روش های جذب فلزات سنگین توسط جاذب ها

روش های جذب فلزات سنگین توسط جاذب ها ، يكي از روشهاي حذف فيزيكي يونهاي فلزات سنگين از محيط آبي است. تكنولوژي جذب سطحي به علت انتخاب پذيري بالا، راندمان بالا، اقتصادي بودن و عمليات ساده براي حذف فلزات سنگين مناسب ميباشد. روش جذب سطحي اين مزيت را دارد كه علاوه بر حذف يون فلزي از منبع، آنها را براي استفاده بعدي در اختيار ما قرار ميدهد.  جاذبها به طور گسترده به عنوان فيلتر جداكننده در تصفيه آب و براي حذف آلاينده هاي معدني و آلي از آب آلوده مورد استفاده قرار ميگيرند. از جاذبهاي متداول ميتوان به موارد زیر اشاره کرد:

• زئوليت
• كربن فعال
• خاك رس
• زيست توده 
• پليمرهاي زيستي

اما فرايند جداسازي اين جاذبها پس از عمليات جذب آلودگي از پساب دشوار است. در سالهاي اخير مطالعات فراواني بر روي جذب يونهاي فلزات سنگين مانند+ Hg2+,Au3+,Ag2+,Cd2+,Cr2و … توسط جاذبهاي زيستي (قارچها، باكتريها، جلبكها و يا حتي قسمتي از گياهان مانند ساقه يا برگ) انجام شده است. مشاهده شده يونهاي فلزات سنگين به خوبي توسط مكانيسمهاي بيوشيميايي، فيزيكي و يا فيزيكوشيميايي بر روي زيست توده جذب شده اند. علاوه بر اين ميتوان از جاذبهاي زيستي جهت حذف ناخالصي ها، حذف عناصر راديواكتيو و يا حذف عناصر سمي از محيط آبي و همچنين تغليظ محلولهاي حاوي يونهاي فلزي استفاده نمود.

نرخ انتقال جرم بالا، هزينه هاي پايين، دوستدار محيط زيست و عدم توليد پساب ثانويه (بازيابي بالا) از جمله مزاياي استفاده از جاذبهاي زيستي در حذف يونهاي فلزي و غير فلزي از محيط آبي ميباشد. امروزه روش جداسازي مغناطيسي يكي از روشهاي نويد بخش براي پاك سازي محيط زيست ميباشد . زيرا توانايي استفاده براي مقدار زياد پساب در زمان كوتاه را دارد. به علاوه در شرايط پيچيده ي جداسازي (هنگامي كه آب آلوده شامل ذرات جامد باشد) اين روش قابل انجام است. روش جداسازي مغناطيسي داراي سرعت بالايي ميباشد و همچنين بعد از جذب يونهاي فلزي بر روي ذرات جاذب، با قرار دادن ذرات در يك ميدان مغناطيسي دائم يا غير دائم، به راحتي مي توان آنها را از محلول جدا نمود. بنابراين اين روش مشكل جاذبهاي متخلخل (سرعت پايين) و غشاها (پيچيدگي و بازدهي كم) را ندارد. همچنين در اين روش پساب ثانوي نيز توليد نميشود.

با وجود مزيتهاي متعدد در روش های جذب فلزات سنگین توسط جاذب ها ، مشكلاتي نيز وجود دارد، از جمله اينكه، ظرفيت جذب سطحي بالايي ندارد و نسبت به فلزات سنگين گزينش پذير نيست. به علاوه، يونهاي ديگر موجود در آب مانند فسفاتها نيز به خوبي توسط جاذبهاي مغناطيسي جذب ميشوند و حتي براي جذب با فلزات سنگين رقابت ميكنند. از طرفي نانو ذرات مغناطيسي در محيط آبي ناپايدار بوده و انحلال آهن موجب كاهش كارايي سيستم ميگردد، اين مشكل را ميتوان با تثبيت نانو ذرات بر روي يك ماتريس برطرف نمود، اما هزينه بالاي ماتريسها و همچنين محدوديت جذب به دليل محدود شدند نرخ انتقال جرم در اين روش، امكان صنعتي شدن آن را با محدوديت روبرو ميكند.

نمونه ای از  روش های جذب فلزات سنگین توسط جاذب ها

در اين نمونه، پوشاندن نانو ذرات مگنتيت توسط چيتوزان مانع انحلال آهن و همچنين آگلومره شدن آنها ميشود. از طرفي باعث افزايش گروههاي عاملي سطح و در نتيجه افزايش ظرفيت جذب نيز ميگردد. در اين مطالعه جذب در pHبيشتر از 2با حداكثر ظرفيت ۲۱میلیگرم بر گرم به صورت گرمازا صورت ميگيرد.

مقايسه دو روش توليد نانو ذرات مگنتيت از طريق خود زيست توده و پروتئينهاي موجود در غشاء باكتريهاي توليد كننده نانوذرات مغناطيسي نشان می دهد نانو ذرات با خاصيت مغناطيسي را توسط روشهاي زيستي توليد نمایند تا با توجه به آزمايشهاي انجام شده استفاده از پروتئينهاي موجود در غشاء باكتريهاي توليد كننده نانوذرات مغناطيسي كارايي بالاتري داشته چرا كه تشكيل يك لايه از پروتئينها روي سطح نانو ذرات گروههاي عاملي سطح را افزايش ميدهد. در اين مطالعه جذب عناصر بر روي سطح اين ذرات بررسي نشده، اما همانطور كه در شكل 3مشاهده ميكنيد، امكان اتصال انواع گروههاي عاملي و يا ديگر تركيبات شيميايي بر روي سطح كامپوزيت توليد شده وجود دارد.

در سال 2009براي جداسازي يونهاي+ As3+،Ni2+،Cd2+،Cu2+،Pb2+،Zn2توسط نانو ذرات γ-Fe2O3پوشيده شده توسط پليمر پلي سيستئين آزمايشاتي را انجام دادند كه بازيابي تك تك عناصر نامبرده به بالاي %60رسيده است.

نانو ذرات مگنتيت در مركز قارچ پنيسيلين متمركز شده اند و فرايند جذب از طريق سطح قارچ انجام ميشود. تصاوير SEMو TEMاز كامپوزيتهاي بيو نانومغناطيسي نشان داده كه ذرات نانو مگنتيت بر روي سطح رشتههاي زيست توده جذب شدهاند. در اين حالت قارچ مانع از انحلال آهن نانو ذرات و يا حتي تماس نانو ذرات با محيط آبي ميشود.