حذف فلزات سنگین آب با الكتروشيمي

  • 0

حذف فلزات سنگین آب با الكتروشيمي

حذف فلزات سنگین آب با الكتروشيمي :

براب حذف فلزات سنگین آب با الكتروشيمي تكنيك هاي الكتروشيميايي متنوعي براي تجزيه مواد آلي و سمي و غير قابل تجزيه بيولوژيكي
براي تصفيه آب و فاضلاب پيشنهاد و ابداع شده است؛ اما فقط تعداد كمي از روش هاي متداول در ارتبـاط بـا الكتروليـز آلاينده ها بر روي الكترودها مي باشد. اين پروسه مي تواند توسط هر يك از واكنش هاي زير رخ دهد.

واكنش انتقال الكترون به صورت مستقيم به مواد آلي نامطلوب(احياء) يا از مواد آلي نامطلوب(اكسيداسيون)
واكنش شيميايي آلاينده ها با عواملي كه قبلاً به صورت الكتروليتي توليد شده اند و در محلول باقي مانده اند و در نهايت جذب سطح الكترود مي شوند.

بيشتر روش هاي حذف فلزات سنگین آب با الكتروشيمي بر الكتروليز غير مستقيم(توسط ميانجي ها يا واسطه ها) بنا نهـاده شـده انـد. در روش اخير آلاينده هاي موردنظر در محلول بوسيله عوامل فعال توليد شده بر روي الكترودها حذف مي شوند و عوامل فعال مي توانند به صورت برگشت پذير بازيابي شوند يا نشوند.

روش هاي الكتروشيميايي توصيف شده در اين بخش براي تجزيه مواد آلي و معدني در فاضلاب به دو بخش عمده تقسيم مي شوند. فرآيندهاي الكتروليز مستقيم كه شامل روش هاي ذيل مي باشد.

-روش هاي متداول احياء كاتديك و اكسيداسيون آنديك

فرآيندهاي الكتروليز غيرمستقيم كه شامل روش هاي ذيل مي باشد :

ميانجي هاي اكسيداسيون و احيا: همانند عواملي كه به صورت الكتروليتـي توليـد شـده و برگشـت پـذير مـي باشند.
اكسيداسيون قوي آنديك :همانند عوامل الكتروليتي برگشت ناپذير O3 ، ClO،Cl2 ،ClO2
اكسيدانهاي قوي كاتديك :همانند H2O2
روش هاي متداول جداسازي فاز از قبيل الكتروكواگولاسيون، الكتروفلوتاسيون و الكتروفلوكولاسيون

الكتروليز يك واحد فرآيندي است كه تغييرات شيميايي در آن ناشي از انتقال الكترون از ميان سطح مشـترك محلـول و الكترود مي باشد. جريان الكتريكي بوسيله جريان الكتريسيته مستقيم تامين مي شود و ولتاژ كاربردي بين دو الكترود در يك سلول واكنش را به پيش مي برد.

انعقاد الكتريكي حذف فلزات سنگین آب با الكتروشيمي :

انعقاد الكتريكي عبارت است از توليد مواد منعقدكننده در محل با استفاده از تجزيه الكتريكي الكترودهاي آلومينيوم يا آهن و توليد يون هاي فلزي در آند و گاز هيدروژن دركاتد انجام مي گيرد. در اين روش با استفاده از جريان الكتريكي و نصب الكترودهاي شيميايي از جنس آلومينيوم، آهن و غيره كه به صورت آنـد و كاتـد عمـل مـي كننـد ذرات كلوئيـدي موجود در محيط آب يا فاضلاب از طريق توليد بارهاي مثبت الكتريكي از لحاظ الكتريكي، خنثي شده و در نتيجـه توليـد Al+3و Fe+3و غيره، فرايند لخته سازي فراهم مي گردد.

فرآينـد انعقـاد و شناورسـازي الكتريكـي بـا درنظرگـرفتن مزايايي از قبيل حجم لجن توليدي كمتر، هزينه هاي بهره برداري پايين تر، جنبـه هـاي بهداشـتي و زيسـت محيطـي مطلوب تر و بازده بسيار بالاتر نسبت به فرآيند ترسيب شيميايي درحذف مواد آلاينده ازآب وفاضلاب چشم انداز بسـيار مطلوب تري درصنعت آب و فاضلاب كشور دارد.

فرآيند غشايي حذف فلزات سنگین آب با الكتروشيمي :

فلزات سـنگين را مـيتـوان بـه طـور مسـتقيم بـا اسـتفاده از فرآينـدهاي غشـايي ماننـد اسـمز معكـوس،(RO)(نانوفيلتراسيون) ،(NFاولتراسيون) ،(UF)حذف نمود. فرآيندهاي غشايي مورد استفاده براي حذف فلـزات سـنگين داراي ويژگي هايي چون تاثير كم PHو تركيبات شيميايي بر بازدهي سيستم ميباشد. اما با اين حال ايـن فرآينـدها پـيش از كاربردشان نيازمند به درجه بالايي از تصفيه ميباشند. جداسازي جامدات معلق كاملا ضروري است و براي جلوگيري از گرفتگي غشا بايد مواد معلق جدا گردند. داراي هزينه اوليه و راه اندازي بالا ميباشد.

