حذف استرانسيوم از محلول هاي آبي
به وسيلهي اگزروژل بهدست آمده از تترا اتيل اورتو سيليکات:
بررسيهاي سينتيکي و ترموديناميکي

مژگان شمسالدين*+، مصطفي فضلي
سمنان، دانشگاه سمنان، دانشکده شيمي، صندوق پستي 11111 ـ 53151

مسعود نصيري
سمنان، دانشگاه سمنان، دانشکده مهندسي شيمي، نفت و گاز

کمالالدين حق بين
تهران، پژوهشگاه ملي مهندسي ژنتيک و زيست فناوري، دانشکده علوم

چكيده: در اين پژوهش کاتيون استرانسيوم)II( توسط اگزروژل به دست آمده از تترا اتيل اورتو سيليکات از محلول آبي در يک سامانه ناپيوسته حذف شد. مقدارهاي جذب با تغيير پارامترهاي زمان، pH محلول، دما، مقدار جاذب و مقدار اوليه يون فلزي بررسي شد. همدماهاي جذبي لانگموير، فروندليچ، تمپکين و دوبينين ـ رادشکويچ بررسي شد .مطالعهها نشان دادند که داده هاي آزمايش با همدماي لانگموير تطابق بيشتري داشتند. با بهرهگيري از مدل لانگموير بيشترين ظرفيت جذب 11 ميلي گرم بر گرم تعيين شد. مدل هاي سينتيکي گوناگوني براي توصيف دادههاي سينتيکي بهکار رفتند و مدل سينتيکي شبه درجه دوم با نتيجهها منطبق بود. پارامترهاي ترموديناميکي فرايند جذب استرانسيوم )II( همچون انرژي آزاد گيبس)0G∆(، آنتالپي )0H∆( و تغييرهاي آنتروپي )0S∆( محاسبه شدند .نتيجهها نشان دادند که با توجه به منفي بودن انرژي آزاد گيبس و مثبت بودن مقدار آنتالپي، فرايند جذب خودبهخودي و گرماگير ميباشد.

واژههاي كليدي: استرانسيوم؛ اگزروژل؛ جذب سطحي؛ همدما؛ سينتيک؛ مطالعه ناپيوسته.
KEY WORDS: Strontium; Xerogel; Adsorption; Isotherm; Kinetics; Batch experiment.
مقدمه
يکي از مشکلهاي مديريت زبالههاي هستهاي، رهايي از ايزوتوپهاي موجود در پسابهاي راديواکتيو شامل استرانسيوم ،پسابهاي راديواکتيو نيروگاههاي هستهاي است. مهمترين سزيم، پلوتونيوم، آمرکيوم و تکنسيوم ميباشند] 1[.

+E-mail: [email protected] عهده دار مکاتبات *
43
استرانسيوم 09 بهعلت پيچيدگي و نيمه عمر طولاني يکي از با هيدروليز تترا اتوکسي سيلان) TEOS( در اتانول با استفاده ازفراوانترين راديونوکلئيدهاست. استرانسيوم 09 يکي از فراوردههاي کاتاليستهاي گوناگون NH3 ، NaOH ، HCl و NBu4F تهيه شدند.
به دست آمده از فرايند نفوذ هسته اي در خروجي هاي پسابهاي پرتو Si NMR29 از ژلهاي تر )پيش از خشک شدن(، درجه پايين راديو اکتيو باز فرآوري سوخت هاي هسته اي است ]2[. تراکم را براي ژل با کاتاليست HCl و حضور TEOS مونومر افزون بر اين استرانسيوم کاربردهاي صنعتي گوناگوني دارد. از موارد هيدروليز نشده در ژل با کاتاليست NaOH را نشان داد .
استفاده آن در برخي مواد نوري و توليد رنگ قرمز شعله با مقايسه انجام شده بين پرتوهاي Si NMR29 اگزروژل هاي در دستگاههاي آتش بازي است. استرانسيوم 09 بهطور معمول بهدست آمده، افزايش چشمگيري در چگالي ژل تهيه شده با HCl از طريق زنجيره غذايي جذب بدن انسان مي شود و در بدن تجمع طي مرحله خشک شدن) 3 ساعت در 129 درجه سلسيوس( ديده شد.
پيدا مي کند و در پي آن ممکن است خطراتي را بهدليل تابش ،فلاويا )پاون2( ]23[ در آزمايشهايي بر روي آنيلينپروپيلسيليکا اگزروژل)3(،
براي سلامتي انسان به دنبال داشته باشد. در نتيجه، حذف يون استرانسيم) II( از محيط هاي آبي يکي از موضوعهاي مهم در زمينه علوم زيست محيطي و فناوري است ]3[.
روشهاي بسياري براي حذف يون هاي راديواکتيو از محلولهاي
آهن] 18[ و نانو ورقههاي گرافيتي [10] براي حذف آلايندهها حق بين و همکاران ]25[ بررسي حذف ترکيبهاي فنولي استفاده شده است. توسط اگزروژلهاي هيبريدي انجام شد ،نتيجهها نشان دادند
توسعه فرايندهاي سرد آماده سازي سل ـ ژل باعث بروز که اگزروژلهاي تهيه شده قابليت خوبي براي حذف انقلابي در زمينه سراميک، شيشه و زمينه هاي مرتبط با آن شده ترکيبهاي فنولي دارند .محبي و همکاران ]26[ از اگزروژل است. اين فرآيندها طي سه مرحله )تشکيل سل، ژل، اگزروژل( تترا اتيل اورتو سيليکات براي حذف رنگدانه هاي آلي استفاده بر پايه هيدروليز تترا اتيل اورتو سيليکات در شرايط اسيدي يا بازي کردند .نتيجهها جذب بالاتري را براي رنگ داراي بار مثبت و در دماي محيط صورت ميپذيرند. اگزروژلها موادي هستند که )متيلن بلو( در مقايسه با رنگهاي داراي بار منفي و بدون بار بر خلاف شيشههاي معمولي که در فرايند داغ تهيه ميشوند ، نشان دادند.
در دماي اتاق و پايين تر از آن ساخته ميشوند [21،29]. در اين مطالعه اگزروژل بهدست آمده طي فرايند پليمريزاسيون در پژوهشي که توسط )فرامري1( و همکاران ]22[ بر روي سل ـ ژل تترا اتيل اورتوسيليکات در شرايط هيدروليز اسيدي، بهعنوان سيليکاژلها و اگزروژلها انجام شد، چهار نوع سيليکاژل جاذبي براي حذف استرانسيوم)II( مورد استفاده قرار گرفته است .

