بررسی بازدهی جذب متيلن بلو بر روی لوفا سيلندريکای ايرانی: تاثير دما و ph

Transcript

1 3 1 مجله علمي- پژهشي شيمي کاربي سال دازدهم شماره 34 تابستان 9416 بررسی بازدهی جذب متيلن بل بر ری لفا سيلندريکای ايرانی: تاثير دما ph عاطفه بهارليی 1 الهام جليل نژاد,1 محمد سيرس آذر 1 ارمیه دانشگاه صنعتی ارمیه دانشکده مهندسی شیمی 1 تاريخ پذيرش: 15 05/40/ تاريخ دريافت: 15/04/29 تاريخ تصحيح: 15/05/99 چکيده فاضالبهای صنعتی حای رنگهای سنتزی از عامل مهم آالینده محیطزیست میباشد. فرآیند جذب سطحی با جاذبهای زیستی به دلیل ارنی دسترسی زیاد نداشتن خطرات زیستمحیطی گزینه خبی برای حذف رنگ از پساب میباشد. هدف از این تحقیق بررسی جذب سطحی رنگ کاتینی متیلنبل با جاذب طبیعی لفای سیلندریکای ایرانی در سیستم ناپیسته میباشد. متغیرهای زمان تماس ph دما بهعنان پارامترهای عملکی مؤثر در حذف رنگ متیلن بل با لفای ایرانی در شرایط ثابت 52 mg/l غلظت الیه رنگ 0/2 g از جاذب مبررسی قرار گرفت. درنهایت نتایج تسط 4 مدل سینتیکی پارامترهای ترمدینامیکی تحلیل گید. نتایج نشان داد که در مدتزمان 100 دقیقه فرآیند جذب به تعادل رسید. کمترین جذب در محیط اسیدی بده ماکزیمم مین جذب در 7-8 ph به دست آمد که با تجه به تفات ناچیز بازدهی جذب در این د ph صرفه اقتصادی فرآیند بهیژه در مقیاسهای بزرگ ph برابر 7 )بدن نیاز به تنظیم )ph بهعنان مقدار بهینه ph تعیین گید. با افیش دما کارایی جذب بهضح افیش یافت. نتایج حاصل از مطالعات سینتیکی نشان داد که فرآیند جذب از مدل سینتیک شبه مرتبه دم تبعیت میکند. مقادیر بهدستآمده برای پارامترهای ترمدینامیکی جذب متیلنبل بر سطح لفا را اکنشی خدبهخدی گرماگیر فیزیکی معرفی میکند. طبق نتایج حاصل از این مطالعه استفاده از لفای ایرانی بدن نیاز به پیشتیمار بهعنان یک جاذب طبیعی باراندمان باال ارنقیمت دستدار محیطزیست جهت حذف رنگ متیلنبل پیشنهاد میشد. اژگان کليدی: متیلن بل لفای ایرانی جذب زیستی ph دما مدلهای سینتیکی پارامترهای ترمدینامیکی 1 -مقدمه سريع افيش راستاي در جمعيت به دنبال آن تسعهي کارخانجات حفاظت محيطزيست از آلدگيهايي که بهسيله صنايع فناريهاي مدرن ايجاد ميشد يكي از دغدغههاي اصلي به دليل به خطر انداختن سالمت بهداشت عممي جامعه.]2 است [ دراينبين تخليهي پسابهاي عمدهترين از رنگي ماد حاي آاليندهه يا با رابطه در مشكالت زيستمحيطي ميباشد. تقريبا 2 درصد رنگها در حين تليد سنتز در صنايع رنگسازي 22 درصد نيز در حين کارب رنگ براي صنايع مختلفي مثل چرمسازي دباغي نساجي آرايشي بهداشتي ماد غذايي چاپ پالستيک به علت عدم جذب کامل نامفق ] صنايع اين خرجي پساب در رنگرزي فرآيند بدن فاضالب ا نهايتا باقيمانده ميشند اين در ماد اين تخليه.[4 e.jalilnejad@uut.ac.ir.نيسنده مسئل: استادیار مهندسی شیمی دانشگاه صنعتی ارمیه 391

