انتخاب صفحه

فهرست مطالب

فصل اول: مقدمه

حفاظت از محیط زیست که نسل امروز و نسل­های آینده باید در آن حیات اجتماعی رو به رشد داشته باشند یک وظیفه عمومی تلقی می­گردد. انواعی از آلودگی­ها در آب خروجی از کارخانه­ها، نیروگاه­ها و پالایشگاه­ها وجود دارد. به همین دلیل باید نسبت به سیستم­های آبی، انواع منابع آلوده­کننده، اثرات آلودگی، روش­های دفع آلودگی و روش­های پیشگیری از آلودگی اطلاع کافی در دسترس جامعه باشد (Manahan, 2004).امروزه آلودگی آب­های طبیعی با فلزات سنگین اثرات بالقوه سمی بر موجودات زنده می­گذارد. شهرنشینی و توسعه کشت و صنعت منجر به آلودگی آب با فلزات سنگین می­شود (Ghaedi et al., 2010; Silva et al., 2009).چگالی فلزات سنگین بیشتر از 5 گرم بر سانتی­متر مکعب یا 5 برابر چگالی آب است. برای مثال چگالی کادمیوم 7/8 گرم بر سانتی­متر مکعب می­باشد در حالی که چگالی کلسیم و باریم به ترتیب 55/1 و 6/2 گرم بر سانتی­متر مکعب­ است. محدودیت منابع آبی، کمبود بارندگی، خطر بحران کم آبی و اهمیت بازیابی مجدد آب از یک سو و افزایش آلودگی آب­های سطحی و زیرزمینی به وسیله فلزات سنگین از سوی دیگر، یافتن راه حل­های قابل قبول زیست محیطی را در جهت حذف این مواد از منابع آبی ضروری می­سازد (Mohammad and Shashi, 2001).کادمیوم برای انسان مضر است و به اندام­هایی مثل کلیه­ها، کبد و ریه­ها آسیب می­رساند (Pourreza and Ghanemi, 2010). پساب­های صنعتی مهم‌ترین منابع آلوده­کننده­ی محیط زیست هستند، به عنوان مثال باتری­ها، رنگ‌دانه‌ها، پوشش فلزات، پلاستیک، کودهای شیمیایی و خالص­سازی سنگ معدن روی، سرب یا مس از جمله آلوده­کننده­های محیط زیست است (Chamjangali et al., 2010).

1-2- معرفی کادمیوم

کادمیوم فلزی با عدد اتمی 48، عدد جرمی 41/112، حالت اکسیداسیون 2+ و از نظر شیمیایی شبیه به فلز روی (Zn) است (WHO, 2011). کادمیوم معمولا در محیط زیست به صورت خالص وجود ندارد بلکه به صورت یک ماده معدنی در ترکیب با سایر عناصر مانند اکسیژن (اکسید کادمیوم)، کلر (کلرید کادمیوم) و گوگرد (سولفید کادمیوم و سولفات کادمیوم) وجود دارد. کادمیوم اغلب در طبیعت به صورت کمپلکس­های اکسیدی، سولفیدی و کربناتی در سنگ­های معدن مس، سرب و روی وجود دارد. ترکیبات کلریدی و سولفیدی کادمیوم به راحتی در آب حل می­شوند. شناسایی نوع ترکیب کادمیوم برای پیشگیری از خطر ابتلا به عوارض نامطلوب بهداشتی حائز اهمیت است (Taylor et al., 1999).

1-2-1- خواص فیزیکی کادمیوم

کادمیوم فلزی سفید رنگ و نرم با دانسیته­ی 64/8 گرم بر سانتی­متر مکعب، نقطه­ی ذوب 9/320 درجه سانتی­گراد، نقطه­­ی جوش 765 درجه سانتی­گراد در فشار 100 کیلو پاسکال و محلول در اسید نیتریک رقیق و اسید سولفوریک غلیظ است .(WHO, 2011)

1-2-2- کاربردهای کادمیوم

فلز کادمیوم بیشتر به عنوان ضد زنگ و آبکاری فولاد به کار می­رود. سولفید کادمیوم (CdS) و سلمید کادمیوم (CdSe) به عنوان رنگینه در پلاستیک مورد استفاده قرار می­گیرد. ترکیبات کادمیوم در باتری­های الکتریکی، ترکیبات الکترونیکی و راکتورهای هسته­ای نیز کاربرد دارد (WHO, 2011).

