آبی: مطالعات ایزوترمی سینتیکی و ترمودینامیکی

مجله علمي- پژوهشي شيمي کاربردي سال یازدهم شماره 38 بهار 1395 کاربرد گل قرمز فعال شده برای جذب رنگزای اسید قرمز 88 آبی: مطالعات ایزوترمی سینتیکی و ترمودینامیکی از محلولهای *,2 1 علی جغتایی داود بالرک 1 فردوس کرد مصطفی پور 1 عضو هیئت علمی گروه مهندسی بهداشت محیط- مرکز تحقیقات ارتقاء سالمت دانشگاه علوم پزشکی زاهدان زاهدان ایران 2 دانشجوی کارشناسی ارشد مهندسی بهداشت محیط - کمیته تحقیقات دانشجویی دانشگاه علوم پزشکی قم ایران تاریخ پذیرش: 94 12/18/ تاریخ دریافت: 94/10/03 تاریخ تصحيح: 94/12/17 چکيده این مطالعه با هدف امکانسنجی استفاده از گل قرمز به عنوان جاذب در حذف رنگزای اسید قرمز 88 انجام گرفت.کارایی جاذب در حذف ماده رنگزا با بررسی تاثیر متغیرهایی مانند ph دز جاذب زمان تماس و غلظت اولیه رنگ و سرعت اختالط و دمای محلول بررسی و برای ارزیابی دادهها از مدلهای ایزوترمی و سنتیکی استفاده شد.نتایج نشان داد با افزایش زمان تماس از 10 دقیقه تا 75 دقیقه و دز جاذب از 1 گرم به 6 گرم در لیتر به ترتیب میزان جذب از %48 تا % 99.5 و %44 به %99.5 افزایش یافت. همچنین ph معادل 3 زمان تماس 75 دقیقه دز جاذب 6 گرم بر لیتر غلظت اولیه رنگ 25 میلی گرم بر لیتر و سرعت همزن 200 دور در دقیقه به عنوان شرایط بهینه تعیین شدند. نتایج مطالعه جذب بیشترین همبستگی را با مدل النگمیر و سنتیک درجه 2 نشان داد. واژگان کلیدی : گل قرمز اسید قرمز 88 پساب نساجی جذب سطحی ایزوترم سینتیک ترمودینامیک رنگهای سنتتیک به عنوان یکی از مشکالت اساسی از نظر زیست محیطی محسوب میگردد] 1 [. به خاطر اینکه این نوع رنگها ممکن است در اثر تجزیه به محصوالت سمی تبدیل گردند] 2 [. مواد رنگی در صنایع مختلف نظیر تولید مواد آرایشی چرم کاغذ و صنایع ساجی مصرف میشود] 3 [. مهمترین صنعت استفاده از مواد رنگیصنعت نساجی میباشد] 4, 5[. حدود 10 تا %20 از کل تولیدات جهانی رنگها در طول فرآیندهای رنگکاری از دست میرود و در فاضالب صنعت نساجی رها میشود که تصفیه موثر و کارآمد آنها جزء الزامات زیست محیطی است] 6, 7[. میزان سالیانه این مواد رنگی حدود 700 هزار تا 1 میلیون تن میباشد] 8, 9[. غلظت آن در خروجی پساب صنایع حدود 10 تا 200 میلیگرم در لیتر میباشد] 10 [. رنگها به دلیل ساختار پیچیده اغلب پایدار و مقاوم به تجزیه بیولوژیک بوده که غالبا سمی و سرطانزا و جهشزا هستند] 11, 12[. تخلیه فاضالب رنگی در آبهای پذیرنده منجر به بروز پدیده اتریفیکاسیون و تداخل در اکولوژی آبهای پذیرنده میشود] 13 [. تاکنون روشهای فیزیکی *.نویسنده مسئوول: کارشناسی ارشد مهندسی بهداشت محیط کمیته تحقیقات دانشجویی دانشگاه علوم پزشکی قم ایران alijoghatayi69@gmail.com 123

