-کلروفنل توسط کربن فعال4-کلروفنل و 2بررسي مقايسه اي حذف گرانوله و خاکستر سبوس برنج

5، علي اسرافيلي4دکتر مهدي فرزادکيا ،3، دکتر ميترا غالمي2، دکتر مجيد کرماني1عبدالمجيد قليزاده

چکيده:

اساساً آلودگي فاضالب های صنعتی به دليل حضور آالينده هاي آلي از قبيل رنگسابقه و اهداف: ها، هيدرو كربن هاي هالوژنه، تركيبات فنلي و غيره مي باشد. خاكسترسبوس برنج يك جاذب ارزان

قيمت، جديد، قابل دسترسي و با توليد قابل توجه در كشور است. بنابراين هدف از اين مطالعه مقايسه كارايي جاذب ارزان قيمت خاکستر سبوس برنج و گران قيمت کربن فعال گرانوله در حذف

-کلروفنل از محلول هاي آبي است.4-کلروفنل و 2 ، زمان رسيدن بهpH آزمايشات به صورت ناپيوسته با بررسی فاکتورهاي جاذب، روش بررسی:

تعادل و غلظت اوليه ترکيب فنلي با توجه به تاثير آن ها روي جذب و با اندازه گيري توسط روش مدل4اسپکتروفتومتري انجام گرفت. پارامترهاي جذب با دومدل ايزوترم النگموير و فروندليچ و

تعيين گرديد. شبه درجه دوم، نفوذ درون ذره ای و مدل ريچيسینتیک شبه درجه اول، سینتیک -کلروفنل توسط کربن فعال4-کلروفنل و 2 با توجه به نتايج به دست آمده، درصد حذف یافته ها:

بيشتر بود، ولي راندمان خاکستر سبوس برنج نيز بطور نزديکي با نتايج کربن فعال قابل رقابت 7 و کربن فعال 5 بهينه جهت رسيدن به زمان تعادل سريع، براي خاکستر سبوس برنج pHاست.

آزمايشاتبدست آمد. راندمان جذب با افزايش غلظت آالينده و کاهش دوز جاذب کاهش يافت. سينتيک، نشان دهنده همبستگي جذب روي هردو جاذب با مدل شبه درجه دوم و ريچي بود.

مطالعات ايزوترم النگموير، فروندليچ نيز نشان داد که هم کربن فعال و هم خاکستر سبوس برنج خوبی داشته و جذب اين ترکيبات روي خاکستر سبوس برنج از مدل فروندليچ و درظرفيت جذب

-کلروفنل از مدل فروندليچ پيروي مي کند. 4-کلروفنل از مدل النگموير و 2کربن فعال براي : هر دو جاذب کربن فعال و خاکستر سبوس برنج ظرفيت جذب مناسب دارند و بانتيجه گيري

توجه به نتايج مي توان گفت که خاکستر سبوس برنج يک جايگزين کارامد و ارزان قيمت کشاورزيمفيد در حذف اين ترکيبات فنلي است.

جذب، خاکستر سبوس برنج، کربن فعال، ترکيبات فنلي، ايزوترمکلمات کليدي:

ترکيبات فنلي در غلظت هاي مختلف از بسياري از صنايع نظير صنايع پتروشيمي ، صنايعمقدمه: توليد زغال، الستيک سازي، کاغذ، پالستيک، پااليشگاه ها و همچنين توليد رزين هاي فنلي وارد محيط

]. اين ترکيبات هم چنين مي توانند به وسيله تجزيه آفت کش هاي کلره از2و1زيست مي گردند[ - کارشناسي ارشد مهندسي بهداشت محيط، دانشگاه علوم پزشکي تهران. ارائه کننده: دانشkkکده بهداشkkت دانشkkگاه11

09159866360 موبايل: ahura1366@yahoo.com علوم پزشکي تهران، ايميل:- استاديار گروه بهداشت محيط، دانشگاه علوم پزشکي تهران2 نويسنده ي مسئول: دانشکده بهداشkkت دانشkkگاه علkkوم. - دانشيار گروه بهداشت محيط، دانشگاه علوم پزشکي تهران3

09123906308 موبايل: gholamim@tums.ac.irپزشکي تهران، ايميل: دانشيار گروه بهداشت محيط، دانشگاه علوم پزشکي تهران4- دکتري شيمي تجزيه، مسئول آزمايشگاه دانشگاه علوم پزشکي تهران5

].3واکنش آب با فنل موجود در محيط و در طول سوزاندن مواد آلي در حضور کلر توليد شوند[ گرم9/77حالليت ترکيبات فنلي به نوع ماده بستگي دارد. براي مثال حالليت فنل غير اشباع در آب

گرم در ليتر است. با توجه به ويژگي هاي فنل نظير حالليت در آب و20-کلروفنل 2در ليتر، و پايداري آن در محيط زيست، اين ترکيبات به مدت طوالني در محيط باقي مانده، و از طريق منابع

.]4آب قادر به انتقال تا مسافت هاي طوالني هستند[

اين ترکيبات به دليل سميت و تجزيه ناپذيري، حتي در غلظت هاي پايين به عنوان آالينده هاي داراي ]، که همين امر سبب وضع استانداردهاي سختگيرانه اي5اولويت زيست محيطي شناخته مي شوند[

( براي اين ترکيبات، استانداردEPAبراي آنها شده است. آژانس حفاظت محيط زيست آمريکا )mg/L1]بنابراين، فاضالب هاي آلوده به ترکيبات فنلي بايد قبل از تخليه به6 را ارائه داده است .[

منابع پذيرنده تصفيه گردند. تصفيه بيولوژيکي، استخراج در حالل، اکسيداسيون شيميايي و روشهاي الکتروشيميايي مهمترين

