حذف آلاینده های صنعتی به کمک نانو ذرات

پژوهشگران شيمي دانشگاه آزاد اسلامي واحد کرج از ترکيب پروتئين کلاژن و نانوذرات خاک مونت موريلونيت در حضور برخي عوامل شيميايي موفق به توليد نوعي ساختار سه بعُدي نانوکامپوزيتي شدند .
پژوهشگران شيمي دانشگاه آزاد اسلامي واحد کرج از ترکيب پروتئين کلاژن و نانوذرات خاک مونت موريلونيت در حضور برخي عوامل شيميايي موفق به توليد نوعي ساختار سه بعُدي نانوکامپوزيتي شدند.

اين محققان پس از ‌شناسايي مواد حاصل با استفاده از روش‌هاي دستگاهي، ويژگي‌هاي شيميايي و فيزيکي آن‌ها را مورد مطالعه و بررسي قرار دادند که از مهم‌ترين آن‌ها قابليت جذب برخي مواد شيميايي به خصوص آلاينده‌هاي رنگي موجود در پساب برخي کارخانجات بوده است .
 
دکتر غلام باقري مرندي عضو هيئت علمي گروه شيمي دانشگاه آزاد اسلامي - واحد کرج در باره اهداف اين تحقيقات گفت: اهداف چند گانه‌اي از طراحي و انجام اين طرح تحقيقاتي مورد نظر بوده است که از مهم‌ترين آن‌ها مي‌توان به سنتز نانوکامپوزيت هيدروژلي بر پايه پروتئين که قابليت حذف آلاينده‌هاي صنعتي به ويژه رنگدانه‌ها را از محيط‌هاي آلوده داشته باشد و نيز بررسي ميزان تأثير نانو ذرات خاک در اين فرايند اشاره کرد.
 
در اين کار ابتدا نمونه‌هايي از هيدروژل پايه (فاقد نانوذرات خاک مونت موريلونيت) و نانوکامپوزيت هيدروژل (حاوي مقادير متفاوتي از مونت موريلونيت) با استفاده از پروتئين کلاژن و تکپارهاي مالئيک انيدريد و آکريل آميد و در حضور آغازگر آمونيوم پرسولفات و شبکه ساز متيلن بيس آکريل آميد به شيوه گرمايي سنتز شدند. پس از جداسازي و خالص‌سازي نمونه‌ها، اين ترکيبات با استفاده از روش‌هاي دستگاهي شامل طيف سنجي زير قرمز (FTIR) ، ميکروسکوپ الکتروني روبشي (SEM) و تجزيه گرماوزن سنجي (TGA) مورد‌شناسايي قرار گرفتند.
 
در مرحله بعد، مطالعات جذب رنگدانه‌هاي متيلن سبز (MG) و بلور بنفش (CV) به‌وسيله‌ي نمونه‌هاي سنتزي در غلظت‌هاي متفاوت رنگدانه، و نيز pH‌ هاي مختلف به انجام رسيد .
 
بر اساس داده‌هاي طيف سنجي، نمونه‌هاي سنتز شده داراي ساختار پرمنفذي بوده و در نانوکامپوزيت‌ها لايه‌هاي خاک مونت موريلونيت کاملا ورقه ورقه شده‌اند. همچنين مقاومت گرمايي نانوکامپوزيت‌هاي سنتز شده نسبت به نمونه فاقد مونت موريلونيت بيشتر است.

باقري در تکميل نتايج به‌دست آمده توضيح داد: «بيشترين ميزان جذب رنگدانه‌ها به‌وسيله‌ي نمونه‌هاي سنتز شده در7 =pH حاصل شده است. در اين محيط بيش از 93% جذب رنگدانه صورت مي‌گيرد.

همچنين نتايج مشخص کرد که با افزايش مونت موريلونيت در پليمر مقدار جذب رنگدانه‌ها نيز افزايش خواهد يافت به‌طوريکه همه نانوکامپوزيت‌ها در مقايسه با نمونه فاقد مونت موريلونيت داراي قدرت جذب بيشتر رنگدانه‌ها هستند. براي مشخص کردن تأثير مقدار نانوذرات مونت موريلونيت در فرايند جذب رنگدانه‌ها سه مدل ايزوترم غير خطي Langmuir ، Freundlich و Temkin براي آناليز داده‌هاي تجربي (با استفاده از نرم افزار Origin 6.1) به‌کار رفت.

 بيشترين همخواني اين داده‌ها با مدل Langmuir مشاهده شد. براين اساس نتيجه گرفته شد که تشکيل تک لايه‌هاي جذب براي نانوکامپوزيت‌ها صورت مي‌گيرد. همچنين برهمکنش‌هاي فيزکي- شيميايي رنگدانه MG با سايت‌هاي فعال نانوکامپوزيت‌ها قويتر از رنگدانه CV بوده است.

در مطالعه تأثير غلظت اوليه رنگدانه در ميزان جذب، نتايج مشخص کرد که بيشترين مقدار MG حذف شده از محلول در غلظت mg/L 500 برابر با mg/g 161 و براي CV در غلظت mg/L 800 برابر با mg/g 439 است، به‌طوريکه با افزايش غلظت رنگدانه در محلول، ميزان جذب آن نيز به‌ وسيله‌ي نمونه‌هاي جاذب افزايش مي‌يابد.

در مطالعه اثر زمان تماس نمونه‌ها با محلول رنگ مشخص شد که زمان جذب تعادلي برابر 60 دقيقه است و در ده دقيقه اول بيش از 90% آن حاصل خواهد شد. همچنين سرعت جذب MG بيشتر از CV است که ناشي از ساختار کوچکتر آن است. در مطالعات سينتيکي براي تعيين اثر زمان در جذب اين رنگدانه‌ها به‌وسيله‌ي جاذب‌هاي تهيه شده از دو مدل Lagergren و Ho and McKay استفاده شد، نتايج مشخص نمود که جذب رنگدانه‌ها از سينتيک مرتبه دوم پيروي مي‌نمايد.
 
با توجه به اثرات سمي و زيانبار زيست‌محيطي رنگدانه‌هاي کاتيوني موجود در پساب برخي صنايع و نفوذ آن‌ها در آب‌هاي زيرسطحي و ضرورت حذف آن‌ها از محيط‌هاي مذکور، تهيه و استفاده از مواد جاذب مناسب از اهميت بالايي برخوردار است.
 
نتايج حاصل از اين تحقيقات مشخص نموده است که نانوکامپوزيت‌هاي تهيه شده از قابليت بالايي در حذف رنگدانه‌هاي کاتيوني برخوردارند و با توجه به سرعت مناسب اين مواد در برداشتن اين آلاينده‌ها از محلول‌هاي آبي مي‌توان از آن‌ها در فرايند‌هاي پالايش محيط‌هاي آلوده استفاده کرد .
 
نتايج اين کار تحقيقاتي توسط دکتر غلام باقري مرندي و همکاران درمجله Polymer-Plastics Technology and Engineering  (جلد52، شماره3،سال 2013، صفحات318-310) منتشر شده است.