1-2-3- منابع آلوده­کننده­ی آب

آب آشامیدنی آبی است که ویژگی­های فیزیکی، شیمیایی، بیولوژیکی و رادیواکتیو آن در حدی باشد که مصرف آن جهت آشامیدن عارضه سوئی در کوتاه مدت یا دراز مدت برای سلامت انسان ایجاد نکند (موسسه استاندارد و تحقیقات صنعتی ایران، 1388(. آلودگی آب عبارت است از تغییر مواد محلول یا معلق، تغییر درجه حرارت و دیگر خواص فیزیکی، شیمیایی و بیولوژیکی در حدی که برای مصرف آب مقرر شده است غیر مفید سازد (ماده 1 آیین نامه جلوگیری از آلودگی آب، 1373(. منابع مستقیم کادمیوم موجود در آب عبارتند از فاضلاب­ها، ذرات معلق موجود در هوا و منابع غیر مستقیم عبارتند از شستشوی کانی­هایی که در اثر هوازدگی به وجود آمده­اند، لجن فاضلاب­ها، محل­های تخلیه مواد زائد همراه آب­های زیر زمینی و سطحی (Merian, 1991).کودهای شیمیایی تولید شده از سنگ‌های فسفات یک منبع مهم پخش کننده­ی آلودگی کادمیوم به شمار می­رود. حلالیت کادمیوم در آب تا حد زیادی به اسیدی بودن محلول بستگی دارد و با افزایش خاصیت اسیدی آب، ترکیبات کادمیوم به شکل رسوب و معلق در آب به راحتی حل می­شوند .(WHO, 2011)

1-2-4-1- هوا

کادمیوم در هوای پیرامون به شکل ذرات معلق وجود دارد، اکسید کادمیوم یکی از مهمترین ترکیبات ذرات معلق است. روزانه به طور طبیعی بیشتر از 8/0 میکروگرم کادمیوم از طریق تنفس وارد بدن انسان می­شود. استعمال دخانیات غلظت کادمیوم را در بدن افزایش می­دهد. میانگین روزانه­ی وارد شدن کادمیوم به بدن، در صورت استعمال دخانیات (20 سیگار در روز) 4-2 میکروگرم می­باشد (WHO, 2011).

1-2-4-2- آب

غلظت کادمیوم در آب طبیعی غیر آلوده معمولا کمتر از 1 میکروگرم در لیتر است. غلظت کادمیوم اندازه­گیری شده در 110 منطقه مختلف جهان کمتر از 1 میکروگرم در لیتر بود، ماکزیمم مقدار گزارش شده 100 میکروگرم در لیتر در ریماو[1] پرو  بوده است. مقدار میانگین در رودخانه راین و دانوب (از رودخانه­های اروپا) در سال 1988، به ترتیب 1/0 میکروگرم در لیتر (از 02/0 تا 3/0 میکرو­گرم در لیتر) و 025/0 میکروگرم در لیتر بوده است. مقدار کادمیوم موجود در رسوبات نزدیک بندر روتردام، 10-1 میلی­گرم بر کیلو­گرم رسوب در سال 1986-1985 بود (WHO, 2011).

آلودگی آب­های آشامیدنی در نتیجه حضور کادمیوم به عنوان ناخالصی در لوله­های گالوانیزه، لحیم­های حاوی کادمیوم در اتصالات، گرم کننده­ها، کولرهای آبی و شیرهای آبی است. غلظت کادمیوم در آب آشامیدنی چشمه­های کم عمق مناطقی در سوئد که خاک اسیدی دارند حدود 5 میکروگرم بر لیتر بود (WHO, 2011). تورنتون غلظت 1 میلی­گرم بر لیتر را در آب­­های نزدیک سنگ­­های معدنی حاوی کادمیوم گزارش کرده است. غلظت کادمیوم در یک آب زیر زمینی در نیوجرسی حدود 450 میکروگرم در لیتر گزارش شده است. در یک بررسی از آب­های زیر زمینی در نزدیکی مناطقی که پساب­های صنعتی تخلیه می­شود، غلظت کادمیوم 6 میلی­گرم بر لیتر گزارش شده است (Taylor et al., 1999).در عربستان سعودی متوسط غلظت کادمیوم در نمونه­هایی از آب چاه­های خصوصی و آب جاری در لوله­های فرسوده، 126 میکروگرم بر لیتر گزارش شده است. مقادیر کادمیوم در آب­های نرم که pH پایین­تری دارند از این مقدار نیز بیشتر است. با کاهش pH خوردگی لوله­های فلزی که با فلز روی یا کادمیوم آبکاری شده­اند، افزایش می­یابد. در لوله­هایی که با روی آبکاری شده­اند، با خوردگی فلز روی که حاوی مقدار کمی کادمیوم به صورت ناخالصی است، کادمیوم وارد آب می­شود (WHO, 2011).

