. Fungal and enzymatic decolourisation of artificial textile dye baths. Chemosphere 2006; 63: 1709-1717.
8.      Nilsson I, Möller A, Mattiasson B, et al. Decolorization of synthetic and real textile wastewater by the use of white-rot fungi. Enzyme Microb Technol 2006; 38: 94-100.
9.      Daneshvar N, Khataee A, Rasoulifard MH, seyed Dorraji M. Removal of Organic Dyes from Industrial  astewaters Using UV/H₂O₂, UV/H₂O₂/Fe (II), UV/H₂O₂/Fe (III) Processeswater and wastewater. 2007;18(61):34‐42.
10.        Xu XR, Li HB, Wang WH and Gu JD. Degradation of dyes in aqueous solutions by the Fenton process. Chemosphere 2004; 57: 595-600.
11.        Robinson T, Chandran B, Nigam P. Removal of dyes from an artificial textile dye effluent by two agricultural waste residues, corncob and barley husk. Environment international 2002; 28(1):29-33.
12.        Du WL, Xu ZR, Han XY, Xu YL, Miao ZG. Preparation, characterization and adsorption roperties of chitosan nanoparticles for eosin Y as a model anionic dye. J Hazard Mater. 2008; 69:152-56.
13.        Forgacs E, Cserhati T, Oros G. Removal of synthetic dyes from wastewaters: a review.  nviron Inter. 2004;30:953-71.
14.          Papic S, Koprivanac N, BozicAL,MetesA. Removal of some reactive dyes from synthetic astewater by combined Al (III) coagulation/carbon adsorption process. Dyes Pigments. 2004;62:293-300
15.          Malik P. Dye removal from wastewater using activated carbon developed from sawdust: adsorption equilibrium and kinetics. Journal of Hazardous Materials. 2004; 113(1-3):81-88. doi:10.1016/j.jhazmat.2004.05.022
16.         Lambert S, Graham N, Sollars C, Fowler G. Evaluation of inorganic adsorbents for the removal of problematic textile dyes and pesticides. Water Science and Technology. 1997; 36(2):173-80. doi:10.1016/s0273-1223(97)00385-5
17.        McKay G, Porter J, Prasad G. The removal of dye colours from aqueous solutions by adsorption on low-cost materials. Water, Air, and Soil Pollution. 1999; 114(3):423-38. doi:10.1023/A:1005197308228
18.       Janos̆ P, S̆edivý P, Rýznarová M, Grötschelová S. Sorption of basic and acid dyes from aqueous solutions onto oxihumolite. Chemosphere. 2005; 59(6):881-86. doi: 0.1016/j.chemosphere.2004.11.018
19.     NabizadehChianeh F, Mohammadi B, Asghari A. Application of response surface methodology for optimizing removal of malachite green(MG)from aqueous solutions by natural zeolite . Chemistry. 2017 ; 22-209 :(24) 12 ; 21Mar
20.     Alizadeh R, Barghaei SM. The use of granular activated carbon to remove organic matter and organic carbon in the process of textile dye effluents. Chemistry and Chemical Engineering. 2006; 25(3):21‐8.
21.      Ghanizadeh G, Asgari G. Removal of Methylene Blue Dye from Synthetic Wastewater withB one Char. Iranian journal of health and environment. 2009; 2(2):104‐13.

22.      Ghaneian M, Ghanizadeh G, M. G, Ghaderinasab F. Application of Eggshell as a Natural Sorbent for the Removal of Reactive Red 123 Dye from Synthetic Textile Wastewater. Zahedan Journal of Research in Medical, Zahedan Sciences. 2010;11(4):25‐34.
23.       Dianati Tilaki , Kavyani S , Hassani Nejad-Darzi S K ,Yazdani Cahrati j . Kinetics Study on Adsorption of Three Azo Dyes (Reactive Red 198,Cationic Red GTL 18 and Cationic Red GRL 46 ) by Zeolite Clinoptilolite . j Mazandaran Univ Med Sci . 2014; 24(118) :158-169
24.       Ozdemir O , Turan M , Turan A Z , Baki Engin A .  Feasibility Analysis of Color Removal from Textile Dyeing Wastewater in a Fixed –bed Column System by Surfactant –Modified Zeolite (SMZ).journal of Hazardous Materials . 2009;  166(2-3),647-654 .
25.     Amiri K, Panbehi H, Hossein saghi M, rakhshani M. Assessing the Removal Mechanism of Acid Blake 1 Dye by Dolomite and Zeolite Stones from Aqueous Solution.The journal of Research Committee of Students at Sabzevar Univesity of Medical Scieences,Iran.2012.;17(2):18-26.
26.     Maleki A , Mahvi A H , Rezaee R , Davari B. Removal of Reactive Blue 19 Using Natural and Modified Zeolites .ijhe. 2013; 5 (4) :519 -530.
27.      Naddafi K , Gholami M , Removal of Reactive Red 120 from aqueous Solutions Using Surface modified natural Zeolite . ijhe .2014;7(3):277-

ندارد