سعی بر آن است که مطالب مرجع تخصصی آب و فاضلاب شامل مسایل ، مقالات و اخبار عمران آب و فاضلاب,آب و فاضلاب و به صورت تخصصی فرآیند های تصفیه آب و فاضلاب،مهندسی آب و فاضلاب و صنعت آب و فاضلاب باشد.
دانشنامه آنلاین آب و فاضلاب
رشته های مرتبط:مهندسی عمران آب و فاضلاب،مهندسی تکنولوژی آب و فاضلاب،مهندسی آب و فاضلاب،محیط زیست،مهندسی بهداشت محیط،مهندسی آب،مهندسی شیمی و...
امیرحسین ستوده بیدختی
,.
جدا سازی یون فلزی آلاینده آب
۱۳۹۰/۰۱/۱۲
7:31
|
جداسازی یونهای فلزی آلاینده آب ، مسئله‌ای است که شماری از متغیرها آن را پیچیده می‌کند. از جمله این متغیرها می‌توان PH و حضور مواد آلی را نام برد. به‌عنوان نمونه ، کاملا معلوم شده است که فلزاتی مانند (Pb (II و (Hg (II که برای بیشتر موجودات زنده سمی‌اند، در جریان فرایندهای مختلفی به درون سیستمهای آبی راه می‌یابند. تولید سلاحهای هسته‌ای نیز مشکلات فضولات خطرناک را بوجود آورده است.
بازیابی فلزات
هم به دلایل زیست محیطی و هم اقتصادی ، علاقه فزاینده‌ای به بازیابی فلزات گرانبها وجود دارد. مشکلی جدی که بر سر راه خارج کردن یونهای فلزی وجود دارد، آن است که غلظت گونه‌های مورد نظر برای عملی شدن جداسازی ، اندک است و ضمنا این گونه‌ها به صورت مخلوط‌های پیچیده‌ای هستند. مثلا فضولات پرتوزا نه‌تنها حاوی رادیو نوکلئیدها هستند، بلکه یونهایی مانند سدیم ، پتاسیم و کلسیم را (که از لحاظ زیست محیطی ضروری نیستند) نیز در غلظتهای زیاد شامل می‌شوند. این یونهای بی‌ضرر می‌توانند مواد استخراج کننده را پیش از آنکه بتوانند یونهای سمی را بطور موثری خارج سازند، اشباع کنند.
روشهای حذف یونهای فلزی
استخراج حلالی
در استخراج حلالی ، آب آلوده با ماده استخراج کننده آلی که در آب حل‌ناپذیر است، تماس پیدا می‌کند. استخراج کننده قادر است یون را مبادله کند یا با یون فلزی ، کی‌لیت بوجود آورد. بر اثر هم‌زدن ، یونهای فلزی به فاز آلی انتقال می‌یابند. سپس مهلت می‌دهند تا فازها از هم جدا شوند و آنگاه یونهای فلزی را با محلول مناسبی از فاز آلی حامل آنها جدا می‌کنند. این محلول غلیظ یون فلزی را می‌توان تخلیص کرد یا دور ریخت.
رزین‌های تبادل یونی
این رزین‌ها با همان اصول استخراج حلالی عمل می‌کنند و مشتمل بر گروههای عاملی هستند که قادرند با یونهای فلزی ، تشکیل کمپلکس دهند یا یون را مبادله کنند. رزین‌ها با محلول آلوده تماس می‌یابند، یونهای فلزی بر آن سوار می‌شوند و بالاخره با محلول شوینده مناسب یونها از رزین جدا می‌گردند. از آنجا که گروه عاملی با یون فلزی برهمکنش می‌کند، بطور کوالانسی با بسپار حل‌ناپذیر پیوند یافته است.