1-2-4-3- غذا

مهم‌ترین منبع جذب کادمیوم برای کسانی که در معرض مستقیم با کارخانه­های صنعتی قرار ندارند، غذا می­باشد. محصولات کشاورزی که در خاک­های آلوده کاشته می­شوند یا با آب­های آلوده آبیاری می­شوند، گوشت حیواناتی که از چراگاه­های آلوده استفاده می­کنند، جگر و قلوه حیوانات حاوی غلظت زیادی از کادمیوم هستند. بسیاری از میوه­ها، گوشت و سبزیجات به طور معمول دارای 10، کبد100-10 و کلیه 1000-100 میکروگرم کادمیوم به ازای یک کیلوگرم ماده هستند. در حبوبات مقدار کادمیوم 25 میکروگرم به ازای هر کیلوگرم ماده است. بیشترین مقدار کادمیوم در حلزون صدف­دار 1000-200 میکروگرم به ازای هرکیلوگرم ماده است. بنا بر مقادیر اندازه­گیری شده­ی کادمیوم در سال 1984- 1977، کادمیوم وارد شده به بدن از طریق غذا در مردم هلند20 میکروگرم برای هر نفر در روز تخمین زده شد (WHO, 2011).

غذا مهم‌ترین منبع غیر صنعتی حضور کادمیوم در جیره غذایی است. مقدار جذب از طریق غذا 35-10 میکروگرم است. جذب به طریق آب معمولاً کمتر از 2 میکروگرم در روز است. سیگار کشیدن در روز مقدار کادمیوم ورودی به بدن را افزایش می­دهد. در آمریکا، اروپای غربی و استرالیا میانگین روزانه جذب کادمیوم در مناطق دور از واحدهای آلوده صنعتی و بدون در نظر گرفتن استعمال دخانیات 25-10 میکروگرم است (WHO, 2011).استفاده طولانی مدت از لجن فاضلاب به عنوان کود موجب تجمع کادمیوم، سرب و دیگر فلزات سنگین در خاک و گیاهان می­شود. تجمع این فلزات در گیاه نهایتا موجب ورود کادمیوم به زنجیره غذایی انسان می­شود. لجن فاضلاب علاوه بر افزایش غلظت فلزات سنگین در خاک، خواص شیمیایی از قبیل pH، قابلیت هدایت الکتریکی و ظرفیت تبادل کاتیونی را نیز تغییر می­دهد (رحیمی آلاشتی و همکارانش، 1389(.

-2-5- اثرات کادمیوم بر روی سلامتی

مطالعات جدید سینتیکی به طور واضح نشان داد که کادمیوم موجود در جیره غذایی توسط اثناعشر (ابتدای روده باریک) جذب می­شود. کادمیوم جذب شده در یک وعده­ی غذایی تا 16 روز در اثناعشر باقی می­ماند، بخشی از کادمیوم بعد از 64 روز جذب می­شود و این یون فلزی در اثناعشر توسط جریان خون به کبد و کلیه­ها انتقال می­یابد (Chaney et al., 2004). کادمیوم در کلیه تجمع می­یابد و باعث اختلال فرآیند تصفیه، دفع پروتئین­های ضروری و قند از بدن می­شود و به کلیه آسیب می­رساند. دفع کادمیوم تجمع یافته در کلیه مدت زیادی طول می­کشد. عوارض دیگری که توسط کادمیوم ایجاد می‌شود شامل اسهال، شکم درد، استفراغ شدید، شکستگی استخوان، عقیم شدن و نازایی، آسیب سیستم عصبی مرکزی، آسیب سیستم ایمنی، ناهنجاری­های روانی، آسیب احتمالی DNA و سرطان است (WHO, 2011).مسمومیت با کادمیوم باعث نرم شدن استخوان­ها و نارسایی کلیه می­شود. نرم شدن استخوان­ها به دلیل شباهت خیلی زیاد یون کادمیوم به یون کلسیم است. در غلظت­های زیاد کادمیوم در بدن یون­های کادمیوم جایگزین یون­های کلسیم در استخوان شده و باعث نرم شدن و شکستگی استخوان­ها می­شود. یکی از بیماری­هایی که در اثر مسمومیت با کادمیوم ایجاد می­شود ایتای-ایتای[2] است. محققان در سال 1970 عامل این بیماری را که در یک دهکده ژاپنی در کنار رودخانه تینتسو[3]  دیده شد، آبیاری مزارع برنج توسط آب­های آلوده به کادمیوم تشخیص دادند.حداکثر غلظت مجاز کادمیوم در فاضلاب­های قابل تخلیه به آب­های پذیرنده، تخلیه به چاه­های جاذب، مصارف کشاورزی و آبیاری در ایران 1/0 میلی­گرم در لیتر است. حداکثر غلظت مجاز کادمیوم در آب آشامیدنی در ایران 003/0 میلی­گرم در لیتر است (موسسه استاندارد و تحقیقات صنعتی ایران، u