2 افل ير رب لب نليتم بذج يهدب يسررب... ييلرا ناراکمه 394 سايقم ياهطيحم يبآ هلاع رب تيمس تاريثأت ييازشهج داجيا ناطرس ليلد يگنر ندب يتح تظلغ نيياپ ذفن باتفآ قمع بآ هتساک ثعاب شهاک ياهتيلاعف يرن متسيسکا نيياپ ندمآ نژيسکا للحم بآ شيازفا امد ددرگيم.]5[ نليتم لب نيرتدربراکرپ نيرتجيار ياهگنر يتعنص للحم بآ دشابيم هک ليلد تميقنازرا ندب يگدنشخ تدش لااب هرامه عيانص يجاسن يزرگنر هچراپ ناتک فايلا هدافتسادرم رارق.دريگيم نليتم لب کي گنر يمس تسا هک ندشهجام اب نيا تارطخ گنر يددعتم تملاس رب ناسنا دراد تلاح :هلمج عهت يمشچ ياهيراميب شيازفا نابرض بلق باهتلا هدعم [ 6.]7 نيب ندرب يگدلآ يشان نيا گنر ن باسپ لبق هيلخت ياآ يحطس يارب تملاس ناسنا تظافح تسيزطيحم يررض يرما تسا.]8[ تلع يگديچيپ ينگانگ ياهازگنر هدافتسادرم يزرگنر نتفاي يشر هک اق فذح لماک عانا دام ازگنر دشاب رايسب لكشم دشابيم.]9[ اممع يياهشر هک رب يا هيفصت يااسپ يگنر هدافتسا دنشيم لماش دنيآرف نيساديسکا هتفرشيپ ياهشر يكيژليب زيلرتكلا نيسارتليف بذج يحطس هدافتسا اهتسيلاتاکتف دشابيم هک نيبنيا دنيآرف بذج يحطس نانع نيرتبسانم شر فذح ياهگنر يزتنس دب تيفيک بلاضاف عيانص رظنم يهدافتسا ددجم ظاحل يهنيزه مک يحارط ناسآ تلهس رما يرادربهر تيساسح مدع تبسن هدشهتخانش يمس دام تسا.]3332[ ياذاج نايم هدشهدافتسا بذج دنيآرف يحطس نبرک لاعف ليلد نتشاد حطس هژي لااب نيرتشيب نيرت نامدنار ار بذج گنر دراد اما ليلد ياههنيزه رايسب لااب هيهت يايحا نيا بذاج هدافتسا نآ سايقم يتعنص هفرصنرقم تسين ;]3132[ رنيا ياهلاس ريخا ياهشلات يرايسب تهج نيزگياج ندرک ياذاج هنيزهمک نينچمه رتدمآراک هدشماجنا تسا.]34[ نيا اتسار هدافتسا ياذاج يعيبط دننام ربنص گرب ]35[ هراکاخ بچ ]36[ تسپ ريس ]37[ يهتسه امرخ ]38[ هرقن يربا هايگ يا ]39[ يارب بذج گنر درم هعلاطم هتفرگرارق.تسا رتشيب نيا اذاج دام يزللسنگيل دنتسه هک ليلد يسرتسد ناارف اهنآ نازرا ندب تيلباق ديلت هلاسره ريذپبيرختتسيز ندب يارب بذج ياهگنر فلتخم يااسپ يتعنص رايسب هجتدرم دناهتفرگرارق.]35-39[ افل اكينليس يهداناخ تساهلبنتدک هک نانع يهايگ خ قطانم يريسمرگ لدتعم بطرم دننام ياهرشک ييايسآ نيچ دنه نپاژ ياكيرمآ يزکرم يبنج رشک نامدخ قطانم يلامش رف تفاي دشيم.]2322[ لدج 3 تابيکرت ييايميش يهدنهدليكشت نيا هايگ ار نانع کي يهدام يزللسنگيل ناشن دهديم.]22[ نينچمه جنفسا نيا هايگ اب نتشاد راتخاس يقرع يفيل بيرض يلااب لخلخت )75-84( مکارت نيياپ 2/31( 2/219- مرگ رب رتميتناس )بعكم دناتيم يهنيزگ يبسانم نانع بذاج يتسيز فذح گنر باسپ دشاب.]22[ تاعلاطم ريخا جنفسا افل نانع هياپ رتسب ياهرتکار يتسيز ]21[ ياهتيزپماک يرميلپ ]24[ فذح تازلف نيگنس للحم ]25[ هدشهدافتسا.تسا هلمج نيرتمهم نيرتراذگريثأت اهرتماراپ دنيارف ph بذج امد

3 مجله علمي- پژهشي شيمي کاربي سال دازدهم شماره 34 تابستان 9416 زمان تماس ميباشد که کچکترين تغيير در آنها باالترين تغيير در راندمان جذب را به دنبال خاهد داشت در اين ]8[. تحقيق با معرفي جاذب طبيعي لفا سيلندريكاي ايراني کارايي قابليت اين جاذب براي حذف رنگ متيلن بل بهعنان آالينده بررسيشده اثر سه پارامتر عملياتي مهم زمان تماس ph دما به دنبال آن بررسي پارامترهاي سينتيكي ترمديناميكي مربط به اين فرآيند م ارزيابي قرارگرفته است. کربهيدرات جدل 1. اجی خاکستر تشکیلدهندهی گیاه لفا سیلندریکا فيبر ليپيد پرتئين %4/2 %3/28 %55/78 %3/24 %17/83 سللز همي سللز ليگنين %32 %12 %62 2- ماد تجهيت 9-2- تجهيت: تجهيت م استفاده در اين تحقيق عبارتند از: اندازهگيري تغييرات غلظت تسط دستگاه اسپكترفتمتر )Behineh SAT-2100( مدل با phمتر مكانيكي مدل همزن مدل INC( )SP-3000 DB -OPTIMA تنظيم ph Switzerland( )Kuhner, جهت اختالط ايجاد تماس مناسب بين جاذب محلل رنگ. اسفنج لفا سيلندريكا بهعنان جاذب طبيعي از فرشگاه محلي در مازندران خريداري شد. رنگي 2-2- ماد منياز: متيلنبل کار رفته به عنان آالينده همچنين اسيد هيدرکلريک )HCl( سديم هيدرکسيد )NaOH( ماستفاده براي تنظيم ph از نمايندگي شرکت مرک آلمان تهيه شد. ساختار شيميايي خصصيات اين رنگ در جدل 2 آه شده است. 3- رش کار: 9-4- آمادهسازي جاذب: اسفنج لفا پس از خريداري به قطعات کچکتر تبديل شده بهمنظر حذف آلدگيهاي سطحي به مدت 24 ساعت درن آب مقطر قرار داده در اين مدت 2 بار آب آن تعيض شد. سپس به مدت دقيقه درن آب جش قرار گرفته درنهايت به مدت 5 ساعت درن آن در دماي 62 C خشک گيد. بعد از خشک شدن به قطعات 2/5 گرمي برش داده شده براي استفادههاي بعدي درن دسيكاتر قرار گرفت آمادهسازي نمنه محلل رنگ: محلل استک رنگ متيلنبل با غلظت 522 mg/l با استفاده از حل کن 2/25 گرم از پدر رنگ متيلن بل با آب مقطر در حجم 322 ميليليتر تهيه گيد. سپس محللهاي استاندا جهت انجام آزمايش 395

