جذب سرب (II) با استفاده از جاذب زیستی تهیه شده از جلبک Gracilaria corticata: ترمودینامیک، سینتیک و تجزیه و تحلیل ایزوترم

در دنیای امـروز بـا توجـه بـه مطـرح شـدن بحـران کـم آبـی و صـنعتی شـدن جوامـع در اثـر پیشـرفت تکنولـوژی، مســئله حفاظــت از منــابع آب هــای ســطحی و زیرزمینــی در دامنــه توجــه قــرار گرفتــه اســت. ایــن منــابع در اثــر فعالیـتهـای مختلـف انسـانی و ورود آلاینـدههـای مختلـف مــیتواننــد از دســترس مصــرف کننــدگان خــارج شــده و هزینـه هـای اقتصـادی غیـر قابـل تـوجیهی بـه جوامـع وارد نماینـد (1-3). از ایـنرو همـواره توجـه بـه سـلامت آب و تــأمین آبــی بــا کیفیــت کــه از لحــاظ بهداشــتی و زیباشــناختی مـورد تأییـد اسـتانداردها باشـد مـورد نظـر بـوده اسـت بـه گونــهای کــه کنتــرل کیفیــت آب، آگــاهی از خصوصــیات فیزیکـــی و شـــیمیایی و میکروبـــی آن از منبـــع تـــأمین کننده نیاز و ضروری میباشد(4-5).

با توسعه سریع صنایع جدید، آلودگی محیط زیست نسبت به گذشته افزایش یافته است(1). فلزات سنگین در پساب بسیاری از صنایع مانند صنایع استخراج روی و سایر فلزات سنگین از سنگ معدن، صنایع پتروشیمی، صنایع پاالیش نفت، صنایع کاغذسازی، صنایع دارویی، صنایع رنگسازی، صنایع فرآورده های پالستیکی و ... وجود دارند(2-4). حضور فلزات سنگین در آبهای سطحی برای سالمتی انسان و سایر موجودات زنده بسیار خطرناک است و اثر آنها بر زندگی انسان و سایر موجودات شناخته شده است(5-6). سرب از سمی ترین فلزات سنگین غیر ضروری در محیط زیست می باشند. مسمومیت با یون فلز سرب در انسان آسیب های شدیدی به کلیه، سیستم عصبی، سیستم تولید مثل، کبد و مغز می گذارد و حتی می تواند موجب مرگ نیز گردد(7-8)

حد مجاز سرب در آب آشامیدنی بر اساس گزارش نمایندگی حفاظت از محیط زیست آمریکا 61/6 میلی گرم بر لیتر گزارش شده است، بنابراین مقدار غلظت های کم سرب در آب بسیار سمی و خطرناک است(9). سرب از آبهای آلوده روش های مختلفی توسط پژوهشگران بررسی شده است که از این روش ها می توان به روش های فیلتراسیون، اسمز معکوس، اکسیداسیون شیمیایی، انعقاد، جذب سطحی، تکنیک های الکترولیتی و غیره اشاره کرد (10-12).

گرچـه حضـور بعضـی از ایـن عناصـر در حـد جزئـی در زنجیـره غـذایی انســان و موجــودات زنــده ضــروری مــی باشــد، امــا در غلظــتهــای بــیش از حــد مجــاز عــوارض ســوء گونــاگونی را ایجــاد مینماینـد. بـا توجـه به خاصـیت تجمعـی فلـزات سـنگین در نســوج بــدن، تجزیــه ناپــذیری، مقاومــت بــه تجزیــه بیولــوژیکی و تمایــل شــدید کــاتیون هــای ایــن فلــزات بــه گـوگرد، لـذا سـبب اخـتلال فعالیـت آنـزیمهـای حیـاتی در بــدن موجــودات زنــده، ســرطان و اثــرات ژنتیکــی کوتــاه مــدت و بلنــد مــدت خواهنــد شد(7-6). . فعالیــت هــای مختلفــی در راســتای حــذف ایــن فلــزات بــا روش هــای شــیمیایی، فیزیکــی، بیولــوژیکی و فراینــد هــای اکســید اسـیون پیشـرفته در منـابع آبـی و فاضـلاب صـورت گرفتـه اسـت (8-10)