معایب و مزایای روشها
مزایای استخراج حلالی ، سرعت زیاد ، گنجایش زیاد و گزینش‌پذیری یونهای موردنظر است. البته حل‌پذیری محدود استخراج کننده‌ها ، حلال‌ها و اصلاح گرما در محلولهای آبی ، عیب این روش محسوب می‌شود. این امر نه‌تنها به‌علت اتلاف واکنشگرها ، بر هزینه روش کار می‌افزاید، بلکه آب را با موادی آلی که بالقوه سمی هستند، می‌آلاید. افزون بر این ، موجب اتلاف مواد آلی از طریق تبخیر و انتقال می‌شود. به‌علاوه ، تعویض حلال برای محلول یونهای فلزی توصیه نمی‌شود، زیرا حجم زیادی از استخراج کننده مورد نیاز خواهد بود.
در رزین‌های تبادل یونی ، مشکل اتلاف ماده استخراج کننده و ورود آن به فاز آبی وجود ندارد. این رزین‌ها را می‌توان بازیابی و برای فرایندهای پیوسته دوباره استفاده کرد. عیب این رزین‌های تبادل یونی ، سرعت عمل پایین آنها در مقایسه با استخراج حلالی است. با وجود این ، افزودن بر تخلخل رزین یا کاستن از اندازه دانه‌های رزین یا کاستن از میزان شبکه‌بندی ، می‌تواند به بهبود سرعت عمل آن کمک کند، زیرا بدین وسیله دسترسی به لیگاندهای سوار بر بسپار به یونهای فلزی افزایش می‌یابد.
گزینش‌پذیری رزین تبادل یونی
گزینش‌پذیری رزین‌های تبادل یونی برای انتخاب یونهای فلزی موردنظر در جداسازی این فلزات از محلولهای پیچیده از اهمیت بسزایی برخوردار است. با این همه ، این مسئله گاه مشکل‌ساز می‌شود، زیرا اختلاف انرژی آزادسازی بسیاری از واکنشهای تبادل یونی ، اندک است. این امر پیش از آنکه یونهای فلزی مورد نظر بتوانند تا اندازه قابل ملاحظه‌ای خارج شوند، می‌تواند موجب اشباع شدن رزین تبادل یونی با یونهای بی‌ضرر شود (غلظت یونهای بی‌ضرر اغلب بیشتر از غلظت یونهای موردنظر است.).
با بکار بردن لیگاندهایی که می‌توانند با یون فلزی مورد نظر کوئوردینانس یا کی‌لیت شوند، می‌توان گزینش‌پذیری را افزایش داد. مثلا اترهای تاجی که بطور کوالانسی با ماتریس بسپاری پیوند یافته باشند، می‌توانند یون فلزی هدف را از محلول حاوی چندین یون دیگر با همان غلظت بطور گزینشی برگزینند و خارج کنند. در اینجا به‌علت طبیعت آبدوست بسپار ، یک حلال آلی با قطبیت کمتر باید به محلول آبی افزوده شود. فقدان آبدوستی را می‌توان با مصرف لیگاندهای قطبی‌تر یا با گنجاندن هر دو نوع لیگاند تبادل یونی و کوئوردینانس کی‌لیت شونده در بسپار برطرف کرد.
گزینش‌پذیری انواع لیگاندها
لیگاندهای آمینی
بسپارهای شامل لیگاندهای آمینی در جداسازی یونهای فلزی مرسوم‌اند. این رزین در رقابت با یونهای دیگر (Fe (III را بر می‌گزیند و در غیاب (Fe (III) ، Cu (II را از میان سایر یونها انتخاب می‌کند.
لیگاندهای آمیدوکسیمی
الیاف بسپاری که از پیوندزنی آکریلونیتریل بر پلی پروپیلن از طریق تابش‌دهی تهیه می‌شوند، با هیدروکسیل آمین اصلاح می‌شوند و لیگاندهای آمیدوکسیم ایجاد می‌کنند. این بسپار با (Cu (II در محلول دارای PH=6 و همچنین با (U (VI موجود در آب دریا کمپلکس می‌کند.
لیگاندهای آمینی ناجور حلقه‌ای
این رزین ، دو یون (Au (III و (Pb (II را از محلول HCl یک‌دهم مولاری که حاوی این دو یون (Cu (II) ، Ni (II و (Fe (III باشد، جدا می‌کند.