کاربرد گل قرمز فعال شده براي جذب... بالرک و همکاران شیمیایی بیولوژیکی مختلفی از جمله انعقاد تبادل یون اکسیداسیون شیمیایی فرآیندهای بیولوژیکی جذب سطحی و... برای حذف مواد رنگی فاضالب استفاده شده است] 14 [. امروزه فرآیندهای بیولوژیکی به دلیل خاصیت مقاوم به تجزیه بودن آنها کارایی زیادی ندارند] 15 [. همچنین حاللیت باالی رنگها در مجیط آبی امکان حذف آنها را بوسیله فرایندهای متداول چون انعقاد و تهنشینی مشکل میکند] 16 [. اکثر مطالعاتی که در زمینه حذف رنگ صورت گرفته بر پایه فرایندهای کسیداسون پیشرفته میباشد که علیرغم درصد باالی حذف رنگ در این فرآیندها تشکیل محصوالت جانبی و هزینه آنها یک معضل محسوب میگردد] 17 [. از بین سایر روشها متداولترین روش حذف رنگ جذب سطحی است] 18 [. بنابراین مطالعات زیادی برای یافتن جاذبهای ارزان قیمت و موثرتر با هدف کاهش هزینه روش جذب برای حذف مواد آلی در حال انجام است. در سالهای اخیر بیشتر توجه به استفاده از مواد طبیعی و زائدات به عنوان مواد ارزان معطوف شده است و در این راه از جاذبهای مانند بنتونیت] 19 [ اکسی هیومیلیت خاکستر فرار هسته هلو و زیتون خاکستر فرار] 20 [ بیومس آزوال] 21 [ عدسک] 22 [ کانوال] 23 [ کاه برنج] 24 [ برای حذف آالیندههای آلی و غیرآلی استفاده شده است. امروزه یکی از جاذبهای ارزان قیمت که در تصفیه انواع پسابها مورد توجه قرار گرفته است گل قرمز میباشد.گل قرمز مهمترین ماده زائد فرآیند بایر (Bayer) طی تهیه آلومینا میباشد] 25 [. سنگ بوکسیت دارای مقدار زیادی هیدروکسید آلومینیوم میباشد لذا از آن برای تولید آلومینا (AL2O3) طی فرایند بایراستفاده میشود] 26 [. گل قرمز مخلوطی از اکسید و هیدروکسیدهای مختلف است] 27, 28[. از گل قرمز در فرآیندهای مختلفی مثل ساخت مصالح ساختمانی و سرامیکی جاده سازی و غیره استفاده شده است] 27 [. اما هنوز هم حجم بسیار زیادی از آن تلنبار می شود که نیازمند زمین بسیار زیادی میباشد] 29 [. بنابراین در کشورهای مختلف از این جاذب برای جذب ترکیبات آلی نظیر رنگها مانند قرمز گنگو] 30 [ ترکیبات فنل] 31 [ فلزات سنگین مانند نیکل] 27 [ کادمیوم سرب مس آرسنیک و روی] 32 [ استفاده شده است که نتایج بسیار خوبی در جذب این مواد نشان داده است. بنابراین اهداف اصلی این تحقیق بررسی زمان تماس ph غلظت اولیه رنگ دز جاذب سرعت اختالط و دما بر روی کارایی حذف رنگ و تعیین بهترین مدل ایزوترمی و سینتیکی و ترمو دینامیکی جذب سطحی میباشد -2 1-2- مواد و وسایل رنگ اسید رد 88 با فرمول شیمیایی C20H13N2NaO4S از نوع رنگهای اسیدی با درجه خلوص %99 و وزن مولکولی 400/39 گرم در مول میباشد] 33 [. ساختار رنگ اسید رد 88 در شکل 1 آمده است. این رنگ از شرکت الوان ثابت تهیه شد. 124

مجله علمي- پژوهشي شيمي کاربردي سال یازدهم شماره 38 بهار 1395 شکل 1: ساختارشیمیایی رنگ اسید رد 88]33[ 2-2- روش کار 1-2-2- روش آمادهسازي جاذب ابتدا گل قرمز از شرکت آلومینیوم تبریز تهیه شد. سپس جهت فعال سازی گل قرمز به ازای هر 10 گرم گل قرمز از 20 میلی لیتر اسید نیتریک 1 نرمال به مدت 24 استفاده گردید. سپس برای از بین بردن اسید با آب مقطر دو بار تقطیر سه بار شسته شد و در نهایت در دمای 103 درجه سانتی گراد به مدت 6 ساعت خشک شد. پس از این مرحله گل قرمز حاصله در هاون آسیاب شد و با استفاده از الک ASTEM مش گل قرمز 30 تعیین شد و تا زمان استفاده در دیسکاتور نگهداری شد] 34 [. 2-2-2- مشخصات جاذب سطح ویژه و حجم تخلخلهای بسته جاذب با کمک آزمایش BET با دستگاه Gemini 2375 شرکت Micromeritics آمریکا و چگالی ذرات با دستگاه پیکنومتر AccuPyc 1330 همان شرکت و در پژوهشگاه مواد و انرژی تعیین شده است. شد همچنین به منظور آنالیز عنصری جاذب فعال شده از روش میکروسکوپ الکترونی (SEM) مجهز به EDX مدل Pilips استفاده 3-2-2- مطالعات آزمایشگاهي این تحقیق یک مطالعه تجربی- آزمایشگاهی بود که در سیستم ناپیوسته انجام گردید. محلول استوک رنگ )1000 میلی گرم بر لیتر( مورد استفاده در این مطالعه از حل کردن 1 گرم رنگ در یک لیتر آب دو بار تقطیر بدست آمد. سپس از محلول استوک برای ساخت محلولهای رنگ با غلظتهای مختلف استفاده گردید. پارامترهای مورد تحقیق در این آزمایشگاه شامل زمان تماس ( 10 تا 120 دقیقه( سرعت اختالط )50 200 150 100 دور دقیقه( ph برابر با 3 تا 11 دز جاذب 1 تا 10 گرم در لیتر غلظت اولیه رنگ 25 تا 500 میلیگرم در لیتر میباشد. سیستم جریان ناپیوسته با استفاده از ارلنمایرهای 100 میلی لیتری و شیکر با سرعت 200 دور در دقیقه به مدت 120 دقیقه تا دستیابی به زمان تعادل جذب جهت آزمایشات در دمای اتاق به کار برده شد. ابتدا برای تعیین زمان تماس بهینه مقدار مشخص از محلول رنگی و دز جاذب را به درون ارلن مایر ریخته و ph را 125