]. مشکالتي نظير هزينه باال، راندمان پايين7روشهاي حذف فنل و ترکيبات فنلي از فاضالب هستند[ و توليد محصوالت جانبي سمي و خطرناک فاکتورهاي محدودکننده براي کاربرد بعضي از اين روش

ها هستند. در ميان فرايندهاي فيزيکو شيميايي تکنولوژي جذب به طور وسيعي در چند سال اخير ]. جذب سطحي تکنيکي مناسب و قوي براي تصفيه پسابهاي9 و 8مورد مطالعه قرار گرفته است[

خانگي و صنعتي مي باشد. اين فرايند روشي ساده، اقتصادي، سريع و بدون هيچ تصفيه و ماده شيميايي مي باشد. جذب سطحي فرايندي است که طي آن مولکولهاي ماده جذب شونده موجود

در يک محلول به سمت سطوح داخلي يک ماده جاذب )بيوجاذب( کشيده شده و تجمع مي يابند[ ]. به دليل محدوديت هاي نظير مشکل دسترسي، نداشتن راندمان باال و غيره، تمايل رو به10

].5رشدي در استفاده از جاذب هاي هاي آسان و با کارايي باال در جذب وجود دارد[ جاذب هاي زيادي براي حذف فنل ها و کلروفنل ها از فاضالب مورد استفاده قرار گرفته اند. کربن

فعال يکي از متداولترين آن ها است. اين جاذب ظرفيت بااليي براي حذف آالينده هاي آلي، ماکرومولکولها، رنگ، طعم و بو مورد استفاده قرار مي گيرد. کربن فعال بسيار متخلخل بوده، و

% و داراي سايز ذرات5 مي باشد. محتواي خاکستر آن حداکثر g3cm 5/1معموال ميزان تخلخل آن / ]. از اين جاذب، در بيشتر تصفيه خانه هاي نقاط مختلف دنيا به صورت10 ميلي متر است[6-3

]. 11مقطعي و فصلي براي کنترل طعم و بو و ترکيبات آلي استفاده مي شود[ -کلروفنل از محلول آبي4-کلروفنل و 2هدف ازمطالعه حاضر، بررسي کربن فعال گرانوله در حذف

اوليه، غلظت اوليه آالينده وpHاست. در اين پژوهش،تاثير فاکتورهاي مختلف نظير زمان تماس، دوز جاذب روي ميزان جذب مطالعه گرديد. سينتيک جذب با استفاده از معادالت شبه درجه اول،

شبه درجه دوم و نفوذ درون ذره اي تحليل گرديد. همچنين مدل هاي جذب النگموير و فروندليچ وتمکين براي آناليز معادله جذب استفاده شد.

مطالعه از نوع مطالعه ي تجربي بوده و کارايي جاذب هاي خاكستر سبوس برنجمواد و روشها: -کلروفنل مورد بررسي قرار گرفت.4-کلروفنل و 2و كربن فعال در جذب محلول هاي سنتتيك

آلمانMerckخاكستر سبوس برنج، از منطقه شمال ايران و كربن فعال تجاري ساخت شركت مورد استفاده قرار گرفتند. آزمايشات در تمام مراحل كار به صورت ناپيوسته با استفاده از يك

محلولهاي مورد آزمايش توسطpH( انجام شد. ٢٥ ± 0C 1همزن )شيكر( و در دماي آزمايشگاه ) (. محلول هاي استوکHQ40d, USA نرمال تنظيم گرديد )1/0اسيد کلريدريک يا هيدروكسيد سديم

-4 و CP-2 گرم از هرکدام از دو ترکيبات 1( با حل نمودن CP-4-کلروفنل )4( و CP-2-کلروفنل )2CP 4-کلروفنل و 2 ليتر از آب دوبار تقطير، آماده شدند. اندازه گيري مقادير 1 به تنهايي در-

و به ترتيب درUV-visible (EC 7400, England CECIL)کلروفنل توسط دستگاه اسپکتروفتومتري

نانومترانجام گرفت. براي تهيه محلول سنتتيک، آب دوبار تقطير ديونيزه280 و 274طول موج شده مورد استفاده قرار گرفت. جهت جلوگيري از خطا در هر سري از آزمايشات، از دو شاهد استفاده شد. هر يک از آزمايشات با دو بار تکرار انجام گرفته، و مقدار ميانگين مقادير به دست

آمده به عنوان ميزان نهايي لحاظ شد. ،60، 45، 30، 15، 5-کلروفنل در زمانهاي تماس مختلف )4-کلروفنل و 2در ابتدا تغييرات جذب

،200، 100، 50( و غلظت هاي مختلف )11 و pH( 2، 5، 7، 9 دقيقه(، 300 و 240، 180، 120 ميلي گرم در ليتر( با انجام آزمايشات سينتيكي مورد بررسي قرار گرفته ، و زمان400 و 300

تعادلي جذب هر کدام بر روي هر يك از جاذبها، همچنين ظرفيت جذب و مدل سينيتيکي جذب براي هر يک ازجاذب ها به دست آمد. نهايتا کارايي دو جاذب در جذب ترکيبات انتخابي با هم مقايسه

گرديدند. اين آزمايشات براي هر جاذب به صورت جداگانه انجام شد. مرحله دوم كار، انجام ،22/0، 28/0، 34/0، 4/0آزمايشات تعادل )ايزوترم( با مقادير مختلف جاذبهاي مورد استفاده )

و غلظت انجام شد.pH گرم( و مقادير بهينه به دست آمده براي فاکتورهاي زمان، 1/0، 16/0 سپس مدلهاي جذب النگموير و فروندليچ همچنين معادالت سينتيکي شبه درجه اول، شبه درجه دوم،

-کلروفنل بر روي هر4-کلروفنل و 2مدل سينيتيک ريچي و نفوذ درون ذره اي در مورد نحوه جذب يك از جاذبها به طور جداگانه مورد مطالعه و بررسي قرار گرفت.