4 بررسي بازدهي جذب متيلن بل بر ري لفا... بهارليي همکاران با رقيقسازي از محلل استک تهيه گيد. جهت تنظيم ph محللها از اسيد هيدرکلريک سديم هيدرکسيد 3 مالر استفاده شد. جدل 5. نام علمي برخی از یژگیهای رنگی متیلن بل Methylene blue ساختار شيميايي C 16H 18N 3SCl 139/85 گرم بر مل 3,7- bis(dimethylamino)phenothiazin e-5-ium-chloride آبي فرمل شيميايي زن ملكلي نامگذاري آيپاک رنگ نع رنگ طل مج حداکثر جذب کاتيني 668 نانمتر MB ) λ max( عالمت اختصاري 4-4- آزمايشات جذب: آزمايشات جذب بهصرت ناپيسته در مقياس آزمايشگاهي درن ارلنهاي 252 ميليليتري انجام گيد. بدينصرت که ابتدا غلظتهاي 25 mg/l از محلل متيلنبل درن 6 ارلن که به ترتيب در phهاي ) ( تنظيمشده بدند تهيه ارلنها در همزن مكانيكي با سرعت 352 rpm تحت دماي 22 C آزمايشگاه قرار گرفتند. قطعات 2/5 گرمي لفا درن هر ارلن اضافهشده در مدتزمانهاي معيني از محللها تا رسيدن به نقطهي تعادل نمناري ميشد. در مرحلهي بعد پس از يافتن زمان تعادل ph بهينه بهمنظر يافتن اثر دما بر فرآيند جذب سه محددهي دمايي ) ( درجهي سانتيگراد با استفاده از حمام آب گرم در غلظت ثابت 25 mg/l ph بهينه تا رسيدن به زمان تعادل بهدستآمده مبررسي قرار گرفت. بهمنظر سنجش ضريب جذب رنگ با دستگاه اسپكترفتمتر مقدار جذب تمامي نمنهها در 668= q t (mg/g) λ max به دست آمد با منحني استاندا تطبيق داده شد. ظرفيت جذب رنگ درصد حذف رنگ (%)R تسط جاذب در هرلحظه به ترتيب با استفاده از رابطههاي 3 2 محاسبه گيد. R q t C 0 t C V M C C t C 0 (%) )3( )2( 396

5 مجله علمي- پژهشي شيمي کاربي سال دازدهم شماره 34 تابستان 9416 که در آن C0 C t به ترتيب غلظت اليه غلظت در لحظهي t متيلنبل در محلل )mg/l( V حجم محلل )L( M جرم جاذب ماستفاده )g( ميباشد. مطالعات سينتيکي جذب: براي درک بهتر فرايند جذب سطحي مطالعه سينتيكي فرآيند حذف الزم ميباشد بررسي سينتيک جذب نشاندهندهي راندمان جذب است جذب مادهي جذبشنده بر ري جاذب ممكن است شامل يک يا چندين مرحله ازجمله انتشار فيلمي انتشار درنذرهاي انتشار سطحي جذب در سطح منافذ يا ترکيبي از چند مرحله باشد ]26[ که کمک فرااني براي انتخاب شرايط ايده آل در فرآيند ناپيسته ميباشد. در اين تحقيق از 4 مدل سينتيكي شبه مرتبه ال شبه مرتبهي دم نفذ درنذرهاي مدل Elovich استفاده شده است. براي انجام مطالعات سينتيكي مين جذب رنگ در احد جرم جاذب در زمان تعادل )e q( از رابطهي 1 محاسبه ميشد: q e C C V 0 e M )1( Ce که در آن غلظت تعادلي رنگ در زمان تعادل بقيهي پارامترها مانند معادلهي 3 تعريف ميشند. درصرتيکه نفذ در اليهي مرزي عامل کنترلکنندهي جذب باشد اکنش جذب از سينتيک شبه مرتبهي ال که فرم خطي آن بهصرت معادلهي 4 بيان ميشد تبعيت ميکند ]27[. ln( q q ) ln q K t e t e 1 )4( در معادلهي 4 از رسم نمدار ln(qe-qt) در برابر t مقادير k1 qe به ترتيب از شيب عرض از مبدأ نمدار به دست ميآيند. سينتيک شبه مرتبهي دم بهصرت خطي شده از معادلهي 5 به دست ميآيد که در اين سينتيک فرض ميشد که جذب شيميايي کنترلکنندهي سرعت است سرعت اشغال سايتهاي جذب متناسب با مجذر تعداد سايتهاي اشغال نشده است t t qt K2qe qe )5(.]28[ در اين معادله از رسم t/qt برحسب t به ترتيب مقادير K2 qe از شيب عرض از مبدا نمدار به دست ميآيند که با استفاده ) را در اين اکنش محاسبه ک. از پارامتر K2 در معادلهي 6 ميتان سرعت اليه جذب ( 397

6 بررسي بازدهي جذب متيلن بل بر ري لفا... بهارليي همکاران h K q 2 0,2 2 e )6( 7 همچنين نيمه-زمان جذب )t1/2( در معادلهي منياز زمان بهعنان جذب براي رسيدن به نصف مقدار جذب تعادلي بهصرت زير تعريف ميشد که اين زمان اغلب براي اندازهگيري سرعت جذب استفاده ميشد ]29[. t 1/2 1 Kq 2 e )7( 8 سمين سينتيک جذب مدل نفذ بررسيشده درنذرهاي بر اساس معادلهي ميباشد که در آن مراحل مختلف جذب ازجمله انتقال ملكلهاي ماده حلشده از فاز محلل به سطح ذرات جاذب سپس انتقال اين ملكلها به داخل حفرات سطح جامد ميباشد. بر اين اساس بر مريس ]12[ براي اغلب فرآيندهاي جذب مقدار جذب را به جاي زمان t تقريبا با t 1/2 متناسب دانستند. 1/2 qt Kidt c )8( برحسب qt از رسم ميتان ثابت سرعت اکنش مدل نفذ درنذرهاي )Kid( را از شيبخط نمدار برحسب ( mg/g t 1/2 ) min 1/2 محاسبه ک. آخرين سينتيک مبررسي مدل Elovich ميباشد که اين مدل ابتدا براي جذب شيميايي گاز بر ري فاز جامد مطرح شد اما بعدازآن بهصرت کاربي براي جذب ماد از درن فاز محلل استفاده شد ]13[. اين مدل بر اساس معادلهي 9 تعريف مي- شد. qt 1 1 ln( ) ln t )9( که در اين معادله β مقدار پشش سطح )g/mg( α سرعت اليهي جذب min( )mg/g ميباشد. با رسم lnt بر حسب qt مقادير β α را ميتان از شيب عرض از مبدأ نمدار محاسبه ک. 398