1-1- پیشگفتار ……………………………………………………………………………………….. 2
1-2- معرفی کادمیوم ………………………………………………………………………………………………………………… 3
1-2-1- خواص فیزیکی کادمیوم ………………………………………………………………….. 3
1-2-2- کاربردهای کادمیوم …………………………………………………………………… 4
1-2-3- منابع آلوده­کننده آب ………………………………………………………………………. 4
1-2-4- مواجهه انسان با آلودگی کادمیوم ………………………………………………….. 5
1-2-5- اثرات کادمیوم بر روی سلامتی …………………………………………………………… 7
1-3- کربنات کلسیم ………………………………………………………………………………… 8
1-3-1- شکل­های کریستالی کربنات کلسیم …………………………………………………… 9
1-4- کریستالیزاسیون …………………………………………………………………………….. 15
1-4-1- فوق اشباعیت …………………………………………………………………………….. 15
1-4-2- مکانیسم تشکیل بلور ……………………………………………………………………… 18
1-4-3- مکانیسم رشد بلور ………………………………………………………………………. 21
1-4-4- عوامل تجربی تعیین کننده اندازه ذرات ……………………………………………….. 22
1-4-5- اثر اختلاط بر فرایند تبلور …………………………………………………………………… 23
1-4-6- ترسیب ………………………………………………………………………………………. 24
1-4-7-  صاف کردن و شستشوی رسوب ………………………………………………. 25

برای دانلود رایگان قسمت های بیشتراز فایل به انتهای مطلب مراجعه کنید

فصل دوم: مروری بر تحقیقات گذشته

کادمیوم معمولا در طبیعت به صورت خالص وجود ندارد بلکه به عنوان یک ماده­ی معدنی در ترکیب با سایر عناصر مانند اکسیژن (کادمیوم اکسید)، کلر (کادمیوم کلرید) و یا گوگرد (کادمیوم سولفید و کادمیوم سولفات) وجود دارد. کادمیوم اغلب در طبیعت به صورت کمپلکس­های اکسیدی، سولفیدی و کربناتی در سنگ­های معدن مس، سرب و روی وجود دارد. ترکیبات کلریدی و سولفیدی کادمیوم به راحتی در آب حل می­شوند. دانستن نوع ترکیب کادمیوم برای پیشگیری از خطر ابتلا به عوارض نامطلوب بهداشتی حائز اهمیت است (Taylor et al., 1999). کادمیوم کاربرد گسترده­ای در ساخت آلیاژها، باتری­ها، رنگدانه­ها و آبکاری فلزات دارد. بازیافت کادمیوم از مواد زائد برای به دست آوردن فلز با ارزش و حفاظت از محیط زیست در برابر آلودگی بسیار ضروری است (Jha et al., 2011). ا تکنیک­های مختلف فیزیکی و شیمیایی برای حذف کادمیوم از آب، پساب­های صنعتی و معدنی به کار برده شده است

