چهارشنبه, ۱۴ اسفند ۱۳۹۲

افزایش راندمان حذف نیکل از پساب‌ها با استفاده از نانوزئولیت اصلاح شده

پژوهشگران دانشگاه آزاد اسلامی واحد شهرضا با اصلاح نانو زئولیت کلینوپتیلولیت موفق به افزایش راندمان حذف یون سمی نیکل(II) از محلول‌های آبی شدند. این محققان در این روش علاوه ‌بر حذف نیکل از پساب‌ها، موفق به سنتز همزمان یک ماده با خاصیت کاتالیزوری شدند.

امروزه آلودگی محیط زیست یکی از دغدغه‌های اساسی انسان است. نیکل به عنوان یک فلز سنگین می‌تواند به صورت پساب صنایع مختلف وارد محیط زیست شده و موجب آلودگی خاک و آبهای زیر زمینی شود. این عنصر برخلاف ترکیبات آلی در محیط زیست پایدار است و تخریب و تجزیه نمی‌شود و با ورود به آب و محصولات کشاورزی وارده چرخه غذایی شده و با تجمع در بافت‌ها می‌تواند موجب آسیب به مغز و سیستم عصبی، ریه، کلیه، پوست، ترکیبات شیمیایی خون و همچنین سرطان شود. بنابر این حذف نیکل از پساب‌ها ضروری به نظر می‌رسد. روش انجام شده در این پروژه یک روش کارآمد، از نظر کاربرد ساده، ارزان قیمت و قابل استفاده برای حجم زیاد پساب است.

مهدی کبیری سامانی، کارشناس ارشد شیمی دانشگاه آزاد اسلامی واحد شهرضا، در مورد این تحقیقات گفت: «این کار پروژه کارشناسی ارشد من با عنوان کاربرد نانو زئولیت کلینوپتیلولیت (NCP) اصلاح شده با لیگاند دی متیل گلی اکسیم (DMG) برای حذف نیکل (II) از محلول‌های آبی هست که تحت راهنمایی آقای دکتر علیرضا نظام زاده اژیه بین سال‌های ۱۳۸۹ تا ۱۳۹۱ در دانشگاه آزاد اسلامی واحد شهرضا انجام شد.»

این محققان ابتدا کلوخه‌های زئولیت کلینوپتیلولیت را با روش مکانیکی به ذرات در ابعاد میکرو (MCP) و سپس به ذراتی با ابعاد نانومتر (NCP) تبدیل کردند. برای حذف ناخالصی‌های احتمالی مغناطیسی وارد شده در مراحل آسیاب و همچنین ناخالصی‌های محلول در آب، پودر حاصل را تحت رفلاکس همراه با هم زدن تعلیق با آهنربا به‌وسیله‌ی همزن مغناطیسی قرار داده، سپس با تماس ذرات NCP با محلول الکلی DMG، تبادلگر NCP اصلاح شده با لیگاند DMG، (NCP-DMG) تهیه کردند.