-کلروفنل جذب شده به ازاي واحد وزن جاذب)4-کلروفنل و 2براي محاسبه ظرفيت جذب يا مقدار

( mgg )q

eq ( استفاده2( و براي محاسبه بازده حذف کربن فعال از محلول از رابطه )1 ( از رابطه )

بر حسب ميلي گرم بر ليتر مي tبه ترتيب غلظت اوليه و غلظت ماده فنلي در زمان Co و Ctشد. جرم جاذب بر حسب گرم مي باشد.M حجم محلول بر حسب ليتر و Vباشند.

qeq=(C°−Ct)V

M (1)

R=(C0−Ct)

C0(2)

سينتيک جذب

سينتيک شبه درجه اول

سينتيک جذب براي تعيين مکانيزم کنترل فرايندهاي جذب سطحي مانند جذب در سطح، واکنش شيميايي و يا مکانيزم هاي نفوذ استفاده مي گردد. در مدل سينتيک مرتبه اول فرض بر اين است

که سرعت تغييرات برداشت جسم حل شونده با زمان به طور مستقيم متناسب با تغييرات در غلظت اشباع و مقدار برداشت جاذب با زمان مي باشد. فرم خطي سينتيک مرتبه اول به صورت

.]8فرم خطي سينتيک مرتبه اول به صورت زير نشان داده مي شود[ زير نشان داده مي شود.

l n ( qeq−q )=ln qeq−K1 t

2.303

(3)

q و qeq (1- mg g) ،کلروفنل جذب شده به ازاي هر گرم جاذب در زمان 4-کلروفنل يا 2 مقدار فنل-t و در حالت تعادل است.

1k( ثابت سينيتيک مرتبه اول min-1.است ) ،1با فرض خطي بودن تغييراتkاز شيب نمودار ln ( qeq−q تعيين مي شود.t در مقابل (

سينتيک شبه درجه دوم

در مدل سينتيکي مرتبه دوم فرض بر اين است که فرايند جذب قابل کنترل به وسيله جذب بر روي خاکستر-کلروفنل 4-کلروفنل و 2جذب فرم خطي سينتيک مرتبه دوم براي شيميايي است.

:]5سبوس برنج و کربن فعال به صورت زير است[tq= 1

K2 qeq2 + 1

qeqt (4)

tکاربرد باشد نمودار اگر معادله شبه درجه دوم قابل qeq

يک رابطه از معادله فوق بايدt در مقابل از شيب و نقطه2k و qeq( است.g (mg.min)-1 ثابت سينيتيک مرتبه دوم)2kخطي را نشان دهد.

تقاطع نمودار تعيين مي شوند.مدل سينتيکي ريچي

مدل سينتيکي ريچي به صورت زير بيان مي شود:1qt

= 1qeq tk r

+ 1qeq

(5)

که در معادله فوق ثابت سرعت بر حسب به همان صورت قبل تعريف مي شود. با رسم تغييرات1

qeq1بر حسب

t مقاديرqeq و k r.قابل محاسبه هستند

مدل نفوذ درون ذره اي

جذب سطحي يک سيستم ترموديناميکي است که در آن ترکيبات مختلف براي رسيدن به تعادل در حال رقابت هستند. براي انجام پديده جذب سطحي سه مرحله مجزا بايد اتفاق بيافتد مولکول هاي

جذب شونده بايد از فاز توده اي محلول به سطح ذره جاذب انتقال يابند. در اين عمل، مولکول هاي جذب شونده بايد از فيلم حاللي که ذره جاذب را احاطه کرده است عبور کند. اين مرحله به فرايند

نفوذ در فيلم معروف است.مولکول هاي جذب شده بايد به مکان هايي از جاذب که در داخل تخلخل ها موجودند انتقال

يابند. اين فرايند به عنوان نفوذ در تخلخل بيان مي شود..ذره بايد به سطح جاذب متصل گردد، يعني جذب شود

-کلروفنل بر روي خاکستر سبوس برنج و کربن فعال ممکن است به وسيله4-کلروفنل و 2جذب فرايند نفوذ در فيلم يا نفوذ درون ذره اي کنترل شود. بيان رياضي مدل نفوذ درون ذره اي به

]:8صورت زير است[

q t=k p t1 /2+C (6)

ثابت نفوذ درون ذره ايC و mg.gr-1.min-1/2 ، ثابت سرعت نفوذ درون ذره اي برحسبKp که Cو Kp مقادير t1/2 بر حسبqt به همان صورت قبل تعريف مي شود. با رسم qt و mg.gr-1 برحسب

بدست مي آيد. ايزوترم هاي جذب، خواص جذبي و داده هاي تعادلي هستندمدل هاي مختلف ايزوترم جذب:

که به توصيف چگونگي واکنش آالينده ها با مواد جاذب مي پردازند و در بهينه سازي مصرف جاذب نقش اساسي دارند. ايجاد ارتباط مناسب براي منحني تعادل و بهينه نمودن طراحي يک سيستم

جذب سطحي براي حذف ترکيب فنلي بسيار مهم است. ايزوترمهاي جذب تعادلي با رسم غلظت -کلروفنل در فاز جامد در مقابل غلظت اين ترکيبات در فاز محلول بيان مي گردد.4-کلروفنل و 2

توزيع مولکول ترکيب فنلي بين فاز محلول و جاذب، معياري از موقعيت تعادل در فرايند جذب است مدل هاي ايزوترم زيادي براي تحليل و عموما توسط يک يا چند مدل ايزوترم جذب بيان مي گردد.