کاربرد گل قرمز فعال شده براي جذب... بالرک و همکاران ثابت نگه داشته و بر روی شیکر با سرعت اختالط 200 دور در دقیقه قرار میدهیم و در زمانهای مختلف نمونهگیری میکنیم تا زمان تماس بهینه بدست آید. آزمایشات مربوط به زمان تماس در دز جاذب 6 گرم در لیتر با غلظت 10 میلیگرم در لیتر رنگ و ph برابر با 3 و سرعت اختالط 200 دور در دقیقه انجام شد. بعد از اتمام درست کردن نمونه آنها را بر روی شیکر با سرعت 200 دور در دقیقه قرار میدهیم و در زمانهای تعیین شده نمونه مورد نظر برداشته و برای صاف کردن آن از دستگاه سانتریفوژ با 3600 دور در دقیقه به مدت 10 دقیقه استفاده میکنیم. بعد از تعیین زمان تماس بهینه آزمایشات مربوط به سرعت اختالط را انجام میدهیم بدین صورت که تمام پارامترها را ثابت نگه داشته و سرعت اختالط را تغییر میدهیم. آزمایشات از طریق مقادیر بهینه زمان تماس و سرعت اختالط برای بدست آوردن ph بهینه انجام میشود. برای بدست آوردن ph بهینه از زمان تماس بهینه و دز جاذب 6 گرم در لیتر و غلظت 10 میلیگرم در لیتر رنگ و سرعت اختالط 200 دور در دقیقه استفاده میکنیم. رنگ اسید رد 88 باقیمانده با استفاده از دستگاه اسپکتروفتومتری DR4000 مطابق با حداکثر طول موج )λmax( برابر با 503 nm اندازهگیری شد] 33 [. تمام مراحل آزمایش برای پیردن به خطاهای احتمالی در سه مرحله انجام شد و از میانگین آزمایشات برای نتیجهگیری نهایی استفاده گردید. بنابراین تعداد نمونههای مورد نظر با توجه به بهینه بودن پارامترها و تکرار آزمایشات برای جاذب 120 نمونه میباشد. در نهایت میزان جذب و راندمان جذب با استفاده از روابط 1 و 2 تعیین شد. در این رابطه R راندمان qe ظرفیت جذب بر حسب میلیگرم به ازای هر گرم جاذب C0 Ce غلظت اولیه رنگ برحسب میلیگرم در لیتر غلظت رنگ در زمان t برحسب میلیگرم در لیتر M جرم جاذب برحسب گرم V حجم نمونه برحسب لیتر میباشد] 35 [. R= (Co Ce) 100 Co Qe = (Co Ce) V M ) 1( ) 2( نتایج و بحث مشخصات ساختاري جاذب -3-1-3 در این مطالعه کارآیی و پارامتر های بهینه در جذب رنگ اسید رد 88 توسط پسماند گل قرمز مورد بررسی قرار گرفت. خصوصیات جاذب در جدول 1 نشان داده شده است. گل قرمز مورد استفاده دارای سطح ویژه 30 متر مربع در هر گرم میباشد و این نشاندهنده آن است که جاذب دارای سطح ویژه مناسی برای جذب بوده و حجم کل تخلل گل قرمز برابر با 0/241 سانتیمتر مکعب بر گرم میباشد. یکی از مهمترین ویژگیهای جاذب که قبل از شروع آزمایش باید به آن توجه نمود سطح ویژه جاذب میباشد. برای اینکه اگر جاذب مورد استفاده دارای سطح ویژه باالیی باشد دارای خلل و فرج بیشتر و در نتیجه سطح تماس 126