در فرآیند جذب سطحی از انواع جاذب ها نظیر کربن فعال، مواد سلولزی، ضایعات کشاورزی، مواد معدنی نظیر خاک رس و غیره استفاده می گردد. کربن فعال یکی از جاذب ها است که استفاده از آن به ویژه در سطح وسیع هزینه های بالایی دارد. (11-13)

به همین دلیل در سال های اخیر استفاده از جاذب های طبیعی و محلی مورد توجه قرار گرفته است. از جمله این جاذب ها می توان به رزین های تبادل یونی و فراورده های جنبی محصولات کشاورزی اشاره نمود. از ویژگی های مثبت ضایعات کشاورزی، دوام بالا، اصلاح پذیری آسان، امکان حذف آلودگی و بازیابی مجدد و امکان تولید کمپوست از آنها و از همه مهم تر، ارزان بودن این گونه جاذب ها است (14-19)

تحقیقات زیادی در زمینه استفاده از ضایعات کشاورزی در زمینه حذف یون فلزات سنگین از محلول های آبی صورت گرفته است(20-22). اما در زمینه حذف سرب مطالعات کمی انجام گرفته است و هدف از این مطالعه  بازیابی و حذف یون سرب از محلول آبی به وسیله زائدات کشاورزی بود. در این بررسی اثر پارامترهای مختلفی نظیر pH اولیه محلول، غلظت بیوجاذب مورد استفاده، سرعت اختالط محلول، غلظت اولیه یون سرب و زمان تماس در دمای محیط بررسی گردید. در نهایت، رفتار سینتیکی جذب نیز مورد بررسی قرار گرفت.

در بررسی که تحت عنوان کاربرد کربن فعال برای جذب سرب از محلولهای آبی توسط Kobya انجام گرفته است نتایج حاصله نشان دهنده آن است که تمام آزمایشات ابتدا در PH  بین 2 تا 7 و دما بین 20 تا 55 درجه سانتی گراد انجام شده است و مشاهده شده است که ماکزیمم جذب در PH برابر با 2.5 اتفاق می افتد و دما بهینه برای جذب در حدود 30درجه سانتی گراد می باشد ودر PH بالای 2.5 میزان جذب به طور قابل توجهی کاهش می یابد و میزان جذب بیشتر با مدل جذب لانگمیر با R2برابر با 0.995 مطابقت دارد. (20).

در بررسی که تحت عنوان کاربرد لجن فعال برای جذب سرب  از محلولهای آبی توسط Barros انجام گرفته است نتایج  حاصله نشان دهنده آن است که بهترین PH در 6 تا 7 قرار دارد و میزان جذب بیشتر با مدل جذب لانگمیر با R2برابر با 0.997 مطابقت دارد.همچنین با افزایش مقدار اولیه سرب  میزان کلی جذب افزایش می یابد ولی در کل در صد جذب کاهش پیدا می کند (21)

در بررسی دیگری که توسط ززولی تحت عنوان حذف کروم توسط عدسک ابی انجام شده است نتایج حاصله نشان دهنده آن است که با افزایش غلظت در هر دو حالت اصلاح شده و اصلاح نشده  میزان جذب کروم افزایش می یابد و در غلظت های کم میزان جذب کروم تفاوت اندکی با هم دارد ولی در نوع اصلاح شده میزان جذب کروم توسط گیاه بیشتر می‌باشد(22)

در بررسی دیگری که تحت عنوان جذب کروم  بوسیله آزولا فیلیکولودیس از محلولهای آبی توسط ززولی انجام گرفته است نتایج  حاصله نشان دهنده آن است که ماکزیمم حذف در PH=7 برابر با 116.28 میلی گرم به ازای هر گرم جاذب خواهد بود که با مدل لانگمیر مطابقت می کند همچنین نشان داده شده است که با افزایش غلظت کروم میزان جذب توسط گیاه افزایش پیدا می کند و غلظت مورد آزمایش از 10 تا 100 میلی گرم در لیتر متغیر می باشد و بیشترین مفدار جذب در غلظت 100 میلی گرم اتفاق می افتد(23).