داده هاي تجربي و توصيف تعادل در جذب مانند النگموير، فروندليچ و تمکين وجود دارد. اين مدل ها براي ارائه ديدگاهي راجع به مکانيسم جذب، خواص سطحي، تمايل جاذب و توصيف داده هاي

تجربي جذب به کار مي روند. بنابراين، ايجاد يک ارتباط مناسب بين نمودار هاي تعادل براي بهينه]. 12[نمودن شرايط و طراحي سيستم هاي جذب بسيار حائز اهميت است

ايزوترم فرندليچ با فرض يک سطح ناهمگن با توزيع غير يکنواختي از گرمايمدل فروندليچ: طبق مدل فروندليچ فرايند جذب توسط معادله زير تعريف مي جذب در روي سطح بدست مي آيد.

].14شود[

log (qeq )= log ( K f )+ 1n

log (Ceq ) (7)

غلظت تعادلي بر حسبCeq شدت جذب سطحي، n/1 ظرفيت جذب در غلظت واحد،Kfكه در آن mg/L وqeq کلروفنل جذب شده در حالت تعادل بر حسب 4-کلروفنل و 2مقدار-mg.gr-1.از است

logنمودار خطي (qeq log در مقابل ( (Ceq) ،K f 1 وn 1 مي توانند تعيين شوند/nبيانگر نوع ايزوترم

نامطلوبn/1> 1 مطلوب و اگرn < 0/1>1 باشد برگشت ناپذ ير، n/1= 0است که اگر نامطلوب است.

اين مدل شامل فرضياتي است كه از آن جمله جذب به صورت تك اليه اي،مدل النگموير: يكنواختي سطح و حذف اثرات متقابل مولكول هاي جذب شده را مي توان نام برد. براي جذب تك

]15اليه اي معادله النگموير به صورت زير مي باشد[Ceq

qeq= 1

Q° b+

Ceq

Q° (8)

C-کلروفنل جذب شده به ازاي هر گرم جاذب و 4-کلروفنل يا 2( مقدار فنل، 1- mg g )qeqکه eq( 1-

mgL ،کلروفنل در حالت تعادل است. 4-کلروفنل و 2( غلظت تعادلي فنل-Q° و bپارامترهاي النگموير اند که به ترتيب مربوط به حداکثر ظرفيت جذب و انرژي همبستگي جذب اند. نموداري از

C eq

QeqC در مقابل eq 1 خط راستي از شيب

Q° 1 و محل تقاطعbQ°را نشان مي دهد. مشخصه اساسي

( است که توسط رابطه زير تعريف ميRLايزوترم النگموير ثابت بدون بعدي به نام پارامتر تعادل، )]:16شود[

RL=1

1+bC0 (9)

C بيانگر نوع ايزوترمRL ميلي گرم در ليتر بود. 50 غلظت اوليه ترکيب فنلي است که در اينجا ° و برايRL=1، براي جذب خطي RL>1، براي جذب نامطلوب RL>0< 1است. براي جذب مطلوب

است. RL=0جذب غير قابل برگشت داده هاي بدست آمده از مراحل مختلف آزمايشات و نتايج حاصل از آناليز نمونه هاي جمع آوري

مورد تجزيه و تحليل قرار گرفت.Excelشده و ساير پارامترهاي اندازه گيري، به كمك نرم افزار بحث و نتیجه گیری:

تاثير زمان

سرعت جذب يکي از مهمترين فاکتورهايي است که در طراحي آزمايشات جذب در محيط آزمايشگاهي مورد توجه قرار مي گيرد. متعاقبا اينکه بايد وابستگي به زمان در چنين سيستم هايي

-4-کلروفنل و 2 تاثير زمان تماس بر جذب 1تحت شرايط مختلف فرايند تعيين گردد. شکل -4-کلروفنل و 2کلروفنل روي کربن فعال و خاکستر سبوس برنج را نشان مي دهد. ميزان حذف

% است اين در حاليست که اين1/86% و 5/73کلروفنل توسط خاکستر سبوس برنج به ترتيب -کلروفنل رفتار مبهم تري را نسبت به2% است. 4/96% و 1/95مقدار براي کربن فعال گرانوله

-کلروفنل هم روي کربن فعال و هم روي خاکستر سبوس برنج4-کلروفنل نشان ميدهد. جذب 4 -کلروفنل2 دقيقه به تعادل ميرسد و در حاليکه در مورد 60بسيار سريع بوده بگونه اي که در زمان

دقيقه بوده ولي روي خاکستر سبوس برنج اين60زمان تعادل روي کربن فعال گرانوله همان زمان دقيقه است. در ابتداي فرايند جذب مکانهاي جذب فراواني در دسترس است و يونهاي120زمان

2009]. در مطالعه که در سال 5-کلروفنل به آساني در اين مکانها جذب مي شوند[4-کلروفنل و 2 دقيقه60برروي حذف ترکيبات فنلي با استفاده از يکي از جاذب هاي طبيعي انجام شد زمان

-کلروفنل نشان ميدهد. همانطور که در4-کلروفنل رفتار مبهم تري را نسبت به 2]. 15بدست آمد [ کلروفنل داشته است. و اين نتيجه در4-کلروفنل مقدار جذب کمتري نسبت به 2نتايج آمده است،

-2خاکستر سبوس برنج بيشتر نمود پيدا کرده است. احتماال چنين رفتاري به دليل حالليت کمتر ].5-کلروفنل و کربني که کلر روي آن قرار گرفته است مي باشد[4کلروفنل نسبت به

: تkkاثير زمkkان هkkاي مختلkkف تمkkاس روي مkkيزان1نمkkودار -کلروفنل توسط کربن فعال و4-کلروفنل و 2ظرفيت جذب

=(mg/L 50C0، 5 ( اوليه pH خاکستر سبوس برنج

: pHتاثير

-4-کلروفنل و 2بر جذب pHدر اين پژوهش تاثير فعال و خاکستر سبوس کلروفنل روي کربن

مطالعه گرديد، که نتايج آن 2-11 هاي pHبرنج در است. گستره ظرفيت ارائه شده2در شکل

-2 بين pHکربن فعال در -کلروفنل روي2جذب و36/4 تا 01/4داد و از تغييرات کمي نشان11

ميلي گرم در6/4 تا 3/4 -کلروفنل بين4براي بيشترين حذف هر دو گرم ادامه يافت، که

بود.pH=7کلروفنل در -4-کلروفنل و 2ترکيب -کلروفنل4-کلروفنل و 2اما در مورد خاکستر سبوس برنج اين رفتار متفاوت بوده و بيشترين حذف

-4-کلروفنل و 2 بهينه منجر به کاهش جذب pH حاصل گرديد. مقادير باالتر يا پايين تر از pH=5در روي بار الکتريکي سطح جاذب موثر بوده، بنابراين ميزان بارpHکلروفنل در هر دو جاذب شد.