لیگاندهای دی‌تیزونی
پلی (4 ـ وینیل تولوئن) با لیگاندهای دی‌تیزونی اصلاح شده ، معلوم شده است که رزین حاصل نسبت به (Hg (II تمایل نشان می‌دهد. این بسپار (Hg (II را بطور انتخابی از محلول حاوی (Hg (II) ، Cd (II و (Zn (II خارج می‌کند.
لیگاندهای اسید کربوکسیلیک و اسید هیدروکسامیک
از واکنش پلی (4ـ وینیل ـ 2ـ کربوکسی بنزو فنون) با هیدروکسیل آمین یک نوع رزین پلی (اسید هیدروکسامیک) تهیه شده است. با آنکه این رزین نسبت به (Cu (II ظرفیت پذیرش بالایی نشان می‌دهد، یون (Fe (III را در حضور (Cu (II و (Ni (II در PH کمتر از 4 ، بر می‌گزیند و بیرون می‌کشد.
لیگاندهای اتر تاجی
اترهای تاجی که بر بسته‌های بسپاری مستقر شده‌اند، می‌توانند در جداسازی یونهای فلزی بکار آیند. رزین تاجی اسید فسفونیک در PH بیشتر از 8 ، نسبت به (Li (I گزینشی عمل می‌کند.
لیگاندهای پایه فنولی
کاتکول ، فنل و رزورسینول در واکنش بسپارش تراکمی با فرمالدئید وارد می‌شوند. رزین کاتکول در محلول قلیایی حاوی یونهای (Li (I و (Cs (I و (K (I و (Na (I و (Rb (I یون (Li (I را بر می‌گزیند.
لیگاندهای با پایه فسفر
لیگاندهای فسفردار چه در سنتز مواد و چه در جداسازی مواد بطور فزاینده‌ای مورد توجه واقع شده‌اند. با استفاده از کلرید فسفونیوم نوع چهارم سوار بر پلی (کلرید وینیل بنزیل) ، گزینش‌پذیری نسبت به یونهای فلزات نادر حاصل آمده است.
گستره پژوهشهای نو
بازیابی فلزات
هم به دلایل زیست محیطی و هم اقتصادی ، علاقه فزاینده‌ای به بازیابی فلزات گرانبها وجود دارد. مشکلی جدی که بر سر راه خارج کردن یونهای فلزی وجود دارد، آن است که غلظت گونه‌های مورد نظر برای عملی شدن جداسازی ، اندک است و ضمنا این گونه‌ها به صورت مخلوط‌های پیچیده‌ای هستند. مثلا فضولات پرتوزا نه‌تنها حاوی رادیو نوکلئیدها هستند، بلکه یونهایی مانند سدیم ، پتاسیم و کلسیم را (که از لحاظ زیست محیطی ضروری نیستند) نیز در غلظتهای زیاد شامل می‌شوند. این یونهای بی‌ضرر می‌توانند مواد استخراج کننده را پیش از آنکه بتوانند یونهای سمی را بطور موثری خارج سازند، اشباع کنند.
روشهای حذف یونهای فلزی
استخراج حلالی
در استخراج حلالی ، آب آلوده با ماده استخراج کننده آلی که در آب حل‌ناپذیر است، تماس پیدا می‌کند. استخراج کننده قادر است یون را مبادله کند یا با یون فلزی ، کی‌لیت بوجود آورد. بر اثر هم‌زدن ، یونهای فلزی به فاز آلی انتقال می‌یابند. سپس مهلت می‌دهند تا فازها از هم جدا شوند و آنگاه یونهای فلزی را با محلول مناسبی از فاز آلی حامل آنها جدا می‌کنند. این محلول غلیظ یون فلزی را می‌توان تخلیص کرد یا دور ریخت.
رزین‌های تبادل یونی
این رزین‌ها با همان اصول استخراج حلالی عمل می‌کنند و مشتمل بر گروههای عاملی هستند که قادرند با یونهای فلزی ، تشکیل کمپلکس دهند یا یون را مبادله کنند. رزین‌ها با محلول آلوده تماس می‌یابند، یونهای فلزی بر آن سوار می‌شوند و بالاخره با محلول شوینده مناسب یونها از رزین جدا می‌گردند. از آنجا که گروه عاملی با یون فلزی برهمکنش می‌کند، بطور کوالانسی با بسپار حل‌ناپذیر پیوند یافته است.