کبیری سامانی در تکمیل مراحل انجام این کار افزود: «برای مطالعات بلور‌شناسی نانو زئولیت مورد استفاده از روش پراش پرتو ایکس (XRD) استفاده شد. برای اثبات اصلاح ذراتNCP به‌وسیله‌ی DMG و جذب نیکل توسط جاذب از طریق تشکیل کمپلکس Ni (DMG)2، نمونه‌های NCP، NCP-DMG و جاذب پس از تماس با محلول نیکل (NCP-DMG-Ni) با طیف سنجی مادون قرمز (FT-IR) ، آنالیز حرارتی (DTG,TG) و روش پراش انرژی اشعه ایکس (EDAX) بررسی شد. تصویر‌برداری از نمونه‌های NCP، NCP-DMG و NCP-DMG-Ni به‌وسیله‌ی میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) انجام گرفت. قطر حفرات و سطح موثر ذرات به‌وسیله‌ی روش BET اندازه‌گیری شد که نتایج حاکی از حضور ذرات جاذب با ابعاد نانومتر و موفقیت فرایند اصلاح زئولیت بود. حذف نیکل از محلول‌ها توسط جاذب NCP-DMG به روش پیمان‌های (Batch) و ستونی (Column) انجام شد. در روش پیمان‌های (Batch)، جاذب در تماس با محلول حاوی یون نیکل قرار گرفت و مقدار یون نیکل جذب شده از محلول توسط جاذب، با به کار گیری روش طیف سنجی جذب اتمی (AAS) اندازه‌گیری شد. در این روش به منظور مقایسه ظرفیت جذب تبادلگر با اندازه ذرات نانو و میکرو و همچنین اثر روش‌های مختلف اصلاح زئولیت به‌وسیله‌ی لیگاند DMG بر ظرفیت جذب نمونه‌های اصلاح شده، ظرفیت جذب نمونه‌های NCP، MCP، NCP-DMG، MCP-DMG، NCP-Ni-DMG، MCP-Ni-DMG مورد مقایسه قرار گرفت که نشانگر بیشترین ظرفیت جذب نیکل(II) برای جاذب NCP-DMG بود. اثر پارامترهای تجزیه‌ای از قبیل دما، pH، مدت تماس، دز DMG در تبادلگر، غلظت محلول نیکل و اثر مزاحمت سایر کاتیون‌ها بر میزان نیکل جذب شده به‌وسیله‌ی NCP-DMG بررسی شد. سینتیک، ترمودینامیک و همدماهای جذب نیکل به‌وسیله‌ی NCP-DMG مورد مطالعه قرار گرفت. در ادامه در روش ستونی (Column) پارامترهای مختلف از قبیل میزان جاذب، سرعت جریان محلول و غلظت نیکل در محلول بررسی شد.»

در این کار از DMG که یک لیگاند گزینش‌پذیر برای یون نیکل است برای اصلاح نانوذرات زئولیت استفاده شده که طی آن علاوه‌بر افزایش ظرفیت جذب نیکل به‌وسیله‌ی زئولیت، یک جاذب با گزینش پذیری مناسب برای نیکل به دست آمد. بنابر این در حضور سایر کاتیون‌ها در محیط، جایگاه‌های جذب جاذب توسط یون‌های مزاحم اشغال نشده و جاذب کارایی خود را برای جذب یون نیکل (II) حفظ کرده ودیرتر اشباع می‌شود. همچنین کمپلکس NCP-DMG-Ni تشکیل شده که در اثر واکنش جاذب NCP-DMG با نیکل موجود در محلول به دست آمده خاصیت کاتالیزوری داشته و می‌توان از آن در واکنش اکسایش برخی الکل‌ها استفاده کرد. در مجموع در این روش با اصلاح ذرات نانوزئولیت با لیگاند دی متیل گلی اکسیم راندمان جذب و گزینش پذیری جاذب نسبت به یون نیکل افزایش یافت و یک کاتالیزور به عنوان محصول جانبی فرایند به دست آمد. استفاده از زئولیت طبیعی به عنوان بستر که یک ماده فراوان، ارزان قیمت و در دسترس است نیز از ویژگی‌های دیگر این کار است.

از جاذب تهیه شده در این روش می‌توان برای حذف یون نیکل از پساب صنایعی از قبیل باتری‌سازی و آبکاری و غیره استفاده کرد، همچنین از جاذب پس از جذب نیکل می‌توان به عنوان کاتالیزور در اکسایش جزئی برخی از الکل‌ها استفاده کرد.

نتایج این کار تحقیقاتی که به دست دکتر علیرضا نظام زاده اژیه و مهدی کبیری سامانی از دانشگاه آزاد اسلامی واحد شهرضا صورت گرفته است، در مجله Journal of Hazardous Materials (جلد ۲۶۰، ۱۵ سپتامبر سال۲۰۱۳، صفحات ۳۳۹–۳۴۹) منتشرشده است.