باال بوده و+H پايين غلظت pH]. در 13 هاي مختلف بر فرايند جذب تاثير گذارند[pHهاي مختلف در پايين کلروفنل ها به صورت يون وجود دارند، بنابراين پروتون ها با يونهاي کلروفنلpHاز آنجا که در

محيطهاي قليايي نيز فنل ها به شكل نمك]. در13ها براي کسب مکانهاي جذب رقابت مي کنند [ درمي آيند و همچنين فنل جذب شده در سطح جاذب نيز به شكل فنوكسيد سديم از سطح جاذب

با مولکول هاي فنل براي مکان هاي-OH باال )قليايي( يون هاي pH چنين در ]. هم10مي شود[جدا ]. در مطالعات ديگر17مي يابد[جذب رقابت مي کنند و نهايتاً راندمان جذب توسط جاذب كاهش

].16نيز اين نتايج مشاهده شده است [

0 2 4 6 8 01 210

5.0

1

5.1

2

5.2

3

5.3

4

5.4

-2 kروفنل و کربن فعالkکل-4 kروفنل و کربن فعالkکل-2 کلkروفنل و خkاکسkتر

سبوkس برنج-4 کلkروفنل و خkاکسkتر

سبوkس برنج

Hp

(g/g

m)q

-کلروفنل روي جاذب هاي کربن فعال و4-کلروفنل و 2 هاي مختلف محلول بر ظرفيت جذب pH: تاثير 2مودار نخاکستر سبوس برنج

0 50 100 150 200 250 300 3500.0

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

3.0

3.5

4.0

4.5

5.0

کلkروفنل و خkاکسkتر سبوkس برنج-22-kروفنل و کربن فعالkکلکلkروفنل و خkاکسkتر سبوkس برنج-44-kروفنل و کربن فعالkکل

)PهPقیقPد(Pان تماسPزم

q(m

g/g)

-کلروفنل بر راندمان4-کلروفنل و 2: تاثير غلظت اوليه فنل، تاثير غلظت اوليه ترکيبات فنلي (.3 ميلي گرم در ليتر بررسي شد)نمودار50- 400حذف توسط خاکستر سبوس برنج در محدوده

0 05 001 051 002 052 003 053 004 0540

5

01

51

02

52

03

53

04-2 kروفنل و کربن فعالkکل-4 kروفنل و کربن فعالkکل-2 کلkروفنل و خkاکسkتر

سبوkس برنج-4 کلkروفنل و خkاکسkتر

سبوkس برنج

(l/gm )0C

(g/g

m)q

-کلروفنل بروي جذب روي خاکستر سبوس برنج و کربن فعال4-کلروفنل و 2: تاثير غلظت هاي مختلف 3نمودار

نتايج نشان داد که با افزايش غلظت ترکيب فنلي، درصد حذف آنها کاهش مي يابد که اين امر نشان به گونه اي که بادهنده اين حقيقت است که جذب به شدت تابعي از غلظت اوليه محلول است

ميلي گرم در ليتر روي400 ميلي گرم در ليتر به 50-کلروفنل از 4-کلروفنل و 2افزايش غلظت %84.78-کلروفنل از 4 و براي 08/38 به 49/63-کلروفنل از 2خاکستر سبوس برنج ميزان حذف

در کربن فعال ميزان تغييرات راندمان حذف با افزايش غلظت اين از.% کاهش يافت53.63به -4% و 71/75% به 51/95-کلروفنل از 2 ميلي گرم در ليتر در مورد 400 ميلي گرم در ليتر به 50

اين پديده را مي توان به اين ترتيب توصيف کردکه% کاهش يافت.96/88% به 03/96کلروفنل از -کلروفنل در مقايسه با مکان هاي موجود بر روي سطح4-کلروفنل و 2در غلظت هاي کم، ميزان

جاذب کمتر مي باشد اما با باال رفتن غلظت ترکيب فنلي در محلول، مکان هاي موجود بر روي اين در حاليست].5، 13، 12 [بسيار کمتر شده در نتيجه درصد جذب کاهش مي يابد، سطح جاذب

که در هر دو جاذب روند ظرفيت جذب متفاوت بوده و با افزايش غلظت، ظرفيت جذب افزايش . علت افزايش ظرفيت جذب جاذبها با افزايش غلظت اوليه فنل به دليل افزايش احتماليافت

Eugenia] و 16 [Nadavala Siva Kumar]. 10برخورد و تماس بين جاذب و جذب شونده مي باشد[Rubin] 18.نتايج مشابهي در مطالعات خود بدست آوردند [

نتايج بررسي مقادير مختلف جkkاذب و کkkارايي آن در جkkذب ترکيبkkات فنلي، درتاثير ميزان جاذب: -کلروفنkkل و2 نشان داده شده است. افزايش ميزان جاذب سبب افزايش در مkkيزان حkkذف 4شکل