1- درصد حذف سرب با استفاده از جاذب زیستی بر حسب pH های متفاوت چقدر است؟

2- درصد حذف سرب با استفاده از جاذب زیستی بر حسب غلظت های متفاوت رزورسینول چقدراست؟

3- درصد حذف سرب با استفاده از جاذب زیستی بر حسب زمان های متفاوت تماس چقدر است؟

4- درصد حذف سرب با استفاده از جاذب زیستی بر حسب غلظت های متفاوت نانوذره گرافن اکساید چقدر است؟

5- درصد حذف سرب با استفاده از جاذب زیستی بر حسب دما های متفاوت چقدر است؟

تعیین جذب سرب (II) با استفاده از جاذب زیستی تهیه شده از جلبک Gracilaria corticata: ترمودینامیک، سینتیک و تجزیه و تحلیل ایزوترم

1-تعیین درصد حذف سرب با استفاده از جاذب زیستی بر حسب  pHهای متفاوت از محلول های آبی

2- تعیین درصد حذف سرب با استفاده از جاذب زیستی بر حسب غلظت های متفاوت رزورسنول از محلول های آبی

3-تعیین درصد حذف سرب بااستفاده از جاذب زیستی بر حسب زمان های متفاوت تماس در محلول های آبی

4- تعیین درصد حذف سرب با استفاده از جاذب زیستی بر حسب غلظت های متفاوت نانوذره گرافن اکساید در محلول های آبی

5- تعیین درصد حذف سرب با استفاده از جاذب زیستی بر حسب دما های متفاوت در محلول های آبی

تعیین جذب سرب (II) با استفاده از جاذب زیستی تهیه شده از جلبک Gracilaria corticata: ترمودینامیک، سینتیک و تجزیه و تحلیل ایزوترم

وزارت نیرو، شرکت آب و فاضلاب

ندارد

تجربی –آزمایشگاهی

محلول های سنتیک حاوی غلظت های مختلف آلاینده سرب

نمو.دارها در نرم افزار Excel رسم خواهد شد . نقاط بهینه بدست امده با یافته های دیگران  مقایسه و بحث انجام خواهد شد.

داده های مورد مطالعه از طریق قرائت مستقیم با دستگاه اسپکتوفتومتر مربوطه جمع آوری خواهد شد.

جلبک Gracilaria corticata از سواحل چابهار در استان سیستان و بلوچستان جمع آوری خواهد شد. GC به با آب لوله کشی برای حذف املاح شسته خواهد شد. سپس با آب مقطر شسته شدند، در فر با دمای 80 درجه سانتی‌گراد در 120 دقیقه تا وزن ثابت خشک خواهند و آسیاب و در بخش‌های 80 تا 125 میکرومتر الک خواهند شد.

این مطالعه یک مطالعه بنیادی و درمقیاس آزمایشگاهی می باشد. به صورت سیستم ناپیوسته انجام می گیرد. دراین مطالعه نیترات سرب محصول شرکت مرک آلمان برای تهیه نمونه ها استفاده می‌شود. در ابتدا محلول استوک سرب تهیه می‌شود و سپس با استفاده از آب دوبار تقطیر برای رقیق سازی آن ، محلولهای با غلظت مختلف ساخته می‌شود.