مجله علمي- پژوهشي شيمي کاربردي سال یازدهم شماره 38 بهار 1395 باالتری با ماده جذب شونده خواهد بود که یکی از ویژگیهای جاذبهای با کارایی باال میباشد. مقایسه سطح تماس این جاذب با جاذبهای دیگر نشان میدهد که نسبت به جاذب بوجود آمده از پوسته بادام گردو دارای سطح تماس بیشتری میباشد. بطوریکه سطح ویژه این جاذبها به ترتیب برابر با 6 14 مترمربع به ازای هر گرم است] 38 [. نتایج این مطالعه با نتایج مطالعات بالرک شکوهی و همکاران درباره حذف رنگ با گل قرمز همخوانی داشته بطوریکه در مطالعات سطح تماس جاذب را 29 تا 32 مترمربع به ازای هر گرم بیان کردهاند] 34, 39[. مقایسه سطح جذب گل قرمز با جاذبهای طبیعی گیاهی که برای حذف رنگ بکار برده شده نشان میدهد که دارای سطح جذب تقریبا یکسانی با جاذبهای مانند گیاه آزوال و عدسک میباشد. الزم به یادآوری است که سطح ویژه گیاه آزوال 34 و عدسک 30 مترمربع به ازای هر گرم است] 40, 41[. درصد وزنی عناصر موجود در ساختار بیومس در جدول 2 آمده است و همانطوری که مشاهده میکنید عنصر آهن اکسیژن کلسیم آلومینیوم چهار عنصر اصلی SEM ساختار گل قرمز هستند. به منظور ارزیا یب مشخصات مرفولوژی و سطحی گل قرمز از آنالیز شد. استفاده میکروگراف SEM بیومس تولیدی نیز در شکل 2 آمده است. نتایج حاصل از این آنالیز نشاندهنده یک ساختار نامنظم با سطح متخلخل از جاذب را نشان میدهد. مطالعات مشابه ثابت کردند که این ساختار متخلخل باعث افزایش سطح تماس و افزایش میزان جذب یونهای رنگی به درون جاذب شده و این ساختار متخلخل نقش ویژهای در توانایی جذب دارد] 36 [. جدول 2: درصد وزنی عناصر موجود در ساختار بیومس عناصر آهن اکسیژن کلسیم آلومینیوم سیلیسیوم منیزیم سدیم پتاسیم % وزنی 21/9 24/7 22/4 11/6 7/6 1/1 2/2 1/44 بیومس 30 34/5 2/17 ناچیز 1 /4-1/2 0/241 جدول 1: خصوصیات جاذب پارامتر سطح ویژه /g) (m 2 سطح ویژه تک نقطه ای (m 2 /g) چگالی( (g/cm 3 رطوبت(%) اندازه ذرات( mm ) حجم تخلخل( g / (cm 3 127

لظت درصد حذف کاربرد گل قرمز فعال شده براي جذب... بالرک و همکاران شکل 2: عکس SEM از جاذب 2-3 -زمان تماس نتایج حاصل از تاثیر زمان تماس بر روی جذب در شکل 3 نشان داده شده است و نتایج نشان میدهد با افزایش زمان تماس میزان جذب افزایش مییابد. واضح است که در مراحل اولیه تعداد زیادی از مکانهای سطحی خالی برای جذب سطحی در دسترس است و با گذشت زمان اشغال مکانهای سطحی خالی باقی مانده مشکل میشود زیرا بین مولکولهای رنگ جذب شده روی سطح جامد و مولکولهایی که در حالت محلول قرار دارند دافعه به وجود میآید] 42, 43[. 100 14 75 50 25 0 10 20 30 45 60 75 90 120 12 10 8 6 4 2 باقیمانده)میلی گرم در لیتر( 0 زمان ( دقیقه( غلظت با قیمانده درصد حذف 3-3 -تاثير سرعت اختالط شکل 3: تاثیر زمان تماس بر روی کارائی حذف )دز جاذب 6 گرم در لیتر غلظت رنگ 25 میلیگرم در لیتر )ph=3 شکل 4 اثر سرعت اختالط را بر میزان جذب رنگ توسط گل قرمز اصالح شده را نشان میدهد. همان طوری که مالحظه میکنید با افزایش سرعت اختالط از 50 تا 200 دور در دقیقه میزان جذب رنگ نیز افزایش مییابد. افزایش سرعت اختالط باعث کاهش الیه مرزی شده 128

درصد حذف ظرفیت جذب)میلی گرم بر گرم( غلظت باقیمانده درصد حذف )میلی گرم در لیتر( مجله علمي- پژوهشي شيمي کاربردي سال یازدهم شماره 38 بهار 1395 و از این جهت باعث کاهش مقاومت الیه نازک اطراف ذرات جاذب برای انتقال جرم میگردد. همچنین میتوان گفت که در سرعتهای پایین اختالط به خوبی انجام نمیگیرد و در نتیجه پخش جاذب کاهش یافته و سرعت جذب کم میشود] 44 [. 100 5 75 50 4 25 3 0 50 100 150 200 سرعت اختالط ظرفیت جذب درصد حذف 2 شکل 4: تاثیر سرعت اختالط )زمان تماس 75 دقیقه دز جاذب 6 گرم در لیتر غلظت رنگ 25 میلیگرم در لیتر )ph=3 4-3 -تاثير ph شکل 5 تاثیر ph بر میزان جذب رنگ توسط گل قرمز اصالح شده را نشان میدهد. همانطوری که مالحظه میشود با افزایش ph میزان جذب رنگ توسط جاذب کاهش یافته و ph بهینه برای جذب 3 میباشد. دلیل افزایش کارآیی حذف رنگ در ph پایین را میتوان با افزایش یون H + در محیط و کاهش یون OH و افزایش میزان یونهای مثبت بر روی سطح جاذب توضیح داد] 45 [. در ph باالتر سطح جاذب دارای بار منفی شده و بنابراین نیروی دافعه الکترواستاتیکی بین یونهای با بار منفی ماده جذبشونده و سطح با بار منفی جاذب سبب کاهش مقدار جذب ماده رنگزا شده است] 46 [. 6 100 5 80 4 3 2 غلظت باقیمانده 60 40 1 20 0 3 5 7 9 11 0 ph شکل 5: تاثیر ph )دز جاذب 6 گرم در لیتر غلظت رنگ 25 میلیگرم در لیتر زمان تماس 75 دقیقه ) 129