)1( Framery )4( Marcia
)2( Flávio A. Pavan )3( Iron acetylacetonate
)5( Anilinepropylsilica
42
آبي وجود دارد که از جمله مي توان به روشهايي مانند استخراج ]4[ تبادل يوني ]5[ رسوب گيري ]6[ تصفيه ]7[ فرايندهاي زيستي ]8[ و جذب سطحي] 0[ اشاره کرد. در سالهاي اخير در ميان روشهاي گوناگون، جذب سطحي بهدليل سادگي ،باصرفه بودن از نظر اقتصادي و مؤثر بودن براي حذف فلزهاي سنگين، بيشتر مورد توجه واقع شده است. در مطالعههاي صورت گرفته با اين روش، از جاذب هايي مانند زئوليتهاي طبيعي و سنتزي ]19[، خزه بهعنوان جاذب طبيعي ]11[، کامپوزيت نانولولههاي کربني /آهن اکسيد ]12[، کربن فعال ]13[، کامپوزيت ذرههاي مغناطيسي [14]، کائولينيت [15]، تالک [16]، بنتونيت [17]، نانوذرههاي مغناظيسي به بررسي قدرت جذب مس دو ظرفيتي به کمک اين اگزروژل پرداخت. در اين آزمايشها محلولهاي آبي از يون هاي مس ،روي و کادميم مورد بررسي قرار گرفتند. مطالعهها نشان دادند که در غلظت هاي کم، گزينش پذيري خوبي براي مس، در مقايسه با ساير کاتيونهاي فلزي وجود دارد. اين پژوهشگران قدرت جذب سطحي مس در مقايسه با روي و کادميم را با توجه به مورفولوژي سطح اگزروژل قابل توجيه ميدانستند. )مارسيا4( و همکاران ]24[
در مورد کمپلکس استيلاستونات آهن)5( تثبيت شده بر روي سطح سيليسي ،مطالعه کردند. در اين مطالعه که منجر به تشکيل اگزروژل Fe-acac/silica شد، اگزروژلها با استفاده از ميکروسکوپ الکتروني روبشي و پرتو سنجي IR مورد بررسي قرار گرفتند. با توجه به نتيجهها، اگزروژل Fe-acac/silica پايداري دمايي بالا و ويژگيهاي برجستهاي در زمينه کاربرد کاتاليستي ناهمگن از خود نشان داد. در پژوهشي توسط سطح اين جاذب به علت جهت گيري اتم هاي اکسيژن موجود در ساختمان جاذب به سمت بيرون داراي بار منفي است و به همين خاطر توانايي خوبي براي حذف فلزهاي کاتيوني از خود نشان ميدهد. از برتريهاي اگزروژلها براي اين کار قابلييت تهيه آنها در دماي پايين ميباشد [25].