محلول سنتتیک تهیه شده را در درون ارلن ریخته سپس با استفاده از اسید کلریدریک  و یا سود PH در محدوده مورد نظر تنظیم و با اضافه کردن نانوذره به آن در محدوده مشخص، بر روی همزن مغناطیسی قرار خواهد گرفت. در انتهای زمان مورد نظر نمونه  برداشته خواهد شد.

نمونه برداشته شده پس از فیلتراسیون با فیلتر واتمن با فیلتر سرسرنگی، فیلتر خواهد شد. برای تعیین مقدار سرب از دستگاه اسپکترفتومتر استفاده خواهد شد. طول موج بکار رفته 200- 400 نانومتر خواهد بود. 

تعیینpHبهینه

به منظورتعیین pH  بهینه با متغییر گرفتن آن وبا ثابت گرفتن متغییرهای غلظت سرب ،زمان تماس، غلظت جاذب و دما آزمایش پیش خواهد رفت. با استفاده ازاسیدکلریدریک ویا هیدروکسیدسدیم 1/ . نرمال، pH درمحدوده 3 تا 11 تنظیم خواهدشد. کلیه آزمایشات درارلن اجرا می شود. درانتهای زمان مورد نظر نمونه برداشته شده وپس از عبور از فیلتر واتمن و سپس فیلترسرسرنگی مقدار جذب در طول موج اسکن شده قرائت خواهد شد.

تعیین دمای بهینه

به منظورتعیین دمای بهینه با ثابت نگهداشتن متغیرهای غلظت سرب ،  PH بهینه، غلظت جاذب و زمان تماس آزمایش پیش خواهد رفت . با استفاده از هیتر دمای محلول از10تا50درجه سانتیگراد انتخاب خواهد شد. درانتهای فرآیند نمونه ها از کاغذ صافی واتمن عبورداده می شود و پس از عبور از فیلتر سر سرنگی، جذب دردستگاه قرائت خواهد شد.

تعیین غلظت بهینه سرب

جهت تعیین غلظت بهینه سرب با متغییر گرفتن آن وثابت گرفتن  pHبهینه، دمای بهینه ودیگر متغییر ها آزمایش در ارلن انجام خواهد گرفت درنهایت بالاترین درصد حذف سرب توسط جاذب  به عنوان نقطه بهینه انتخاب خواهدشد

تعیین دوزبهینه جاذب

جهت تعیین دوزنانوذره ،با ثابت نگهداشتن سایر متغیرهای آزمایش، نمونه تهیه شده را در راکتور ریخته شده وpH با استفاده ازاسیدیا قلیادرمحدودهpH بهینه تنظیم خواهد شد. دوزهای مختلف جاذب در ارلن ریخته خواهد شد. بالاترین درصد حذف به عنوان دوز بهینه نانو ذره انتخاب خواهد شد.

داده ها در نرم افزار Excel رسم خواهد شد . نقاط بهینه بدست امده با یافته های دیگران  مقایسه و بحث انجام خواهد شد.

ندارد

1.         Diyanati RA, Balarak D. Survey of efficiency agricultural weast in removal of acid orang 7(AO7) dyes from aqueous solution: kinetic and equilibrium study: Iranian journal of health sciences. 2013;2(1):35-40.

2.         Johnson A, Jain N, Joshi H, Prasad S. Agricultural and agro-processing wastes as low cost adsorbents for metal removal from wastewater: a review. J Sci Ind Res. 2008;67:647-58.

3.         Tangahu BV, Abdullah SRS, Basri H, Idris M, Anuar N, Mukhlisin M. A Review on Heavy Metals (As, Pb, and Hg) Uptake by Plants through Phytoremediation. International Journal of Chemical Engineering. 2011:8:21-30.