درصد حذف ظرفیت جذب)میلی گرم بر گرم( کاربرد گل قرمز فعال شده براي جذب... بالرک و همکاران 5-3 -تاثير غلظت اوليه رنگ شکل 6 تاثیر تغییرات تاثیر غلظت اولیه رنگ بر میزان جذب رنگ توسط گل قرمز اصالح شده را نشان میدهد. با افزایش غلظت رنگ میزان حذف کاهش مییابد بطوریکه برای غلظتهای 25 و 500 میلیگرم در لیتر میزان حذف در زمان تماس 75 دقیقه به ترتیب برابر با 99/5 و 70/4 درصد میباشد. در غلظت پایین رنگ سطح ویژه و سایتهای تبادلی جاذب بیشتر بوده و یونهای رنگ قادرند با موقعیتهای جذب موجود بر سطح جاذب برهم کنش داشته باشند و لذا بازده جذب بیشتر است ]47, 48[. الزم به ذکر است هر چند با افزایش غلظت اولیه رنگ میزان حذف کاهش مییابد اما بر روی ظرفیت جذب تاثیر مثبت داشته و افزایش ظرفیت جذب ممکن است به دلیل افزایش نیروی ناشی از گرادیان غلظت باشد] 34, 39[. 100 90 80 70 60 60 45 30 15 50 25 50 100 200 300 500 غلظت اولیه رنگ )میلیگرم در لیتر( 0 شکل 6: تاثیر غلظت اولیه رنگ بر روی کارائی و ظرفیت جذب )دز جاذب 6-3 -تاثير دز جاذب ظرفیت جذب درصد حذف 6 گرم در لیتر زمان تماس 75 دقیقه )ph=3 شکل 7 تاثیر تغییرات دز جاذب بر میزان جذب رنگ توسط گل قرمز اصالح شده را نشان میدهد. همانطوری که مالحظه میشود با افزایش دز جاذب میزان جذب رنگ افزایش یافته و دز بهینه برای جذب 6 گرم در لیتر بدست آمد. بطوریکه در غلظت 1 گرم در لیتر میزان حذف %52 و در غلظت 6 گرم در لیتر میزان حذف 99/5 درصد میباشد. با اینکه با افزایش مقدار جاذب میزان حذف افزایش مییابد. ولی ظرفیت جذب ( qe (کاهش مییابد. بطوریکه با افزایش دز جاذب میزان رنگ جذب شده از 3/2 به 0/98 میلیگرم به ازای هر گرم جذب کاهش یافت. علت افزایش راندمان با افزایش دز جاذب به این دلیل است که با افزایش مقدار جاذب تعداد سایتهای فعال جذب بر روی جاذب که میتواند در اختیار یونهای رنگزا قرار گیرد افزایش مییابد. با این حال ظرفیت جذب )برحسب میلیگرم در گرم( یک روند کاهشی را نشان میدهد. این روند کاهشی در ظرفیت جذب با افزایش مقدار جاذب به خاطر تعداد زیاد سایتهای غیراشباع جذب است] 49, 50[. 130

ظرفیت جذب)میلی گرم بر گرم( درصد حذف مجله علمي- پژوهشي شيمي کاربردي سال یازدهم شماره 38 بهار 1395 12 100 9 6 3 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 دز جاذب ( گرم در لیتر( 75 50 25 0 در صد حذف ظرفیت جذب 7-3 -معادالت ایزوترمي شکل 7: تاثیر دزجاذب بر روی کارائی و ظرفیت جذب) ph=3 غلظت رنگ 25 میلیگرم در لیتر زمان تماس 75 دقیقه( در این تحقیق از سه نوع ایزوترم النگمیر فروندلیچ تمکین استفاده شده است. معادالت مربوط به ایزوترمها در جدول 1 آمده است. با توجه به اینکه زمان تماس بهینه برای جاذب گل قرمز 75 دقیقه میباشد بنابراین مدت زمان 75 دقیقه برای بررسی ایزوترم جذب انتخاب شد. ضریب رگرسیون و ثابتهای مربوط به ایزوترمها در جدول 3 آمده است و همانطور که قابل مشاهده است بهترین ایزوترم برای جذب رنگ اسید رد 88 النگمیر است. پس میتوان نتیجهگیری کرد که گل قرمز دارای یک سری مکانهای جذب میباشد که به صورت همگن کار جذب را انجام میدهند. در مطالعاتی که توسط گوک و پادمیش انجام شده است نیز مکانیسم حذف رنگ تئوری النگمیر میباشد] 11, 33[. مقایسه ظرفیت جذب بدست آمده از معادله النگمیر با جاذبهای دیگر در حذف رنگ در جدول 5 آمده است. جدول 3: معادالت ایزوترمی] 53-51 [ Log ce qe x m = = 1 qm KL 1 n + ce qm log Ce + log KF q e =B1ln (kt) + B1ln Ce مدل النگمیر مدل فروندلیخ مدل تمکین جدول 4 : ضرایب مدلهای ایزوترمی جذب رنگ اسید رد 88 بر روی گل قرمز النگمیر فروندلیچ تمکین R 2 K t B R 2 K F 1/n R 2 qm K L 0/928 1/80 0/69 0/935 5/44 0/241 0/973 10/75 1/47 131