7 مجله علمي- پژهشي شيمي کاربي سال دازدهم شماره 34 تابستان 9416 بهمنظر تعيين بهترين مدلهاي سينتيكي تطبيق اين مدلها با نتايج بهدستآمده از مطالعات آزمايشگاهي تجه به مقدار 32 ضريب همبستگي) R( 2 حداقل مربعات خطا )SEE( که به ترتيب از معادلهي خطي مدل رسم شده معادلهي قابلمحاسبه ميباشند ارزيابي ميگد. بدينصرت که باالترين مقدار بازگ ميکند] 8 [. R 2 کمترين مقدار SEE آن بهترين مدل سينتيكي را SEE q 2 e,exp qe, cal N )32( که در آن N تعداد نقاط م آزمايش ميباشد مطالعات ترمديناميکي a E انرژي فعالسازي جذب زيستي پارامتر Ea تحت عنان انرژي فعالسازي جذب حداقل انرژي الزم براي شرع اکنش ميباشد. اين پارامتر براي جذب با استفاده ازK2 ثابت سرعت شبه مرتبهي دم طبق رابطهي آرنيس بهصرت معادله 33 بيان ميشد: Ea ln ln K2 A RT )33( که در آن A فاکتر آرنيس R ثابت جهاني گازها )K 8/134( J/mol T دماي محلل برحسب کلين معرفي ميشند ]12[. ln K2 از رسم در مقابل T/1 پارامتر Ea از شيب نمدار محاسبه ميشد. با استفاده از اين پارامتر اطالعاتي در م ماهيت فرآيند از نع فيزيكي يا شيميايي بدن جذب به دست ميآيد پارامترهاي ترمديناميکي تعيين پارامترهاي ترمديناميكي در تمامي مكانيسمهاي جذب بهمنظر بررسي مطلب بدن فرآيند جذب ضرري ميباشد. با فرض مقدار احد بدن ضرايب فعاليت در غلظته يا پايين )مفهم قانن هنري( پارامترهاي ترمديناميكي منياز در (ΔS ) (ΔH ) جذب مانند تغييرات انرژي آد گيبس (ΔG ) تغييرات آنتالپي تغييرات آنترپي مرتبط با ثابته يا تعادلي جذب طبق رابط )32-34( محاسبه ميشد ]11[: 399

8 ب- بررسي بازدهي جذب متيلن بل بر ري لفا... بهارليي همکاران G H TS S H Ln( Kd ) R RT K d C C ad e )32( )31( )34( که در آن )mg/l( Cad غلظت تعادلي متيلنبل جذبشده از محلل بر سطح جاذب )mg/l( Ce غلظت تعادلي متيلن بل باقيمانده در محلل ميباشد. با رسم نمدار ln(kd) برحسب T/1 از شيب عرض از مبدأ نمدار به ترتيب مقادير ΔH ΔS تعيين ميشد به دنبال آن مقادير ΔG از معادلهي )32( براي دماهاي مختلف به دست ميآيد. 4- نتايج 9-3- زمان تعادل يافتن زمان تعادل بهينه در جذب متيلن بل بر سطح لفا سيلندريكاي ايراني در ph هاي مختلف با ثابت نگهداشتن شرايط دمايي غلظت مقدار جاذب به ترتيب در )C ميليگرم در ليتر 2/5 گرم از جاذب( در شكل 3 -الف نشان دادهشده است. با بررسي اين نمدار در مراحل اليه )22 دقيقهي ال( کاهش غلظت محلل عمل جذب سريع ميباشد. بهتدريج با افيش زمان عمل جذب آهستهتر اتفاق ميافتد به حالت تعادل نزديک ميشد. در ph برابر 2 در زمان 322 دقيقه به بعد پديده اجذب رنگ رخ داد همچنين در ديگر phها در زمان تقريبي 322 دقيقه حالت تعادل ايجادشده زمان 322 دقيقه را بهعنان زمان تعادل انتخاب براي ادامه آزمايشها ماستفاده قرار گرفت تأثير ph اليهي محلل در شكل 3 تأثير ph بر ظرفيت جذب درصد حذف رنگ در phهاي مختلف )2 32( زمان تعادل 322 دقيقه نشان دادهشده است. در اين نمدار مشاهده ميشد که با افيش ph از 2 تا 7 درصد حذف رنگ بهصرت چشمگيري ph %54 به حدد از %3 افيش مييابد از محددهي تا بين با کاهش کمتر از درصدي ماجه هستيم که قابلچشمپشي ميباشد. همچنين مشاهده ميشد که کمترين ظرفيت جذب متيلنبل تسط لفا در محيط اسيدي رخ به دست ميآيد. ازآنجاييکه ph محلل متيلنبل در حالت طبيعي در محدده 7 تا 8 ميباشد با درنظر گرفتن صرفهي اقتصادي 222

9 mg/g) مجله علمي- پژهشي شيمي کاربي سال دازدهم شماره 34 تابستان 9416 فرايند جهت جلگيري از افيش هزينه اليه مربط به افزدن NaOH بهيژه در مقياس صنعتي ph برابر با 7 بهعنان ph بهينه اين فرآيند انتخاب شد تأثير دماي محلل در شكل 3 -ج اثر دماهاي درجهي سانتيگراد در شرايط بهينهي بهدستآمده براي ph برابر با 7 زمان تعادلي 322 دقيقه تحت شرايط غلظت ثابت 25 ميليگرم 2/5 گرم از جاذب در حمام آب گرم بررسيشده است. با تجه به اين نمدار با افيش دما ظرفيت جذب به دنبال آن راندمان حذف افيش پيداکه است. ph=2 ph=4 ph=6 ph=7 ph=8 ph=10 غلظت متيلن بل در محلل (mg/l) زمان تماس)دقيقه( الف ph ب

10 درصد حذف ظرفيت جذب (mg/g) بررسي بازدهي جذب متيلن بل بر ري لفا... بهارليي همکاران دما )درجه سانتي گراد( ج شکل 1- بررسی تأثیر )الف( زمان تماس در phهای مختلف )ب( ph محلل در زمان تعادل 100 دقیقه )ج( دما در ph بهینه 7 زمان تعادل 100 دقیقه در غلظت ثابت 52 میلیگرم بر لیتر مقدار جاذب 0/2 گرم سينتيک جذب qe مين با تجه به معادالت 4 تا 9 پارامترهاي محاسبهشدهي مؤثر بر سينتيک جذب در جدل 1 گآريشده است. از طرفي با بهره- گيري از فرم خطي سينتيکهاي جذب )معادالت ( استفاده از پارامترهاي جدل 1 در دماي 291 K مقايسه مدلهاي سينتيكي جذب با يافتههاي آزمايشگاهي در شكل 2 انجام شده است. با تجه به اين نمدار مقايسه مقادير ضريب همبستگي حداقل مربعات خطا در جدل 1 مين تطبيق تعادل جذب از سينتيک شبهمرتبه دم بيشتر بده همچنين بهدستآمده از معادلهي سينتيک شبهمرتبه دم به qe تجربي اکنش جذب نزديکتر است. بنابراين فرآيند جذب از سينتيک شبهمرتبه دم تبعيت بيشتري ميکند. در شكل 1 مدل نفذ درنذرهاي براي 1 دماي مختلف رسم شده که با تجه به عدم گذر از مبدأ رگرسين خطي مقادير غير صفر براي عرض از مبدأ )پارامتر c در معادله 8( بهدستآمده است. 222