معایب و مزایای روشها
مزایای استخراج حلالی ، سرعت زیاد ، گنجایش زیاد و گزینش‌پذیری یونهای موردنظر است. البته حل‌پذیری محدود استخراج کننده‌ها ، حلال‌ها و اصلاح گرما در محلولهای آبی ، عیب این روش محسوب می‌شود. این امر نه‌تنها به‌علت اتلاف واکنشگرها ، بر هزینه روش کار می‌افزاید، بلکه آب را با موادی آلی که بالقوه سمی هستند، می‌آلاید. افزون بر این ، موجب اتلاف مواد آلی از طریق تبخیر و انتقال می‌شود. به‌علاوه ، تعویض حلال برای محلول یونهای فلزی توصیه نمی‌شود، زیرا حجم زیادی از استخراج کننده مورد نیاز خواهد بود.
در رزین‌های تبادل یونی ، مشکل اتلاف ماده استخراج کننده و ورود آن به فاز آبی وجود ندارد. این رزین‌ها را می‌توان بازیابی و برای فرایندهای پیوسته دوباره استفاده کرد. عیب این رزین‌های تبادل یونی ، سرعت عمل پایین آنها در مقایسه با استخراج حلالی است. با وجود این ، افزودن بر تخلخل رزین یا کاستن از اندازه دانه‌های رزین یا کاستن از میزان شبکه‌بندی ، می‌تواند به بهبود سرعت عمل آن کمک کند، زیرا بدین وسیله دسترسی به لیگاندهای سوار بر بسپار به یونهای فلزی افزایش می‌یابد.
گزینش‌پذیری رزین تبادل یونی
گزینش‌پذیری رزین‌های تبادل یونی برای انتخاب یونهای فلزی موردنظر در جداسازی این فلزات از محلولهای پیچیده از اهمیت بسزایی برخوردار است. با این همه ، این مسئله گاه مشکل‌ساز می‌شود، زیرا اختلاف انرژی آزادسازی بسیاری از واکنشهای تبادل یونی ، اندک است. این امر پیش از آنکه یونهای فلزی مورد نظر بتوانند تا اندازه قابل ملاحظه‌ای خارج شوند، می‌تواند موجب اشباع شدن رزین تبادل یونی با یونهای بی‌ضرر شود (غلظت یونهای بی‌ضرر اغلب بیشتر از غلظت یونهای موردنظر است.).
با بکار بردن لیگاندهایی که می‌توانند با یون فلزی مورد نظر کوئوردینانس یا کی‌لیت شوند، می‌توان گزینش‌پذیری را افزایش داد. مثلا اترهای تاجی که بطور کوالانسی با ماتریس بسپاری پیوند یافته باشند، می‌توانند یون فلزی هدف را از محلول حاوی چندین یون دیگر با همان غلظت بطور گزینشی برگزینند و خارج کنند. در اینجا به‌علت طبیعت آبدوست بسپار ، یک حلال آلی با قطبیت کمتر باید به محلول آبی افزوده شود. فقدان آبدوستی را می‌توان با مصرف لیگاندهای قطبی‌تر یا با گنجاندن هر دو نوع لیگاند تبادل یونی و کوئوردینانس کی‌لیت شونده در بسپار برطرف کرد.
گزینش‌پذیری انواع لیگاندها
لیگاندهای آمینی
بسپارهای شامل لیگاندهای آمینی در جداسازی یونهای فلزی مرسوم‌اند. این رزین در رقابت با یونهای دیگر (Fe (III را بر می‌گزیند و در غیاب (Fe (III) ، Cu (II را از میان سایر یونها انتخاب می‌کند.
لیگاندهای آمیدوکسیمی
الیاف بسپاری که از پیوندزنی آکریلونیتریل بر پلی پروپیلن از طریق تابش‌دهی تهیه می‌شوند، با هیدروکسیل آمین اصلاح می‌شوند و لیگاندهای آمیدوکسیم ایجاد می‌کنند. این بسپار با (Cu (II در محلول دارای PH=6 و همچنین با (U (VI موجود در آب دریا کمپلکس می‌کند.