کاربرد گل قرمز فعال شده براي جذب... بالرک و همکاران جدول : 5 مقایسه ظرفیت جذب جاذبهای مختلف برای حذف رنگ جاذب ظرفیت جذب )میلیگرم بر گرم( رفرنس 12 9 / 81 آزوال فیلیکولیدس 23 7 / 75 کلزا 24 12 / 5 کاه برنج 54 8 / 84 عدسک آبی 55 3 / 9 کربن فعال درخت صنوبر 56 1 / 26 پوسته تخم مرغ 57 11 / 5 ساقه گندم 58 24 / 2 بنتونیت 38 5 / 6 پوسته بادام 47 21 / 16 زئولیت ---------- 10 / 75 مطالعه حاضر 8-3 -مطالعه سينتيکي به منظور تهیه اطالعاتی در مورد عوامل موثر بر سرعت واکنش ارزیابی سینتیک ضروری میباشد. معادالت مربوط به سینتیکها و ضرایب مدلهای سینتیکی در جدول 6 و 7 آمده است و نتایج نشان میدهد که از بین مهمترین روابط سینتیکی سنتیک درجه دو بیشترین تطابق را با مطالعه حاضر دارد. الزم به ذکر است سینتیکهای دیگر نیز مطابقت خوبی با دادههای تعادلی دارند و ضریب رگرسیون برای تمام مدلهای سینتیکی باالی 0/9 بود. مهمترین سنتیک از نظر سرعت واکنش درجه دو میباشد و بیشتر جاذبها با کارایی باال از این سنتیک پیروی میکنند] 33-31 [. نوع سینتیک درجه اول درجه دوم ایلوویچ پخش بین ذره ای جدول 6: معادالت سینتیکی] 59. 60[. فرم خطی k1t Log (q e q t) = log q e 2.3 t q = 1 k 2 qe 2 + 1 1 1 = ( )ln(αβ)+ ( q e β q t = k dif β t 0.5 qe t ) lnt + c 132

م- مجله علمي- پژوهشي شيمي کاربردي سال یازدهم شماره 38 بهار 1395 جدول 7 : ضرایب مدلهای سینتیکی جذب رنگ اسید رد 88 بر روی گل قرمز درجه اول درجه دوم ایلوویچ پخش بین ذره ای R 2 c k dif R 2 α β R 2 qe K 2 R 2 q e K 1 0/973 3/17 0/069 0/922 1/18 0/988 0/998 4/76 0/0171 0/996 0/196 0/059 9-3 طالعات ترمودیناميکي به منظور بررسی اثر دما بر جذب رنگزای اسید قرمز 88 بر روی گل قرمز فعال شده ثابتهای ترمودینامیکی آنتالپی ) H ( آنتروپی ) S ( و تغییرات انرژی آزاد ) G ( در دماهای 293 303 323 313 کلوین مورد بررسی قرار گرفت. تغییرات انرژی آزاد و ثابت تعادل ترمودینامیکی طبق معادله 3 تا 5 محاسبه میگردد. متغیرهای دیگر مثل آنتالپی و آنتروپی جذب با استفاده از رابطه 6 که به نام رابطه وانت-هوف معروف است بدست میآید] 61 [. G = - RT Ln Kd )3( K d = q e c e )4( Ln kd = S R - H RT )5( ثابتهای ترمودینامیکی جذب رنگزا بر روی گلقرمز در جدول 8 آورده شده است. مقدار مثبت برای آنتالپی ) H ( نشاندهنده این است که فرآیند جذب رنگزا گرماگیر است که دلیلی بر تشکیل پیوند شیمیایی قوی بین مولکولهای رنگ و سطح جاذب میباشد] 62 [. همچنین مقدار مثبت آنتروپی ) S ( بیانکننده پیوستگی جاذب با ماده جذب شونده و افزایش بازده با افزایش دما در فاز مشترک جامد و مایع در طول فرآیند جذب است. اما مقادیر برای تغییرات انرژی آزاد ) G ( نشاندهنده این است که فرآیند جذب رنگ اسید قرمز 88 بر روی گل قرمز یک واکنش خودبخودی است. افزایش مقادیر منفی انرژی آزاد با افزایش دما ممکن است به دلیل تاثیر دهیدراسیون هر دو ماده جذب شونده و جاذب باشد که واکنش بین آنها را تسهیل نموده و نهایتا جذب را در دمای باال مطلوبتر میسازد] 61, 62[. 133