-کلروفنل روي کربن فعال و خاکستر سبوس برنج شد. 4 افزايش جذب با افزايش ميزان جاذب مربوط به ميزان مکانهاي جذب بيشتر و مساحت سطح

]. در مقدار خيلي پايين جاذب، سطح جاذب به سرعت با يون هاي5بيشتر در مقادير باالتر است[ کلروفنل ها اشباع شده و ميزان کلروفنل باقي مانده در محلول باال است. بنابراين با افزايش دوز

گرم ميزان حذف1/0جاذب ميزان جذب يونهاي کلروفنل ها افزايش مي يابد. در ميزان جاذب ]. همچنين بيشترين مقدار جذب در مقدارجاذب13بسيار پايين بوده، و تعادل سريع تر حاصل شد[

Gulay] و 10و همکاران [Kermani. M نتايج مشابهي که در مطالعات .گرم، به دست آمد4/0Bayramoglu] 5.بدست آمد درستي اين ادعا را نشان مي دهد [

0 1.0 2.0 3.0 4.0 5.00

2

4

6

8

01

21-4 کلkروفنل و خkاکسkتر سبوkس

برنج-2 کلkروفنل و خkاکسkتر سبوkس

برنج-2 kروفنل و کربن فعالkکل

دPوPزهPایP مPخPتلفP جPاذPبP)گرPم(

(g/g

m)q

: تاثير دوزهاي مختلف جاذب هاي کربن فعال و خاکستر سبوس برنج4نمودار

مدل هاي ايزوترم جذب:

مدل هاي ايزوترم براي جذب ترکيبات فنلي انتخابي توسط کربن فعال8 تا 5 در نمودارهاي گرانوله و سبوس برنج آمده است:

2.1 3.1 4.1 5.1 6.1 7.10

1.0

2.0

3.0

4.0

5.0

6.0

7.0

8.0

9.0

fCgol

eqgo

l

100000000000007.0 2.1 7.10

2.0

4.0

6.0

8.0

1

2.1

fCgol

eqgo

l

-کلروفنل توسط4: ايزوترم فروندليچ براي جذب 6نمودار -کلروفنل2: مدل ايزوترم فروندليچ براي جذب 5نمودار

خاکستر سبوس برنجتوسط خاکستر سبوس برنج

100000000000007.0 2.1 7.10

2.0

4.0

6.0

8.0

1

2.1

fCgol

eqgo

l

0 5 01 51 02 520

5.0

1

5.1

2

5.2

(L/gm) fC

eq/e

C

-کلروفنل4: مدل ايزوترم فروندليچ براي جذب 7نمودار توسط کربن فعال گرانوله

-کلروفنل2: مدل ايزوترم النگموير براي جذب 8نمودار توسط کربن فعال گرانوله

-کلروفنل روي خاکستر سبوس برنج و کربن4-کلروفنل و 2اطالعات تعادلي بدست آمده از جذب -کلروفنل بروي خاکستر سبوس برنج با4-کلروفنل و 2فعال گرانوله نشان ميدهد که فرايند جذب

-4-کلروفنل از مدل النگموير و در 2مدل فروندليچ تناسب دارد. بر روي کربن فعال فرايند جذب حاصل از معادله نمودارb و q maxکلروفنل از مدل فروندليچ تبعيت مي کند. مقدار ثابت النگموير

Ce/qeq در مقابلCe( و مقدار ضريب همبستگي R2 مقدار 1( آن نيز بدست آمد)جدول .)RLدر گستره -کلروفنل بر روي کربن فعال است. افزايش غلظت در2 است که نمايانگر جذب مطلوب 1 تا 0بين

-2 نشان داد که خاکستر سبوس برنج و کربن فعال هر دو جاذبهاي مناسبي براي جذب C0مقدار از نمودار خطيn/1 و kf-کلروفنل از محلولهاي آبي بودند. مقدار ضريب فروندليچ 4کلروفنل و

logqeq در مقابل logCeq 1 به همراه ضريب همبستگي آن ها نيز داده شده است. ثابت فروندليچ/n نزديک به مقدار واحد است که نشان مي دهد که فرايند جذب تحت شرايط آزمايش مناسب است.

-کلروفنل روي خاکستر کربن فعال گرانوله به4-کلروفنل و 2همانطور که ذکر شد فرايند جذب ترتيب با مدل النگموير و فروندليچ تناسب دارد. اين امر مي تواند به دليل توزيع يکنواخت يا چند

.اليه اي مکان هاي فعال روي سطح خاکستر و کربن فعال است

خاکستر سبوس برنج

جذبشونده

مدل النگمويرمدل فروندليچkf

(mg/g()l/mg) 1/n

1/nR2

Q˚(mg/g)

b

(l/mg)RLR2

/1310/00649-کلروفنل21

9659/0

813/51-002/09090/

0147/0

/9473/07108-کلروفنل40

9542/0706/25022/04761/

06933/

0کربن فعال

مدل النگمويرمدل فروندليچ

جذبشونده

kf

(mg/g()l/mg) 1/n

1/nR2

Q

(mg/g)b

(l/mg)RLR2

/280/33637-کلروفنل20

8626/0771/121664/

01072/

09079/

0

/400/16335-کلروفنل40

9441/0408/200426/

03194/

07538/

0: انطباق داده هاي تعادلي با مدل هاي النگموير و فروندليچ1جدول

مدل هاي سينتيک جذب

9نتايج بررسي مدل هاي مختلف سينتيکي جذب براي جاذب ها و آالينده هاي انتخابي در نمودارهاي آورده شده است.12تا