11 مجله علمي- پژهشي شيمي کاربي سال دازدهم شماره 34 تابستان 9416 Exprimental Pseudo-first-order Pseudo-second-order Intraparticle diffusion Elovich qt(mg/g) زمان د ي ه شکل 5- مقایسه مدلهای سینتیکی مبررسی در حذف رنگ متیلنبل تسط لفا. غلظت ثابت 52 mg/l مقدار جاذب 0/2 گرم ph=7 R 2 2/974 2/997 2/998 R 2 2/925 2/972 2/981 Elovich β (g/mg) 3/649 3/765 3/882 دما جدل 3. پارامترهای سینتیکی جذب سطحی متیلن بل بر لفا سیلندریکا ایرانی شبه مرتبه ال نفذ درنذرهاي C (mg/g) 3/339 3/276 3/434 α (mg/g min) 2/621 2/894 3/281 k int (mg/(g min 1/2 )) SSE 2/394 2/373 2/315 2/372 2/361 2/354 t 1/2 (min) 35/252 34/283 31/116 دمای.593 K SSE 2/491 2/419 2/179 h 0,2 (mg/ g min) 2/232 2/229 2/169 R 2 2/982 2/928 2/934 شبه مرتبه دم R 2 2/994 2/997 2/998 q e (mg/g) 1/811 1/827 1/752 q e (mg/g) 1/364 1/228 1/262 K 1 (1/min) 2/257 2/245 2/251 K 2 (g/mg min) 2/223 2/222 2/221 q e, exp (mg/g) 2/729 2/844 2/924 q e, exp (mg/g) 2/729 2/844 2/924 ) ( دما ) (

12 ln (k2) q t (mg/g) بررسي بازدهي جذب متيلن بل بر ري لفا... بهارليي همکاران Linear (293) Linear (303) t 1/2 (min 1/2 ) Linear (313) شکل 3- مدل نفذ درنذرهای در 3 دمای مختلف 5-3- يافتههاي ترمديناميکي 33 به مقادير محاسبهشدهي پارامترهاي ترمديناميكي در جدل 4 نشان دادهشده است. همچنين منحني مرتبط با معادله همراه معادله خط در شكل 4 آه شده است y = x R² = /T *10^3 شکل 4- رسم (2 ln(k در برابر T/1 بهمنظر تخمین انرژی فعالسازی Ea (kj /mol) جدل 4. پارامترهای ترمدینامیکی حاصل از جذب سطحی متیلن بل تسط لفا سیلندریکای ایرانی ΔG (kj/ mol) ΔH (kj /mol) ΔS (J/ molk) 291 K 121 K 131 K 1/47-2/464-2/666-2/867 5/44 22/

13 مجله علمي- پژهشي شيمي کاربي سال دازدهم شماره 34 تابستان بحث 9-5- يافتن زمان تعادل 22 زمان تعادل يافتن از حاصل نتايج جهت حذف دقيقهي در که داد نشان لفا زيستي جاذب تسط محلل از متيلنبل ابتدايي کاهش غلظت رنگ به دنبال آن فرآيند جذب با شيب نسبتا تندي اتفاق ميافتد اين امر به دليل جد سايته يا فعال بسيار اشباعنشده در سطح خارجي جاذب در ابتداي فرايند جذب ميباشد. در ادامه از زمان 22 تا 322 دقيقه مقدار کمتري شيب با جذب رخ ميدهد که اشغال دليل به حالت دراين فعال مكانهاي در دسترس سطح جاذب ملكلهاي متيلنبل مجبر به نفذ انتشار درن خلل فرج جاذب هستند که اين امر بهکندي انجام ميگي. بعد از زمان 322 دقيقه اشغال مكانهاي سطحي خالي باقيمانده بر سطح لفا مشكل است زيرا بين ملكلهاي متيلنبلي جذبشده بر سطح جاذب ملكلهاي متيلنبلي محلل دافعه ايجادشده نميتاند ملكل رنگي بيشتري را جذب کند. در اين حالت مقدار رنگي جذبشده با مقدار رنگي اجذب شده در حالت تعادل ديناميكي قرار ميگيرند. به همين دليل زمان 322 دقيقه بهعنان زمان تعادل انتخاب گيد زيرا بعدازآن زمان عمال جذبي صرت نميگي ]14 15[ تأثير ph ph يک فاکتر بسيار مهم در جذب سطحي بهيژه جذب سطحي رنگ ميباشد ظرفيت جذب سطحي را در کل فرآيند تحت تأثير قرار ميدهد. اين حساسيت ناشي از تغيير مين ينيسين گرههاي عاملي مجد در جايگاههاي جذب درنتيجه تغيير بار سطح جاذب همچنين مين ينيسين ماد مجد در محلل ميباشد. نتايج حاصل از آزمايش نشان داد که افيش ph باعث افيش قابلتجه در ظرفيت جذب جاذب به دنبال آن راندمان حذف رنگ از %3 به مقادير بيش از %52 در محيط قليايي ميشد. با تجه به ترکيبات شيميايي تشكيلدهنده لفا )جدل 3( بهعنان يک گياه ليگنسللزي سطح سللز اين جاذب طبيعي در اثر تماس با آب تليد بار منفي ميکند )سللز منفي(. از طرفي متيلنبل جز رنگهاي کاتيني است که در حلقهي آرماتيک خد حامل بار مثبت ميباشد )جدل 3( در اثر حالليت در آب تليد کاتينهاي رنگي ميکند. با کاهش ph اسيدي کن محيط مين H + در محيط افيشيافته باعث ميشد سايتهاي منفي ري سطح جاذب را تحت پشش خد درآ. بدين ترتيب سطح را پرتنه که دافعه الكتراستاتيكي بين رنگي کاتيني متيلن بل سطح جاذب لفا به جد ميآيد. به همين دليل در phهاي اسيدي پديده اجذب رخ داد که اين اتفاق خد کمكي براي احياي جاذب در محيطهاي اسيدي تسط اجذب رنگ ميباشد. از طرفي در محيط قليايي افيش عامل - OH در محلل سايتهاي فعال منفي بر سطح جاذب را افيش داده برهمكنش الكتراستاتيكي بين رنگ سطح جاذب اتفاق ميافتد مين جذب را 225