کاربرد گل قرمز فعال شده براي جذب... بالرک و همکاران S (J/mol k) دما )کلوین( جدول 8: ثابتهای ترمودینامیکی جذب رنگ اسید رد 88 بر روی گل قرمز متغیرهای ترمودینامیکی H (KJ/mol) Ln kd G (KJ/mol) 2 /82-7/58 293 1/77 0/916 3 /4-8/87 303 4 /49 5 /51-11/33-13/44 313 323 4- نتیجهگیری براساس نتایج بدست آمده گل قرمز میتواند یک جاذب موثر و ارزان و در دسترس برای حذف رنگ اسید رد 88 از پساب صنایع مورد استفاده قرار گیرد. میزان حذف به پارامترهایی مانند زمان تماس ph دزجاذب غلظت اولیه رنگ سرعت اختالط و دمای محلول بستگی دارد. با افزایش زمان تماس و دز جاذب میزان حذف نیز افزایش مییابد. جذب رنگزا بر روی جاذب یک واکنش گرماگیر و خودبخودی میباشد. برازش مدلهای ایزوترمی و سینتیکی نشان داد که مدل ایزوترمی النگمیر و سینتیک درجه دو دارای ضریب رگرسیون بیشتر نسبت به سایر ایزوترمها و سینتیکها میباشد. همچنین بیومس مورد استفاده دارای ساختار نسبتا الیهای و خلل و فرج دار و عناصر آهن آلومینیوم اکسیژن و کلسیم چهار عنصر اصلی ساختار گل قرمز مورد استفاده میباشند. 5 -مراجع 1. A. Santos, J. Francisco, V. Lier, B. Jules, Bioresource Technology. 2007,98, 2369-2385. 2. K.R. Ramakrishna and T. Viraraghavan, Water Sci Technol. 1997,36,189 96. 3. P. Nigam, G. Armour, I.M. Banat, D. Singh, R. Marchant,Bioresour Technol, 2000,72,219 26. 4. L. Qian, Y. Qin-Yan, S. Hong-Jian, S. Yuan, G. Bao-Yu, Journal of Environmental Management. 2010, 91, 1601-1611. 5. N. Willmott, J. Guthrie, G Nelson, J Soc Dye Colour, 1998,114,38 41 6. C.y. Tan, M. Li, Y.M Lin, X.Q Lu, Desalination,2010, 266, 56-62. 7. T. Robinson, G. McMullan, R. Marchant, P. Nigam,Bioresour Technol. 2001,77,247 55. 8. G. Mezohegyi, A. Kolodkin, Industrial and Engineering Chemistry Research. 2007,46, 6788 6792. 9. T. O,Mahony, E. Guibal, J.M. Tobin,Enzyme Microbiol. Technol.2002,63, 314-456 10. Y. Yue, L. Huiqiang, L. Bo, Industrial and Engineering Chemistry Research.2014,53,2605 2613. 11. O. Gok, A.S. Ozcan, A. Ozcan, Applied Surface Science.2010, 256, 5439-43. 12. M.A Zazouli, D. Balarak, Y. Mahdavi, journal of advances in environmental health research.2013, 1, 1-7. 134

مجله علمي- پژوهشي شيمي کاربردي سال یازدهم شماره 38 بهار 1395 13. K. Naddafi, R.N Nodehi, M.J Rad, Health & Environmental.2011, 4,359-68. 14. A.R. Rahmani, M.R. Samarghandi, J. water and wastewater,2009,10,52-9. 15. M. Toor, B. Jin, Chemical Engineering.2011, 187, 79-88. 16. R. Shokohi, M.R. Samarghandi, F. Pourfarzi, M.S. Siboni, H Vahedi, J. Health &Environmental,2011, 4,1-10. 17. M.T. Ghaneian, M. Dehvari, M. Taghavi, M. Amrollahi, B Jamshidi, Jundishapur Journal of Health Sciences,2012, 4, 45-55. 18. M. Saghi, A. Allahabadi, A. Sani, T. Vazeiri, R. Hekmatshoar, Journal of Sabzevar University of Medical Sciences,2012,19, 127-35. 19. A. S. Ozcan, J. Coll. Interf. Sci.2004, 276, 39 46. 20. S. Wang, Y. Boyjoo, A. Choueib, Z.H. Zhu, Water Research.2005, 39, 129-38. 21. F. Vafaei, A.R. Khataee, A. Movafeghi, S.Y.S. Lisar, International Biodeterioration and Biodegradation, 2010, 75, 194-200. 22. M.A. Zazouli, D. Balarak, F. Karimnejad, J. Mazandaran University of Medical Science, 2013,23, 73-81. 23. M.A. Zazouli, J.Y. Cherati, D. Balarak, Ebrahimi M, Mahdavi Y, J. Mazandaran University of Medical Science, 2013,23, 73-81. 24. R.A. Diyanati, D. Balarak, Iranian journal of health sciences.2013, 2, 35-40. 25. B. Claudia, C. Carlo, M. Paolo, P. Valentina, T Leonardo, Journal of Hazardous Materials, 2005, B117, 55-63. 26. S. Wang, H.M. Ang, M.O. Tada, Chemosphere,2008,72,1621-1635. 27. I. Smiciklas, S. Smiljanic, A. Peric, M. ŠljivicIvanovic, D. Antonovic, Chemical Engineering Journal, 2010, 214,327-335. 28. C. Yunus, A. Gulsin, M. Ersoz, S.Gezgin, J.Hazardous Materials, 2007, 147,412-417. 29. H.Weiwei, W. Shaobin, Z. Zhonghua, L. Li, Y. Xiangdong, R. Victor, J.Hazardous Materials, 2008, 158,35 42. 30. A.Tor, Y. Cengeloglu, J. Hazardous Materials,2006, 138,409-15. 31. M.A. Zazouli, D. Balarak, Y. Mahdavi, M. Barafrashtehpour, M. Ebrahimi, J. Health & Development,2013, 2,1-11. 32. A.F. Bertocchi, M. Ghiani, R. Peretti, A Zucca, J. Hazardous Materials, 2006, 134, 112-119. 33. T.V.N. Padmesh, k. Vijayaraghavan, G. Sekaran, M. Velan, J. Chemical Engineering Journal, 2006, 122,55 63. 34. R. Shokohi, J. Jafari, M. Shirzad, N. Ghomar, S. Sayidi, J. kordestan university of Medical science, 2011,16,58-65. 135