لیگاندهای آمینی ناجور حلقه‌ای
این رزین ، دو یون (Au (III و (Pb (II را از محلول HCl یک‌دهم مولاری که حاوی این دو یون (Cu (II) ، Ni (II و (Fe (III باشد، جدا می‌کند.
لیگاندهای دی‌تیزونی
پلی (4 ـ وینیل تولوئن) با لیگاندهای دی‌تیزونی اصلاح شده ، معلوم شده است که رزین حاصل نسبت به (Hg (II تمایل نشان می‌دهد. این بسپار (Hg (II را بطور انتخابی از محلول حاوی (Hg (II) ، Cd (II و (Zn (II خارج می‌کند.
لیگاندهای اسید کربوکسیلیک و اسید هیدروکسامیک
از واکنش پلی (4ـ وینیل ـ 2ـ کربوکسی بنزو فنون) با هیدروکسیل آمین یک نوع رزین پلی (اسید هیدروکسامیک) تهیه شده است. با آنکه این رزین نسبت به (Cu (II ظرفیت پذیرش بالایی نشان می‌دهد، یون (Fe (III را در حضور (Cu (II و (Ni (II در PH کمتر از 4 ، بر می‌گزیند و بیرون می‌کشد.
لیگاندهای اتر تاجی
اترهای تاجی که بر بسته‌های بسپاری مستقر شده‌اند، می‌توانند در جداسازی یونهای فلزی بکار آیند. رزین تاجی اسید فسفونیک در PH بیشتر از 8 ، نسبت به (Li (I گزینشی عمل می‌کند.
لیگاندهای پایه فنولی
کاتکول ، فنل و رزورسینول در واکنش بسپارش تراکمی با فرمالدئید وارد می‌شوند. رزین کاتکول در محلول قلیایی حاوی یونهای (Li (I و (Cs (I و (K (I و (Na (I و (Rb (I یون (Li (I را بر می‌گزیند.
لیگاندهای با پایه فسفر
لیگاندهای فسفردار چه در سنتز مواد و چه در جداسازی مواد بطور فزاینده‌ای مورد توجه واقع شده‌اند. با استفاده از کلرید فسفونیوم نوع چهارم سوار بر پلی (کلرید وینیل بنزیل) ، گزینش‌پذیری نسبت به یونهای فلزات نادر حاصل آمده است.
گستره پژوهشهای نو
با ادامه پژوهش در زمینه عوامل بسیار کمپلکس کننده یونهای فلزی ، روشن می‌شود که برای دستیابی به توسعه بسپارهای جدید برای مصرف در کاربردهای زیست محیطی و صنعتی ، تمرکز کار بر گزینش است. درک مفاهیم شیمی کوئوردیناسیون و استخراج حلالی ، بنیادهای کار بیشتر در این زمینه را تشکیل می‌دهد.
مزاياي سيستم بركه هاي تثبيت - سه شنبه پنجم بهمن 1389
بركه هاي تثبيت - سه شنبه پنجم بهمن 1389
ملاحظات كلي در انتخاب فرايند تصفيه - سه شنبه پنجم بهمن 1389
استانداردهاي پساب (2) - سه شنبه پنجم بهمن 1389
استانداردهاي پساب (1) - سه شنبه پنجم بهمن 1389
فرايندهاي قابل كاربرد در تصفيه فاضلاب - سه شنبه پنجم بهمن 1389
تعريف و اهداف تصفيه فاضلاب - سه شنبه پنجم بهمن 1389
ميكروارگانيسم هاي بيماري زاي موجود در فاضلاب و خطرات بهداشتي آنها - سه شنبه پنجم بهمن 1389
مواد آلاينده موجود در فاضلاب - سه شنبه پنجم بهمن 1389
ضد عفوني كننده پرتابل ازن - سه شنبه پنجم بهمن 1389
سپتیک تانک (SEPTIC TANKS) - سه شنبه پنجم بهمن 1389
ضوابط فنی بررسی و تصویب طرحهای اصلاح و بازسازی و افزایش ظرفیت تصفیه خانه های آب - سه شنبه پنجم بهمن 1389