14 [ بررسي بازدهي جذب متيلن بل بر ري لفا... بهارليي همکاران افيش ميدهد. با تجه به شكل 3 -ب درصد حذف رنگ در ph هاي 7 تا 32 داراي اختالف ناچيزي است که با تجه به ديد اقتصادي در مصرف NaOH مقدار ph 7 بهعنان ph بهينه انتخاب گيد. در مطالعهاي که Pavan همكاران )2228( براي حذف رنگ متيلن بل با استفاده از ضايعات ميه گلساعتي ز انجام دادند بهينه ph در محددهي 2 تا 32 را مقدار 7 مشابه با کار حاضر گرش کند ]16[. در مطالعهي ديگر که تسط Sen همكاران )2232( با استفاده از ميهي کاج براي حذف رنگ متيلنبل انجام گرفت افيش ph از 1 تا 7 باعث افيش بازدهي جذب از %61 به %94 گيد ]17[. درحاليکه در پژهش پيشين اين محققان اثر منفي افيش ph )کاهش مين جذب( در حذف رنگ کنگ قرمز با همين جاذب به دست آمد ]18[. لذا تأثير فاکتر ph با تجه به نع عامل رنگ جاذب ماستفاده ميتاند متفات باشد. با تجه به اين نتايج ديگر مطالعات درزمينهي حذف رنگ با جاذبهاي طبيعي ميتان دريافت که ph بيشترين تأثير در بازدهي حذف رنگ را دا با ايجاد تغييرات جزئي در ph ميتان به تغييرات چشمگيري در ظرفيت جاذب راندمان جذب دستيافت تأثير دما دما بهعنان يک عامل مؤثر در تعيين ظرفيت جاذب از ديگر پارامترهاي مهم تأثيرگذار در فرآيندهاي فيزيكي شيميايي جذب ميباشد ]19[. با تجه به اثر مثبت افيش دما بر مقدار رنگزدايي متيلن بل از محلل در اين مطالعه ميتان اين اکنش جذب را فرآيندي گرماگير دانست. افيش مين جذب رنگ بر ري لفا با افيش دما را ميتان به سه دليل عمده مربط دانست: الف( افيش دما باعث حرکت سريعتر ملكلها به دنبال آن افيش برخ مؤثر بين ملكلهاي متيلنبل جاذب لفا شده بدين ترتيب احتمال جذب ملكلهاي رنگ بر ري جاذب افيش مييابد ب( افيش دما اثر ترم افيش حجم حفره تخلخل سطح جاذب لفا را در پي داشته در نتيجه سايتهاي فعال ري سطح جاذب به يژه سطح داخلي حفرات بهراحتي در دسترس ملكلهاي مادهي رنگ قرار گيرند ج( افيش دما باعث کاهش يسكزيته محلل در بيشتر راحتتر تحرک نتيجه ملكلهاي درشت شده متيلنبل در نتيجه سرعت نفذ ملكلهاي رنگ بر ري سطح خارجي داخل خلل فرج جاذب لفا افيش مييابد. به طر کلي ميتان اظهار داشت که افيش مين جذب با افيش دما نشانگر اين اقعيت است که در فرايند جذب متيلنبل بر ري جاذب لفا سينتيک فرايند عامل کنترلکننده ميباشد. نتايج مشابه با نتايج به دست آمده در اين تحقيق در مطالعات محققان مختلف ديده ميشد [ ].در مطالعهي Lin همكاران )2231( هم نتايج مشابه با کار حاضر به منظر حذف رنگ متيلنبل با استفاده از شلتک برنج اصالح شده مشاهده شده اکنش گرماگير بده است ]42 اما در مطالعهاي ديگر که تسط Bhatti همكاران )2231( بر ري حذف رنگ 226