4.         Heidari ZS. Lead Removal from Aqueous Solutions Using Low-cost Adsorbents. 2010(3):45-52.

5.         Zahra N. Lead Removal from Water by Low Cost Adsorbents:  A Review. Pak J Anal Environ Chem. 2012;13(1):1-8.

6.         Mehrasbi M, Farahmandkia Z. Heavy Metal Removal from Aqueous Solution by Adsorption on Modified Banana Shell. Health and Environmental. 2008;1(1):17-25

7.         Javanbakht V, Zilouei H, Karimi K. Effect of pH on Lead Removal from Aqueous Solution by Fungus Mucor Indicus. Water and weasteater. 2010: 1:76-84.

8.         Esalah JO, Weber ME, Vera JH. Removal of lead, cadmium and zinc from aqueous solutions by precipitation with sodium di-(n-octyl) phosphinate. Canadian Journal of Chemistry. 2000; 78: 948-954.

9.         Shukla SR, Pai RS. Adsorption of Cu (II), Ni (II) and Zn (II) on modified jute fibers . Bioresource Technology 2005; 96: 1430-1438.

10.       Bansal M, Singh D, Garg VK. A comparative study for the removal of hexavalent chromium from aqueous solution by agriculture wastes carbons. J Hazard Mater. 2009; 171(1-3): 83-92.

11.       Yum Q, Matheickal JT, Yin P, Kaewsarn P. Heavy metal uptake capacities of common marine macro  algal biomass. Water Research 1999;33(6):1534-53.

12.       Davis TA, Volesky B, Mucci AA. review of the biochemistry of heavy metal biosorption by brown algae. Water Res.2003; 37(18),4311- 4330.

13.       Diniz V,  Volesky B. Biosorption of La, Eu and Yb using Sargassum biomass. Water Res.2005; 39,239-247.

14.       Aksu Z, Acikel U, Kabasakal E, Tezer S. Equilibrium Modeling of Individual and Simultaneous Biosorption of Chromium (VI) and Nickel (II) onto Dried Activated Sludge. Water Research 2002;36:3063-73.

15.       Bayramoglu G, Tuzun I, Celik G, Yilmaz M, Arica MY. Biosorption of mercury(II), cadmium(II) and  lead(II) ions from aqueous system by microalgae Chlamydomonas reinhardtii immobilized inalginate beads. Int J of Mineral Processing ;2006;81(1):35-43.

16.       Vitor G, Pvilar C;Copper removal by algae Gelidium, agar extraction algal waste and granulated algal waste: Kinetics and equilibrium. Bioresource Technology 2008; 99:750-62.

17.       Jalali R, Ghafourian H, Asef Y, Jdavarpanah S, Sepehr S. Removal and recovery of lead using onliving biomass of marine algae. J of Hazardous Materials:2002;92:253-62.

18.       Vilar V, Boaventura C. Influence of pH, ionic strength and temperature on lead biosorption by Gelidium and agar extraction algal waste. Process Biochemistry 2005;40(10):3267-75.

19.       Zazouli MA, Balarak D, Mahdavi Y. Pyrocatechol Removal From Aqueous Solutions by Using Azolla Filiculoides. Health Scope. 2013;2(1):1-6.

20.   Kobya M, Demirbas E, Senturk E, Ince M. Adsorption of Heavy Metal Ions from Aqueous Solutions by Activated Carbon Prepared from Apricot Stone. Bioresour Technol; 2005;96:1518-21.

21.       Barros AJ, Prasad S, Leite VD, Souza AG. Biosorption of Heavy Metals in up Flow Sludge Columns. Bioresource Technol ;2007;98:1418-25.

23.       Zazouli MA, Belarak D. Kinetics modeling and isotherms for removal of Cr (VI) from aqueous solution by modified lemna minor and azolla filiculoides. Journal of  Hormozghan University Medical Science. 2014;17(5):45-

24.   Zazouli MA, Balarak D. Application of LEMNA MINOR biomass for  CR Removal from aqueous solutions. Iranian journal of health sciences. 2013;1(2):36-43

ندارد