0 05 001 051 002 052 003 0530

01

02

03

04

05

06

07

08

-2کلkروفنل

)PقیقهPد(Pان تماسPزم

eq/t

: انطباق داده هاي بدست آمده توسط9نمودار خاکستر سبوس برنج با مدل شبه درجه دوم

: انطباق داده هاي بدست آمده توسط کربن10نمودار فعال با مدل شبه درجه دوم

0 50.0 1.0 51.0 2.0 52.00

1.0

2.0

3.0

4.0

5.0

6.0

-4 کلkروفنل-4) raeniL

)کلkروفنل

(1-nim)t/1

eq/1

0 50.0 1.0 51.0 2.0 52.00

2.0

4.0

6.0

8.0

1

2.1

4.1

-2 کلkروفنل-2) raeniL

)کلkروفنل

(1-nim)t/1

eq/1

: انطباق داده هاي بدست آمده توسط11نمودار کربن فعال با مدل ريچي

: انطباق داده هاي بدست آمده توسط خاکستر12نمودار سبوس برنج با مدل ريچي

داده شده2مقادير و ثابتهاي مورد نظر در هر يک از مدل هاي سينتيک استفاده شده در جدول است:

خاکسkkتر سkkبوسو -کلروفنkkل بkkرروي کkkربن فعkkال 4-کلروفنل و 2: پارامترهاي مدل هاي سينتيک جذب 2جدولبرنج

0 50 100 150 200 250 300 3500

10

20

30

40

50

60

70

80

90

4-کلkروفنل

)PقیقهPد(Pان تماسPزم

t/qe

خاکستر سبوس برنجمدل شبه درجه اول

2R1K2-

8843/00194/0کلروفنل4-

8375/00266/0کلروفنلمدل شبه درجه دوم

2Rq t(mgg

)2K

2-9992کلروفنل

/0657/303169/04-

13655/42112/0کلروفنلمدل نفوذ درون ذره اي

2Rkp mg/(g min0.5)C

2-6736کلروفنل

/0158/04614/14-

3799کلروفنل/01441/05817/2

مدل ريچي2Rqeqkr

2-کلروفنل

9674/0

484/32283/0

4-کلروفنل

9979/0

393/47883/0

کربن فعالمدل شبه درجه اول

2R1K2-

کلروفنل

9329/00261/0

4-کلروفن

ل8974/00315/0

مدل شبه درجه دوم2Rq t(

mgg

)2K

2-کلروفن

ل997/

07687/40127/0

4-کلروفن

ل9992

/00301/50211/0

مدل نفوذ درون ذره اي2Rkp mg/(g

min0.5)C

2-کلروفن

ل7484

/02495/00647/1

4-کلروفن

ل7062

/02456/05629/1

مدل ريچي2Rqeqkr

2-کلروفن

ل

9939/0

364/50377/0

4-کلروفن

ل

9902/0

1948/50808/0

نشان داده شده است، مقدار ضريب همبستکي در اين مدل هم براي2همان طوري که در جدول نزديک به1qeq calخاکستر سبوس برنج و هم کربن فعال گرانوله بسيار باال بود، به طوري که مقدار

qeq exp t در مقابلln (qeq-qt) از رسم qeq cal و مقدار k1ثابت سرعت معادله شبه درجه اول است. 2

( تقريباR2 آورده شده است. در اين مدل، ضريب همبستگي)2محاسبه شد و نتايج آن در جدول تعيين شده از مدل، تطابقqeq calبسيار پايين بوده که نشان دهنده همبستگي کم آن است. بعالوه

-کلروفنل با مدل سينيتيک شبه درجه اول4-کلروفنل و 2 ندارد. بنابراين جذب qeq expخوبي با مقدار -کلروفنل4-کلروفنل و 2 براي سينيتيک شبه درجه دوم t در مقابل t/qeqمطابقت ندارد. نمودار خطي

نشان داده شده است. ضريب سينيتيک10 و 9بر روي خاکستر سبوس برنج و کربن فعال در شکل داده شده است. مقدار2 از مدل تعيين، و نتايج آن در جدول qeq cal و مقدار k2شبه در جه دوم

ضريب همبستکي در اين مدل هم براي خاکستر سبوس برنج و هم کربن فعال گرانوله بسيار باال حاصل از معادله نفوذ درون ذره ايC همچنین مقدار است.qeq exp نزديک به qeq calبوده و مقدار

( صفر نبود و ضريب همبستگي آن نيز پايين است. به اين ترتيب مدل نفوذ درون ذره اي2)جدول در مقابلt/1 از سوي ديگر ترسيم نمودار خطي فاکتور کنترلي در تعيين سينيتيک فرايند نمي باشد.

1/qeq کلروفنل هم بروي خاکستر سبوس برنج و4-کلروفنل و2 همبستگي مناسبي را براي جذب- بنابراين هر دو مدل نزديک است. qeq exp آن نيز با مقادير qeq calهم کربن فعال نشان داد و مقادير

سينيتيک شبه درجه دوم و ريچي نسبت به مدل شبه درجه اول و نفوذ درون ذره اي همبستگي -کلروفنل بر روي خاکستر سبوس برنج و کربن فعال گرانوله4-کلروفنل و 2خوبي براي جذب

فراهم مي کند.سپاسگزاری

مولفين اين مقاله کمال سپاسگزاري و تشکر خود را از دانشگاه علوم پزشکي تهران به منظورتامين مالي اين پروژه اعالم ميدارند.

Comparative Investigation of 2-Chlorophenol and 4-Chrorophenol Removal Using Granulated Activated Carbon and Rice Husk Ash

Abdolmajid gholizadeh*, Majid kermani*, Mitra gholami*, Mehdi farzadkia*, Ali esrafili*

1 qمحاسباتي که از مدل بدست مي آيد 2 qآزمايش

*Department of Environmental Health Engineering, School of Public Health, Tehran University of Medical Sciences, Tehran, Iran

Abstract

background and objectives: industrial watewaters contain organic pollutant such as dyes, halogenated hydrocarbon, phenolic compounds and atc. Rice husk is a cheap, new available in our country. Therefore, the aim of this study is removal efficiency comparing of rice husk ash with commercial granulated activated carbon.