آب دردامداريها - سه شنبه پنجم بهمن 1389
آب مقطر - سه شنبه پنجم بهمن 1389
آیامیدانید آب - سه شنبه پنجم بهمن 1389
نیترات آب - سه شنبه پنجم بهمن 1389
فلزات سنگين - سه شنبه پنجم بهمن 1389
مصرف آب تصفیه شده درمرغداریها - سه شنبه پنجم بهمن 1389
نگاهي به تصفيه خانه فاضلاب شهر بيستون - سه شنبه پنجم بهمن 1389
تصفیه خانه های آب تهران - سه شنبه پنجم بهمن 1389
کاربرد لوله های کراس بجای لوله های فلزی و پلی اتیلن در صنایع آب و فاضلاب - دوشنبه چهارم بهمن 1389
فاضلاب - دوشنبه چهارم بهمن 1389
بررسی مضرات آرسنيك در آب آشامیدنی - دوشنبه چهارم بهمن 1389
پيش تصفيه - دوشنبه چهارم بهمن 1389
شاخص ها و معیارهای ارزیابی تصفیه خانه های آب - دوشنبه چهارم بهمن 1389
آلودگی آبهای زیرزمینی - دوشنبه چهارم بهمن 1389
آب تنها گندزدایی می‌شود نه تصفیه - یکشنبه سوم بهمن 1389
پمپ شناور - یکشنبه سوم بهمن 1389
تصفیه بیولوژیکی پسآب صنعتی در پتروشیمی آبادان - یکشنبه سوم بهمن 1389
آب ، الفبای محیط زیست - یکشنبه سوم بهمن 1389
انواع روش هاي بيولوژيکي تصفيه فاضلاب هاي صنعتي - یکشنبه سوم بهمن 1389
آلودگی با سرب باعث افزایش رفتارهای خشونت آمیز می گردد. - یکشنبه سوم بهمن 1389
دستورالعمل شست و شو و گندزدایی مخازن آب شرب - یکشنبه سوم بهمن 1389
آب نفت دوم - شنبه دوم بهمن 1389
هتروتروف ها را بهتر بشناسیم - شنبه دوم بهمن 1389
ضرورت بررسی استراتژی های جدید برای گندزدایی - شنبه دوم بهمن 1389
دفعات نمونه برداری به منظور آزمايش باکتريولوژیک - شنبه دوم بهمن 1389
سيستم ازن - شنبه دوم بهمن 1389
کلیات آزمون های کنترل کیفی آب - شنبه دوم بهمن 1389
روش لجن فعال - شنبه دوم بهمن 1389
دستورالعمل مدیریت کلرزنی آب در روستاها - شنبه دوم بهمن 1389
انترباکتریاسیه Enterobacteria ceae - شنبه دوم بهمن 1389
تقسیم بندی سفره‌های آب زیرزمینی - شنبه دوم بهمن 1389
محاسبه فواصل بین نقاط در نرم افزار ArcGIS - جمعه یکم بهمن 1389
مهندسی آب به کمک محیط زیست می آید - جمعه یکم بهمن 1389
روش های تصفیه آب دستگاه هاي خانگی - جمعه یکم بهمن 1389
حفظ منابع آب و تصفیه فاضلاب - جمعه یکم بهمن 1389
سختی و سنگینی آب - جمعه یکم بهمن 1389
لزوم استفاده از فیلترهای دوش حمام - جمعه یکم بهمن 1389
معرفی PVC - جمعه یکم بهمن 1389
پيش تصفيه - دوشنبه چهارم بهمن 1389
شاخص ها و معیارهای ارزیابی تصفیه خانه های آب - دوشنبه چهارم بهمن 1389
آلودگی آبهای زیرزمینی - دوشنبه چهارم بهمن 1389
آب تنها گندزدایی می‌شود نه تصفیه - یکشنبه سوم بهمن 1389
پمپ شناور - یکشنبه سوم بهمن 1389
تصفیه بیولوژیکی پسآب صنعتی در پتروشیمی آبادان - یکشنبه سوم بهمن 1389
آب ، الفبای محیط زیست - یکشنبه سوم بهمن 1389