مهندسی شیمی ایران دوره 33،

تأثیر روش هاي تبادل یونی و استخراج با حلال آلی بر حذف فلزهاي بالقوه سمی از فاز آبی پساب کارخانه هاي صنعتی

سید مرتضی موسوي راد*+
کرمان، دانشگاه شهید باهنر کرمان، مجتمع آموزش عالی زرند، بخش مهندسی معدن

چکیده: وجود پسابهاي صنعتی داراي یونهاي فلزهاي سنگین یک مسئله نگران کننده زیست محیطی میباشد.
یون هاي فلزهاي سنگین معدنی بهواسطه طبیعت غیر قابل تجزیه، داشتن سمیت زیاد و اثرهاي تجمعی و سرطانزا، بسیار مورد توجه قرار می گیرند. در این پژوهش، روش هاي هیدرومتالورژي مانند روش تبادل یونی و استخراج با حلال آلی براي حذف فلزهاي بالقوه سمی Zn ،Cd ،Ni ،Pb و Cu از فاز آبی پساب هاي چند منطقه صنعتی استان کرمان شامل کارخانههاي پلی اتیلن، کاشی، فرومولیبدن، زغالشویی و معدن زغال سنگ مورد بررسی قرار گرفت.
براي روش تبادل یونی از رزین کاتیونیDowex50wx8 (H+) با اندازه 400- و200 مش براي روش استخراج با حلال آلی از دي اتیل هگزیل فسفریک اسید (D2EHPA) به عنوان استخراج کننده با حلال آلی و کروسین به عنوان رقیق کننده استفاده شد. به منظور یافتن شرایط بهینه، اثر پارامترهاي گوناگون همچون pH، مقدار رزین ،مدت زمان تماس رزین با نمونه در روش تبادل یون و pH فاز آبی و غلظت حلال آلی در روش استخراج با حلال آلی مورد بررسی قرار گرفت. بر اساس نتیجههاي بهدست آمده، بهترین گستره ي pH براي هر دو روش بین 4تا 6 به دست آمد. غلظت بهینه ي حلال استخراج کننده آلی 20 درصد حجمی در کروسین است. نتیجهها بیانگر آن است که درصد حذف فلزهاي بالقوه سمی از فاز آبی پساب کارخانه هاي صنعتی در روش تبادل یونی نسبت به روش استخراج با حلال آلی بالاتر می باشد.

واژههاي کلیدي: حذف فلزهاي بالقوه سمی، رزین 8Dowex50wx ، استخراج با حلال آلی، تبادل یونی، پسابهاي صنعتی.

KEY WORDS: Remove potentially toxic metals, Dowex50wx8 resin, Organic solvent extraction,
مقدمه
امروزه جهتگیري و رویکرد صنعت به سوي روشهاي
استفاده دوباره از مواد مصرفی، روز به روز از اهمیت بیشتري میکروارگانیسمها بوده است . امروزه در اثر گسترش صنایع و ورود

(+E Chemical warfare agent-mail: [email protected] عهده دار مکاتبات *
1)

هیدرومتالورژي میباشد. این امر با توجه هزینههاي سنگین مواد اولیه، سرمایه گذاري بالا، نیروي انسانی و وجود مشکلهایی مانند آلودگیهاي زیست محیطی، مصرف بالاي انرژي و نبود امکان
Ion exchange, Industrial effluents.