کاربرد گل قرمز فعال شده براي جذب... بالرک و همکاران 35. R.A. Diyanati, Z. Yousefi, J.Y. Cherati, D. Balarak, J.Mazandaran University of Medical Science,2013, 22,13-21. 36. M.A. Zazouli, D. Belarak, J.Hormozgan University Medical Science. 2014,17,45-55. 37. M.A. Zazouli, D. Balarak, Y. Mahdavi, Iranian journal of health sciences,2013, 2, 20-30. 38. S.P. Pazoheshfar, Environmental Science and Technology,2009,10, 219-33. 39. M.A. Zazouli, D. Balarak, Y. Mahdavi, M. Ebrahimi. Iranian journal of health sciences, 2013, 1, 29-40. 40. R.A. Diyanati, Z. Yousefi, J.Y. Cherati, D. Balarak, J.Mazandaran University Medical Science, 2013, 23,21-28. 41. M.A. Zazouli, D. Balarak, Y. Mahdavi, J. Hyhiene sciences,2014, 4,17-24. 42. M.R. Samarghandi, M.N. Sepehr, M. Zarrabi, M.Norouzi, J. Health & Environmental, 2011,4, 399-410. 43. N. M. Mahmoodi, B. Hayati, M. Arami, J. Color Sci. Tech.2011, 5, 243-251. 44. R.A. Diyanati, J.Y. Cherati, D. Balarak, Belarak, J. Mazandaran university of medical science, 2013, 22,58-64. 45. T.V.N. Padmesh, k. Vijayaraghavan, G. Sekaran, j. Hazardous Materials,2005, B125, 121-129. 46. M.A. Zazouli, D. Balarak, Y. Mahdavi, F Karimnejad, J. Basic Research in Medical Science, 2014, 1, 29-37. 47. B. Armagan, M. Turan, M.S. Celik, Desalination,2004,170, 33 39. 48. L.S. Oliveira, A.S. Franca, T.M. Alves, S.D.F. Rocha, J.Hazard. Mater, 2008, 155,507 512. 49. A.B. Karim, B. Mounir, M. Hachkar, M. Bakasse, A. Yaacoubi, J. Hazard. Mater, 2009,168, 304 309. 50. L. S. Tsui, W. R. Roy, M. A. Cole, Color Technol,2002, 119,14-18. 51. S. Azizian, J. Colloid Interface Sci,2004, 276,47 52. 52. A. R. Tehrani-Bagha, N. M. Mahmoodi, M. Markazi, E. Talaee, J. Color Sci. Technol,2009 3, 145-155. 53. I. Langmuir, J. Am. Chem. Soc.1998, 40,1361 1403. 54. D. Balarak, F. Pirdadeh, Y. Mahdavi. Journal of Science, Technology & Environment Informatics. 2015; 1 (2), 81-90. 55. R. Shokoohi, V. Vatanpoor, M. Zarrabi, A. Vatani. E J Chem. 2010;7; 65. 56. M.H. Ehrampoush, Gh.Ghanizadeh, M.T. Ghaneian. Iran J Environ Health Sci Eng. 2011; 8(2);101-106. 57. R. Gong, Y. Liu, Y. Jiang, C. Li.African Journal of Biotechnology. 2009; 8(24), 7138-7147. 58. M. Toor, B. Jin. Chemical Engineering. 2011;187:79-88 136

مجله علمي- پژوهشي شيمي کاربردي سال یازدهم شماره 38 بهار 1395 59. P. Waranusantigul, P. Pokethitiyook, M. Kruatrachue, E.S. Upatham, J. Environ. Pollut,2003, 125, 385 392. 60. Y.S. Ho, G. McKay, J,Chem. Eng,1998, 72,115 124. 61. A. Asfaram, M.R. Fathi, j.color science and technology,2014,7,223-235. 62. B. Kakavandi, R.R. Kalantary, A. Esrafily, A. Jonidi Jafari, J.color science and technology. 2014,7,237-248. 137