Methods: Granulated activated carbon(GAC) and rice husk ash (RHA) have been used for the removal of 2-Chlorophenol and 4-Chrorophenol in aquatic solution. experiments were carried out in dual laboratory-bench scale experiments to evaluate its potential for removing this phenolic compounds and comparing these methods. Spectrophotometeric methods were carried on in wave lengths of 274 and 280 nm for 2-chlorophenol and 4-chlorophenol respectively. Various factors including adsorbent dosage, pH, equilibration time and phenolic compound concentration were investigated regarding the effects on selected pollutant adsorption. The adsorption parameters were determined using both of Langmuir and Freundlich isotherm models.Results: results showed that the activated carbon efficiency for selected compounds was rather more than rice husk ash. However rice huck ash (RHA) efficiency for these compounds was comparable with activated carbon. It was shown that a rapid equilibration could be achieved at pHs as low as 5 and 7 for RHA and GAC, respectively. The adsorption efficiency decreased with increasing the initial phenolic concentration and decreased with decreasing the adsorbent dosage. The adsorption isotherm studies clearly indicated that the adsorption process is on surface of RHA and fits into the Freundlich model. Also GAC adsorption isotherm for 2-Chorophenol is a monolayer coverage and fits into the Langmuir isotherm and for 4-chlorophenol fits into Freundlich model. The applicability of Ritchie, pseudo first order and pseudo secound order kinetic model has also been investigated. it was indicated that both of methods had correlation with pesoudo secound order and Ritchie kinethic model.

Conclusion: Activated carbon and RHA exhibit reasonable adsorption capacity for the phenolic compounds and according to results, RHA is a useful agricultural waste product for the removal of some phenolic compounds.

Key words: sorption, rice husk ash, activated carbon, phenolic compounds, isotherm

منابع:[1] Bayramoglu G, Arica MY. Enzymatic removal of phenol and p-chlorophenol in enzyme reactor: horseradish peroxidase immobilized on magnetic beads. Journal of hazardous materials. 2008; 156(1-3):148-55.

[2] Tepe O, Dursun AY. Combined effects of external mass transfer and biodegradation rates on removal of phenol by immobilized Ralstonia eutropha in a packed bed reactor. Journal of hazardous materials. 2008; 151(1):9-16.

[3] Navarro AE, Portales RF, Sun-Kou MR, Llanos BP. Effect of pH on phenol biosorption by marine seaweeds. Journal of hazardous materials. 2008; 156(1-3):405-11.

[4] Rappoport Z. The Chemistry of Phenols, John Wiley & Sons, Ltd, 2003.

[5] Bayramoglu G, Gursel I, Tunali Y, Arica MY. Biosorption of phenol and 2-chlorophenol by Funalia trogii pellets. Bioresource technology. 2009; 100(10):2685-91.

[6] Hallenbeck WH. Quantitative risk assessment for environmental and occupational health. CRC; 1993.

[7] Ra JS, Oh SY, Lee BC, Kim SD. The effect of suspended particles coated by humic acid on the toxicity of pharmaceuticals, estrogens, and phenolic compounds. Environment international. 2008; 34(2):184-92.

[8] Wu J, Yu HQ. Biosorption of 2, 4-dichlorophenol by immobilized white-rot fungus Phanerochaete chrysosporium from aqueous solutions. Bioresource technology. 2007; 98(2):253-9.

[9] Akar T, Ozcan AS, Tunali S, Ozcan A. Biosorption of a textile dye (Acid Blue 40) by cone biomass of Thuja orientalis: Estimation of equilibrium, thermodynamic and kinetic parameters. Bioresource technology. 2008; 99(8):3057-65.

[10] Kermani. M, H. Pourmoghaddas, B. Bina, Z. Khazaei(2006). Removal of phenol from aqueous solutions by Rice bran ash and activated carbon. Pakistan journal of biological sciences 9 (10), 1905-10

[11] Kim YI, Bae BU. Design and evaluation of hydraulic baffled-channel PAC contactor for taste and odor removal from drinking water supplies. Water research. 2007; 41(10):2256-64.

[12] Hii SL, Yong SY, Wong CL. Removal of rhodamine B from aqueous solution by sorption on Turbinaria conoides (Phaeophyta). Journal of Applied Phycology. 2009; 21(5):625-31.

[13] SarI A, Tuzen M. Equilibrium, thermodynamic and kinetic studies on aluminum biosorption from aqueous solution by brown algae (Padina pavonica) biomass. Journal of hazardous materials. 2009; 171(1-3):973-9.

[14] Khorramfar, S. Mahmoodi, N. M. Arami, M. Gharanjig, K., " Dye removal from colored textile wastewater using tamarindus indica hull: adsorption isotherm and kinetics study." J. Color Sci. Tech. 2009; 3: 81-88

[15] Senturk HB, Ozdes D, Gundogdu A, Duran C, Soylak M. Removal of phenol from aqueous solutions by adsorption onto organomodified Tirebolu bentonite: Equilibrium, kinetic and thermodynamic study. Journal of hazardous materials. 2009; 172(1):353-62.

[16] Nadavala SK, Swayampakula K, Boddu VM, Abburi K. Biosorption of phenol and o-chlorophenol from aqueous solutions on to chitosan-calcium alginate blended beads. Journal of hazardous materials. 2009; 162(1):482-9.

[17] Uddin MT, Islam MS, Abedin MZ. Adsorption of phenol from aqueous solution by water hyacinth ash. ARPN J Eng Appl Sci. 2007; 2(2):11-7.

[18] Rubín E, Rodríguez P, Herrero R, Sastre de Vicente ME. Biosorption of phenolic compounds by the brown alga Sargassum muticum. Journal of Chemical Technology & Biotechnology. 2006;81(7):1093-9.