بخش تجربي مواد
تمامي مواد شيميايي بهکار رفته در اين پژوهش داراي خلوص خوب و تجزيهاي بودند. براي تهيه محلولهاي استاندارد استرانسيوم با غلظت 1999 ميلي گرم برليتر مقدار مناسبي از نمک استرانسيوم نيترات)1( در آب مقطر حل شد و محلول هاي با غلظت پايين تر ،از محلول استاندارد تهيه شدند. دستگاه اسپکتروفتومتر جذب اتمي شيمادزو)2( مدل 680-AA ، براي اندازه گيري ميزان يون فلزي موجود در محلول مورد استفاده قرار گرفت. براي مخلوط شدن جاذب و محلول از تکاننده)3( شيمي فان)4( استفاده شد. pH متر
.استفاده شد pH براي سنجش Ts-Technology pH 462 مدل

جاذب
ابتدا اگزروژل TEOS با استفاده از تترا اتيل اورتو سيليکات
شرکت مرک، به روش سل ـ ژل تهيه شد. پس از خشک شدن به مدت دو هفته در دماي اتاق، در ميانگين اندازه ذرهها با مش 199 )140 ميکرومتر( براي انجام آزمايشها مورد بررسي قرار گرفت.
تهيه اگزروژل در دو مرحله انجام شد .در مرحله اول هيدروليز پيش ماده آلکوکسي سيلان در محيط اسيدي صورت گرفت .
براي انجام اين فرايند مقدار لازم از آلکوکسي سيلان به آب داراي اسيد و يا باز افزوده شد) مقدارهاي لازم از تترا اتيل اورتو سيليکات , آب و هيدروکلريک اسيد به ترتيب با نسبت مولي 1 : 4 : 9915/9 به يکديگر افزوده شد( سپس به مدت 3ساعت در دستگاه سونيکيت)5( قرار داده شد تا مخلوط تک فازي بهدست آمد که اين مخلوط تک فازي سل ناميده ميشود .
-35305691363

در مرحله دوم واکنشهاي تراکمي تند سيلانولها و توليد سل ـ ژل در pH خنثي صورت گرفت. استفاده از بافر فسفاتي سبب شد که pH مخلوط در حد خنثي باقي بماند. در اين حالت واکنش
)4( Shimi funn
)3( Sonicate
44

تراکمي سيلانولها با سرعت انجام شده و سل ـ ژل به دست آمد.
در اين فرايند به دليل واکنشهاي هيدروليز و تراکمي، آب و الکلنيز به همراه سل ـ ژل به دست ميآيد. اين فراوردههاي فرعي به کمک تبخير در دماي اتاق و يا به کمک خلا از سل ـ ژل تهيه شده جدا شدند. در انتها و پس از حذف آب و الکل ماده شيشه مانندي باقي ميماند که همان اگزروژل ميباشد [25].

روش کار
آزمايشهاي جذب بهصورت سامانه ناپيوسته انجام شد. براي اينکار با توجه به نوع آزمايش، محلول استرانسيوم در غلظت هاي مورد نظر) 5 تا 199 ميلي گرم بر ليتر( با مقدارهاي مشخصي از جاذب مورد نظر) 992/9-98/9 گرم( در بازهي pH برابر 2 تا 8 در مدت زمان هاي 5 تا 09 دقيقه تماس داده شد .pH محلول با افزودن مقدارهاي لازم از نيتريک اسيد و سود رقيق تنظيم شد .
تمامي آزمايشها در دماي محيط ،208 کلوين )به استثناي آزمايشهاي بررسي اثر دما که در بازهي 283-333 کلوين انجام شد( بهطور يکسان توسط دستگاه هم زن تکان داده شد. سپس مخلوط جاذب و يون فلزي صاف شد. مقدار فلز موجود در محلول زير صافي به وسيله دستگاه جذب اتمي تعيين شد. درصد جذب با استفاده از معادله )1( و ظرفيت جذب تعادلي از معادله )2( محاسبه شد.
585410106001

Ads(%)  ci cicf 100 )1(
226823113497

)2( q  ci mcf V که دراين روابط C i بيانگر غلظت اوليه محلول و Cf بيانگر غلظت نهايي هر دو برحسب ميلي گرم بر ليتر و q مقدار يون جذب شده برحسب ميلي گرم بر گرم ،m جرم جاذب برحسب گرم و V حجم محلول برحسب ليتر است .شايان ذکر است که تمامي آزمايشها حداقل سه بار تکرار شد و ميانگين داده ها و نتيجهها مورد استفاده قرار گرفت.

نتيجهها و بحث
نتيجههاي به دست آمده از آناليزهاي جاذب مورد بررسي
پرتوي IR مربوط به اگزروژل تترا اتيل اورتوسيليکات تهيه شده در شکل 1 آمده است. بهطور کلي پيک هاي اين طيف در دو بخش
)1( Sr(NO3)2
)2( Shimadzu
)5( Shaker )cm-3( عدد موجي

3247898182078

شکل 3ـ پرتو IR اگزروژل تترا اتيل اورتو سيليکات.

3787013364614

شکل 2ـ تصوير SEM جاذب تترا اتيل اورتو سيليکات.

38735650477

5203063870188

3402611-4892926

344

944

3344

3944

2344

2944

4344

4944

04

04

04

04

34

44

24

34

4

درصد

عبور

344



قیمت: تومان

دسته بندی : شیمی و مهندسی شیمی

دیدگاهتان را بنویسید