جذب سطحي حذف فلزات سنگین آب با الكتروشيمي :

يكي ديگر از روش هاي حذف فلزات سنگین آب با الكتروشيمي، جذب سطحي مي باشد. هنگامي كه يون فلز در فاضلاب با سطح جامد بر هم كنش مي نمايد، عمل جذب به يكي از طرق زير اتفاق مي افتد. يون فلز توسط نيروهاي ضعيف جاذبه فيزيكي نظير نيروهاي واندروالس پيوند زده و جذب فيزيكي مي گردد و يا توسط نيروهاي شيميايي با تبادل الكتـرون و تشـكيل يـك پيوند شيميايي بين جذب شونده و سطح جامد، جذب شيميايي مي گردد. همچنين ممكن اسـت كـه تبـادل يـون بـين كاتيون هاي موجود در فاضلاب و يون هاي هيدروژن گروه هاي عامل در سطح انجام گيرد. تركيب فضـايي، مجـاورت بـا گروه هاي باردار ديگر در كمپلكس سازي فلزات موثر بوده و نفوذ بين ذره اي از عوامل محدود كننده سرعت جـذب مـي باشد.
در اين روش برای حذف فلزات سنگین آب با الكتروشيمي از جاذب هايي نظير زئوليت، هيدروسيليكات منيزيم، كربن اكتيـو، هيدروكسـيدهاي آهـن و كـروم
 (III)و… براي حذف فلزات سنگين استفاده مي شود. روش كار به اين صورت است كه فاضلاب حاوي فلز را از ستون هاي محتوي جاذب عبور داده، فلز روي سطح جاذب، جذب شده و در نتيجه فاضلاب با سطح فلز كمتر از سـر ديگـر بـرج تخليـه مـي گردد. زمان اقامت، غلظت اوليه، دمـا، ايزوتـرم جـذب، ديناميـك جـذب، نفـوذ بـين ذرهـاي و PHجـذب سـطحي مـي باشند.                                     جاذب هاي كربن فعال:

جاذب هاي كربن فعال در حذف آلودگي هاي فلزات سنگين به طور گسترده اي به كار مي روند. كربن فعال خلـل و فرج زيادي دارد كه همين موضوع مساحت سطح را بالا برده و ظرفيت جذب افزايش مي يابد.

نانو لوله هاي كربن
نانو لوله هاي كربني ، ساختارهاي حلقوي تو خالي متشكل از اتم هاي كربن هستند كه مي توانند به شـكل يـك يـا چند ديواره آرايش يابند و داراي خواص فلزي يا شبه رسانايي نيز باشندتحقيقات و پيشرفت هاي وسـيعي در سطح جهان براي حذف فلزات سنگین آب با الكتروشيمي جهت شناسايي كاربردهاي نانو لوله هاي كربني براي مصارف صنعتي در حال انجام است و اخيرا قابليت استفاده از آنها در كاربردهاي زيست محيطي نيز مطرح شده است. نانو لوله هاي كربني را مـي تـوان بـراي رديـابي آلودگي و نيز ارزيابي احتمالي آلاينده هاي آبي و جمع آوري و ارائه اطلاعات مربوط به آلاينده هاي محـيط زيسـت بكار برد. نانولوله هاي كربن به دو نوع تقسيم مي شوند:

-نانولوله هاي كربن تك ديواره

-نانولوله هاي كربن چند ديواره

مكانيسم هايي كه يون هاي فلزي به وسيله آن ها جذب نانولوله هاي كربن مي شوند بسيار پيچيده بوده و بـه نظـر مي رسد با فرآيندهايي مانند جاذبه الكتروستاتيك، جذب ته نشيني و برهم كنش شيميايي بين يون هاي فلـزي و گروه هاي عاملي موجود بر روي سطح نانولوله ها در ارتباط مي باشند.

نانو ذرات فلزي:

نانو ذرات مغناطيسي برای حذف فلزات سنگین آب با الكتروشيمي به همان خوبي كاني هاي آهني قـادر بـه جـذب فلـزات سـنگين و حـذف آن از آب هسـتند . ايـن تحقيقات نشان داده كه نانو ذرات مغناطيسي در جذب فلزات بسيار موثر واقع شده اند .مخصوصاً اينكه در PHهاي پايين هم كارايي بهتري دارند. وهم چنين نانو ذرات TiO2براي اكسيد كردن آلاينده هاي آلي و به صورت دامهاي نانو مقيـاس براي جذب فلزات سنگين در مكان هاي آلوده مورد استفاده قرار مي گيرند .در حالات ذكر شـده ايـن ذرات مـي تواننـد عامل اكساينده باشند و توليد آب يا دي اكسيد كربن مي كنند .مطالعات اخير نشان مي دهد كه از TiO2در مقياس نانو مي توان براي رفع آلاينده ها ؛ ويروس ها و مواد شيميايي آلي خطرناك اسـتفاده كـرد. ذرات نـانو بـا سـطوح مناسـب (ليگاندها و معرف ها) مي توانند براي جداسازي فلزات سنگين و براي غير فعال كردن سطوح آلوده استفاده شوند. بديهياست كه فرآيندهاي شيميايي با كارايي بالاتر مواد آلاينده و ضايعات كمتري توليد مي كنند. در بين نانو ذرات فلزي، نانو ذرات آهن ، به دليل فراواني، ارزاني، غير سمي بودن، واكنش سريع و توانايي و بازده بالا در جذب آلاينده ها و هم چنـين حذف فلزات سنگين فاضلاب بيش تر اهميت دارد.

 


Leave a Reply

نوشته‌های تازه

آخرین دیدگاه‌ها