15 مجله علمي- پژهشي شيمي کاربي سال دازدهم شماره 34 تابستان 9416 ايندسل سياه با استفاده از پستهي بادام زميني انجام شده نتيجهاي عكس را با افيش دما مشاهده که اکنش گرما معرفي شده است ]41[ سينتيک فرآيند نتايج مطالعات جذب سينتيک از بهدستآمده اين تحقيق نشان ميدهد که سينتيک لفا گياه بر متيلنبل جذب فرآيند سيلندريكا در درجه ال از معادلهي شبهمرتبه دم تبعيت ميکند بنابراين جذب شيميايي مرحلهي محددکنندهي فرايند مي- باشد که جهت ارزيابي سرعت اکنش استفاده از اين مدل پيشنهاد ميشد. بر اساس حاکميت سينتيک شبهمرتبه د در اين فرآيند ميتان گفت که اکنش جذب متيلنبل بر سطح لفا سيلندريكاي ايراني در د مرحله صرت ميگي: مرحلهي ال که سريع اتفاق ميافتد مرحلهي دم که کندتر بده زمان بيشتري در طل فرآيند نياز دا ]44[. در اين معادله با تجه به نتايج جدل 1 با افيش دما ثابت K2 افيش مييابد که اين پديده نشانگر تغيير مكانيسم جذب متيلنبل بر سطح لفا به محض اعمال تغييرات دمايي است بدين ترتيب با زياد شدن انرژي جنبشي ملكلهاي MB رقابت بر سر جانشيني بر ري سايتهاي فعال جاذب بيشتر شده سرعت جذب باال مي ]45[. در مطالعات مختلف انجامشده جهت حذف اناع عاملهاي رنگ با استفاده از جاذبهاي طبيعي مشابه کار حاضر سينتيک شبه مرتبه دم بهعنان سينتيک سازگار بر فرآيندهاي جذب سطحي گرششده است ] [. دمين معادله سينتيكي منطبق باده هاي کار حاضر معادلهي Elovich ميباشد. اين معادله از ادغام معادله سرعت با سينتيک شبه مرتبهي ال α يا همان دم در شرايط مرزي يكسان بهدستآمده است] 48 [. مهمترين پارامتر بهدستآمده از معادلهي اليچ جذب نرخ اليه ميباشد که به شدت به دما ابسته بده جهت تصيف فرايند جذب بر سطح ناهمگن سايتهاي فعال بكار مي ]48[. همچنين از اين پارامتر در برابر دما براي به دست آن انرژي فعالسازي در رابطهي آرنيس استفاده ميشد ]49[. معادله Elovich يكي از مدل هاي سدمند براي تصيف فرآيند جذبي است که در آن نرخ جذب با گذشت زمان با تجه به افيش پشش سطح کاهش مييابد] 52 [. پيري از اين معادلهي سينتيكي در اين فرآيند ناشي از مكانيسم جذب ناهمگن متيلنبل بر سطح لفا ميباشد که عمدتا از الياف سللز ليگنين تشكيل شده است به اين معناست که سطح يكناختي از لفا براي جذب متيلن بل در دسترس نبده سايتهاي فعال در طل جذب ثابت نيستند ]53 52[. با تجه به تطبيق نتايج آزمايشگاهي اين تحقيق با معادلهي نفذ درنذرهاي به دست آمدن مقادير غير صفر براي پارامتر c ميتان گفت سرعت فرآيند جذب متيلنبل بر سطح لفا تسط انتشار مادهي جذبشنده به درن ذرات جاذب کنترل نمي- 227

16 بررسي بازدهي جذب متيلن بل بر ري لفا... بهارليي همکاران شد بلكه فرايندهاي ديگري مانند تشكيل کمپلكس يا تبادل ين ميان جاذب جذبشنده ميتانند کنترلکنندهي سرعت باشند ]51[ ترمديناميک فرآيند با تجه به اينكه نيرهاي درگير در فرآيند جذب فيزيكي ضعيف هستند مقدار Ea در اين فرايندها کمتر از 42 kj/mol در فرآيند جذب شيميايي بيشتر از 42 kj/mol ميباشد ]12[. با تجه به مقدار 1/47 kj/mol در اين فرآيند مي- برابر با Ea تان جذب متيلنبل تسط لفا سيلندريكاي ايراني را جذب فيزيكي معرفي ک. همچنين با تجه به پارامترهاي ترمديناميكي ΔH بهدستآمده ميتان تحليل ک که مقدار مثبت براي حاکي از گرماگير بدن فرآيند جذب متيلنبل بر سطح لفا ΔG براي هر 1 سيلندريكا ميباشد که با نتايج قبلي مبني برافيش جذب با افيش دما کامال سازگار است. منفي بدن ΔS نشاندهندهي دماي م آزمايش تأييدکنندهي خد به خدي بدن ماهيت جذب در اين فرآيند است. مثبت بدن افيش بينظمي افيش احتمال برخ بين ملكلهاي متيلنبل سطح جاذب در فرآيند جذب کاتين رنگ ري لفا ميباشد. همچنين ΔS مثبت نشانگر ايجاد برخي تغييرات ساختاري در سطح مشترک جامد-مايع مربط به جاذب- محلل ميباشد بطري که درجه آدي فرايند در رابطههاي جامد مايع در طل جذب MB بر ري لفا افيش يافته ميل نفذي سطح جاذب براي ينهاي کاتيني MB در محللهاي آبي انعطافپذيرتر شده ممكن است برخي از تغييرات ساختاري در جاذب انجام گي] 52 [. همچنين اين مقدار مثبت به نفع تبادل يني بده حاکي از پايداري فرايند جذب ميباشد ]34[. 6- نتيجه گيری اين مطالعه باهدف ارزيابي د پارامتر مهم ph دما در بهينه زمان 322 دقيقه برجذب زيستي متيلن بل با استفاده از گياه لفا سيلندريكاي ايراني انجام شد. مين جذب متيلن بل شديدا ابسته به ph بد که با افيش ph از محيط اسيدي به قليايي با بيش از 52 درصد افيش بازده جذب ماجه شديم که باعث شد با تجه بهصرفهي اقتصادي ph برابر 7 بهعنان ph بهينه جذب در اين فرآيند انتخاب شد. با افيش دما از 291 به 131 درجهي کلين با رند صعدي بازده ظرفيت جذب ماجه شديم. همچنين نتايج بيانگر اين مطلب بد که آزمايش با مدل سينتيكي مرتبه دم مطابقت بهتري دا با تجه به پارامترهاي ترمديناميكي فرآيند جذب متيلن بل بر سطح لفا را گرماگير خد به خدي فيزيكي معرفي ک بنابراين بر مبناي نتايج حاصل از اين مطالعه گياه لفاي سيلندريكاي ايراني را بدن نياز به هيچ پيش تيماري بهعنان يک جاذب طبيعي باراندمان باال ارنقيمت دستدار محيطزيست جهت حذف رنگ متيلن بل از پسابهاي رنگي تنها با تنظيم د فاکتر ph دما ميتان معرفي ک. 228