برخوردار میشود. تحولها و پیشرفت این رشته در صنعت متالورژي استخراجی، ناشی از سازگاري بیشتر این روش با محیطزیست و مصرف کمتر انرژي میباشد که گسترش آن مرهون کشف و ساخت حلالها و رزینهاي آلی انتخابی و کاربرد
ایران
پسابهاي صنعتی به محیط، اکوسیستم اطراف کارخانهها و آبهاي سطحی و زیرزمینی، در خطر آلودگی میباشند. فلزهاي سنگین، از جمله رایجترین آلایندههایی هستند که بهطور معمول در غلظتهاي بالا، در پساب صنایع یافت میشوند و موجب آسیب به محیطهاي آبی و به مخاطره افتادن سلامت موجودهاي زنده بهویژه انسان میشوند [2،1]. وجود این فلزها در غلظت بیش از استاندارد در آب آشامیدنی باعث عوارض گوناگون مانند مسمومیت، حساسیت شدید، ضایعات کروموزومی و انواع سرطان میشود [3]
با توجه به اثرهاي مخرب این آلاینده ها بر روي موجودهاي زنده، حذف آنها از پساب ها ضروري است. به همین دلیل در راستاي اجراي مقررات استانداردهاي زیست محیطی ،لازم است که قبل از رهاسازي پسابهاي صنعتی در محیط زیست، فلزهاي سنگین آنها حذف شود. براي جداسازي فلزهاي سنگین از پساب روشهاي گوناگونی مانند ته نشینی، انعقاد، شناورسازي، ترسیب شیمیایی، فیلتراسیون، روشهاي غشایی، فناوريهاي الکتروشیمیایی، روشهاي استخراج، تبادل یون، روش هاي زیستی و … مورد استفاده قرار میگیرند [5،4].
کاربرد هر روش، برتريها و محدودیتهاي ویژه خود را دارد ولی در میان این روشها، فرایند استخراج با حلال به دلیل ارزانی، سادگی تجهیزات، سادگی فرایند، در دسترس بودن حلالها و توانایی در حذف غلظتهاي بالاي آنالیتها بسیار مورد توجه میباشد [6]، استخراج با حلال آلی فرایندي است که در آن یک ماده از یک فاز مایع به فاز مایع دیگر انتقال پیدا می کند. در اینروش
فلزهاي موجود در فاز آبی براي تشکیل کمپلکس آلی فلزي با یک ماده آلی واکنش می کند، بنابراین اجزاي فلز، فاز آبی را ترك کرده و وارد فاز آلی می شوند [7]. در این فرایند به طور معمول دو فاز مایع در تماس با یکدیگر قرار گرفته و سپس استخراج کننده توسط حالتهاي گوناگونی مانند تعویض یونی و جفت یونی نسبت به جذب عنصر مورد نظر اقدام می کند. از رقیق کننده براي حل کردن استخراج کننده و بهبود خواص فیزیکی آن استفاده میشود و خود به تنهایی داري خاصیت استخراج کنندگی نیست.
استخراج کننده و رقیق کننده، با هم به عنوان حلال استفاده میشوند.
استخراج کننده دي-2- اتیل هگزیل فسفریک اسید (D2EHPA) بهصورت متداول براي فرایندهاي هیدرومتالوژیکی فلزهاي گوناگون در استخراج مایع – مایع به کار رفته است [8].
تبادل یونی نیز یک روش مناسب براي حذف فلزهاي سنگین از پساب آبی میباشد. در فرایند تبادل یونی یک رزین جامد نامحلول که شامل یونهاي با بار یکسان در یونهاي فلزهاي سنگین میباشد، در محلول پساب آبی قرار می گیرد. واکنش جایگزینی اتفاق میافتد به طوري که رزین یون هاي فلزهاي سنگین را جذب میکند و یونهاي با بار یکسان را جایگزین آنها میکند. این فرایند به دلیل توانایی بازیافت یون هاي فلزهاي سنگین از رزین مورد توجه قرار گرفته است. به همین منظور در این پژوهش، حذف فلزهاي سنگین Zn ،Cd ،Ni ،Pb و Cu با استفاده از روش تبادل یونی و روش استخراج با حلال آلی از پساب کارخانههاي پلی اتیلن، کاشی، فرومولیبدن، زغالشویی و معدن زغال سنگ واقع در استان کرمان مورد بررسی قرار گرفته است.

بخش تجربی
نمونه برداري از پساب خروجی کارخانههاي معدن مورد نظر در ظرفهاي پلی اتیلنی یک لیتري صورت گرفت. ظرفها پیش از نمونهبرداري با اسید شسته شد. نمونه ها براي جداسازي ذرههاي معلق از صافی 4/0 میکرومتر عبور داده شد و براي اندازهگیري فلزها ،pH آب به وسیله نیتریک اسید به کمتر از 2 رسانده شد. نمونهها در محل خنک و در دماي کمتر از 4 درجه سلسیوس نگهداري شدند تا زمانی که به آزمایشگاه انتقال داده شدند. براي آنالیز فلزهاي سنگین از روش هاي استاندارد بین المللی 1995 ,APHA استفاده شد.
پس از انتقال به آزمایشگاه، میزان فلزهاي سنگین با دستگاه جذب اتمی شعله مدل Sens AA اندازه گیري شد. نتیجههاي به دست آمده در جدول 1 نشان داده شده است.
در روش تبادل یونی پیش از اندازه گیري نمونههاي پساب ،بهینه سازي pH، ظرفیت رزین، مدت زمان تماس رزین با نمونه و مقدار مناسب رزین براي جداسازي انجام شد. پس از بهینه سازي این پارامترها به منظور بررسی قابلیت رزین در حذف فلزهاي سنگین ،2/0 گرم رزین کاتیونیDowex50wx8 (H+) با اندازه 400-200 مش درون ستون جداسازي ریخته شد و پس از طی مرحلههاي آماده سازي ،25 میلی لیتر از محلول با pH بهینه از روي ستون عبور داده شد. غلظت فلزهاي سنگین در آب خروجی از ستون توسط دستگاه جذب اتمی شعله اندازهگیري شد. براي احیاي رزین از محلول HCl استفاده شد.
براي انجام آزمایشهاي استخراج مورد نظر، حجمهاي
مساوي از فاز آبی (mL 10) با همان حجم فاز آلی (D2EHPA + کروسین) با غلظت مشخص در تماس قرار داده شد و سپس در همزن مکانیکی مدلIKAGKS 130 Basic به مدت 20 دقیقه

4064-2753847

12192208186

فلز
سنگین

مس

روي

سرب

کادمیم

نیکل

درصد

حذف

7
/
99

1
/
99

0
/
97

8
/
99

1
/
99

فلز

سنگین

مس

روي

سرب

کادمیم

نیکل

درصد



قیمت: تومان

دسته بندی : شیمی و مهندسی شیمی

دیدگاهتان را بنویسید