17 ج] مجله علمي- پژهشي شيمي کاربي سال دازدهم شماره 34 تابستان مراجع [1] T. Pekdemir, B. Keskinler, E. Yildiz, G. Akay, Journal of Chemical Technology and Biotechnology, 78 (2003) [2] E. J. Weber, V. C. Stickney, Water Research, 27 (1993) [3] M. M. Nassar, M. S. ElGeundi, Journal of Chemical Technology and Biotechnology, 50 (1991) [4] C. Ram, P. K. Pareek, V. Singh, International Journal of Theoretical & Applied Sciences, 4 (2012) [5] K. T. Chung, G. E. Fulk, A. W. Andrews, Applied and Environmental Microbiology, 42 (1981) [6] M. Dogan, M. Alkan, O. Demirbas, Y. Ozdemir, C. Ozmetin, Chemical Engineering Journal, 124 (2016) [7] D. Shen, J. Fan, W. Zhou, B. Gao, Q. Yue, Q. Kang, Journal of Hazardous Materials, 172 (2009) [8] M. T. Yagub, T. K. Sen, S. Afroze, H. M. Ang, Advances in Colloid and Interface Science, 209 (2014) [9] B. Mounir, M. N. Pons, O. Zahraa, A. Yaacoubi, A. Benhammou, Journal of Hazardous Materials, 148 (2007) [10] M. Bhaskar, A. Gnanamani, R. J. Ganeshjeevan, R. Chandrasekar, S. Sadulla, G. Radhakrishnan, Journal of ChromatograpHy A, 1018 (2003) [11] B. Neumann, Dyes and Pigments, 52 (2002) [12] K. S. Low, C. K. Lee, B. F. Tan, Applied Biochemistry and Biotechnology, 87 (2002) [13] C. Namasivayam, D. Prabha, M. Kumutha, Bioresource Technolog, 64 (1998) [14] V. C. Srivastava, I. D. Mall, I. M. Mishra, Chemical Engineering Journal, 132 (2007) [15] X. Han, X. Niu, X. Ma, Korean Journal Chemical Engineering, 29 (2012) [16] W. Zou, H. Bai, S. Gao, K. Li, Korean Journal Chemical Engineering, 30 (2013) [17] F. Kallell, F. Chaari, F. Bouaziz, F. Bettaieb, R. Ghorbel, S. E. Chaabouni, Journal of Molecular Liquids, 219 (2016) [18] A. E. Ofomaja, Y. S. Ho, Dyes and Pigments, 74 (2007) مسی م. پرینی دانشگاه سمنان مجله علمی- پژهشی شیمی کاربی شماره ) ص( [20] A. Saeed, M. Iqbal, Biotechnology Progress, 29 (2013) [21] L. M. Hasan, Journal of Applied Polymer Science, 101 (2006) [22] B. N. Sastri, Council of Scientific and Industrial Research, India, (1962) pp 483. [23] A. Zampieri, G. T. P. Mabande, T. Selvam, W. Schwieger, H. A. Rudolp, R. Hermann, et al, Materials Science and Engineering C, 26 (2006) ]

18 ص( بررسي بازدهي جذب متيلن بل بر ري لفا... بهارليي همکاران [24] V. O. A. Tanobe, T. H. D. Sydenstricker, M. Munaro, S. C. Amico, Polymer Testing, 24 (2005) [25] X. Tang, Q. Zhang, Z. Liu, K. Pan, Y. Dong, Y. Li, Journal of Molecular Liquids, 199 (2014) [26] S. Banerjee, M. C. Chattopadhyaya, V. Srivastava, Y. C. Sharma, Environmental Progress & Sustainable Energy, 33 (2014) [27] F. C. Wu, R. L. Tseng, R. S. Juang, Water Research, 35 (2001) [28] Y. S. Ho, G. Mckay, Process Biochemistry, 34 (1999) [29] M. Doğan, H. Abak, M. Alkan, Journal of Hazardous Materials, 164 (2009) [30] W. J. Weber, J. C. Morris, Journal of the Sanitary Engineering Division, 89 (1963) [31] C. Gerente, V. K. C. Lee, P. Le Cloirec, G. Mckay, Critical Reviews in Environmental Science and Technology, 37 (2007) [32] M. Hasan, A. L. Ahmad, B. H. Hameed, Chemical Engineering Journal, 136 (2008) [33] M. T. Yagub, T. K. Sen, H. M. Ang, Water, Air, & Soil Pollution, 223 (2012) [34] N. K. Amin, Journal of Hazardous Materials, 165 (2009) [35] M. Yazdanbakhsh, H. Tavakkoli, S. M. Hosseini, Desalination, 281 (2011) [36] F. A. Pavan, E. C. Lima, S. L. P. Dias, A. C. Mazzocato, Journal of Hazardous Materials, 150 (2008) [37] S. Dawood, T. K. Sen, Water Research, 46 (2012) [38] T. K. Sen, S. Afroze, H. M. Ang, Equilibrium, Water Air Soil Pollut, 218 (2011) [39] M. E. Argun, S. Dursun, M. Karatas, M. Gürü, Bioresource Technology, 99 (2008) [40] G. Crini, F. Gimbert, C. Robert, B. Martel, O. Adama, N. Morin-Crini, et al, Journal of Hazardous Materials, 153 (2008) [41] M. Al-Ghouti, M.A.M. Khraisheh, M. N. M. Ahmad, S. Allen, Journal of Colloid and Interface Science, 287 (2005) [42] L. Lin, S. R. Zhai, Z. Y. Xiao, Y. Song, Q. D. An., X. W. song, Bioresource Technology, 136 (2013) [43] S. sadaf, H. N. Bhatti, Desalination and Water Treatment, 52 (2014) [44] Y. Khambhaty, K. Mody, S. Basha, B. Jha, Chemical Engineering Journal, 145 (2009) [45] T. Kanti Sen, S. Afroze, H. M. Ang, Water Air Soil Pollut, 218 (2011) [93] د. بالرک ف. مصطفی پر ع. جغتایی دانشگاه علم پزشکی هدان مجله علمی- پژهشی شیمی کاربی شماره ( 63 [47] F. Ferrero, Journal of Hazardous Materials, 142 (2007)

19 مجله علمي- پژهشي شيمي کاربي سال دازدهم شماره 34 تابستان 9416 [48] E. Bulut, M. Ozacar, I. Ayhan, Microporous and Mesoporous Materials, 115 (2008) [49] C. Rill, Z.I. Kolar, G. Kickelbick, H.T. Wolterbeek, J.A. Peters, Langmuir, 25 (2009) [50] Z. Shahryari, A. Soltani Goharrizi, M. Azadi, International Journal of Water Resources and Environmental Engineering, 2 (2010) [51] M. Özacar, I. Ayhan Sengil, Process Biochemistry, 40 (2005) [52] E. Andreoli, L.Cullum, A.R. Barron, Industrial & Engineering Chemistry Research, 54 (2015) [53] A. Mittal, J. Mittal, A. Malviya, V. K. Gupta, Journal of Colloid and Interface Science, 340 (2009)

20