تکنیک­های مختلفی برای حذف فلزات سنگین قبل از تخلیه پساب­ها به محیط زیست وجود دارد. ترسیب ساده­ی  فلزات به صورت هیدروکسید، کربنات یا سولفید که به صورت رسوب­های نامحلول در آب هستند، برای حذف 75% از فلزات سنگینی که در پساب آبکاری­ها تولید می­شوند، مورد استفاده قرار می­گیرد. تکنیک ترسیب کادمیوم به صورت کادمیوم هیدروکسید به دلیل سادگی و هزینه­ی کم، یکی از شایع­ترین روش­های ترسیب کادمیوم است. در این روش pH محلول با آهک (CaO) و یا سود سوز آور (NaOH) به منظور تشکیل رسوب نامحلول هیدروکسید فلز سنگین، افزایش می­یابد (Rao et al., 2011).از جمله ترکیباتی که برای ترسیب کادمیوم ستفده شده است، می­توان به استات باریم اشاره کرد که اولین بار شرکت حق ثبت اختراعات آمریکا[1] در سال 1975 آن را معرفی کرد. در سال 1993 ریکلتون استفاده از کمپلکس نامحلول کادمیوم با ترکیب دی­ایزوبوتیل­دی­تیوفسفینات[2] را معرفی کرد. فرایند سه مرحله­ای برای حذف کادمیوم بدین صورت است که در مرحله­ی اول، محلول را با اسید نیتریک، اسیدی می­کنند تا کمپلکس­های سیانید (CN¯) با فلز سنگین شکسته و آهن فعال از محلول حذف شود. در مرحله­ی دوم، با اضافه کردن سود سوزآور ترسیب قلیایی صورت می­گیرد که بخش اعظمی از یون­های کادمیوم به کادمیوم هیدروکسید (Cd(OH)2) تبدیل می­شود. در مرحله­ی سوم، از سولفید سدیم (Na2S) برای تشکیل رسوب نامحلول سولفیدی کادمیوم (CdS) استفاده می­شود. کادمیوم با آهک و منیزیم نیز تشکیل رسوب نامحلول می­دهد (موسسه استاندارد و تحقیقات صنعتی ایران، 1388(.

[3]DTPY برای حذف کادمیوم طی فرایند ترسیب مورد استفاده قرار گرفت. نتایج نشان داد که میزان حذف کادمیوم در این فرایند برای محلول ppm50 در pHهای 5/4 و 6 به ترتیب 99/99% و 88/99% بود (Matlock et al., 2001).

کومناکوز و همکارانش در سال 1990 مکانیسم ترسیب کادمیوم سولفید را بررسی کردند و دریافتند که سرعت ترسیب α-CdS متناسب با فوق اشباعیت است و وابستگی ترسیب با فوق اشباعیت از مرتبه 4 گزارش شد (Lewis, 2010). اِناسیا و همکارانش در سال 2002 حذف کادمیوم در محلول اسید فسفریک با غلظت 5/0 میلی­مولار کادمیوم را طی فرایند ترسیب CdS به وسیله­ی سدیم سولفید 1-1/0 مولار مورد بررسی قرار دادند. راندمان فرایند در ترم­هایی از غلظت کادمیوم رسوبی اندازه­گیری شد. با افزایش اسیدیته­ی محلول و افزایش دما میزان حذف کادمیوم کاهش یافت. با افزایش نسبت مولی سولفید به کادمیوم راندمان ترسیب بهبود یافت. نیرو محرکه ترسیب در این فرایند خیلی قوی نیست و مقدار زیادی سولفید (خیلی بیشتر از مقدار کادمیوم) برای ترسیب نیاز است. در غلظت­های بالای اسید سولفوریک و یا در غلظت­های متوسط یون سولفید به دلیل پدیده­ی فوق اشباعیت و یا حضور فرم­های کلوئیدی رسوب کادمیوم سولفید، سرعت واکنش ترسیب کند است. (Ennaassia et al., 2002).ترسیب کادمیوم سولفید توسط شیا و هِلز در سال 1988 و لوئیس و ون هیلز در سال 2006 مورد بررسی قرار گرفت، می­توان اختلاف یافته­های این محققان را به وسیله­ی تشکیل کمپلکس­های بی­سولفید توضیح داد که در معادله­ی (2-1) نحوه تشکیل این کمپلکس­ها نشان داده شده است (Lewis, 2010).سدیم دِکانوات به عنوان ماده­ی ترسیب کننده کادمیوم در مخلوط­های سنتزی کادمیوم – نیکل استفاده شد. متغیرهایی از قبیل غلظت کادمیوم، pH، نسبت مولی دِکانوات و کادمیوم، زمان فرایند ترسیب و زمان تماس رسوب با محلول بعد از اتمام فرایند ترسیب برای بهبود میزان حذف کادمیوم بررسی شد. در بهترین حالت، غلظت نیکل در محلول 1/0 مولار و غلظت کادمیوم 15/0-05/0 مولار، ترسیب کادمیوم در فقط یک مرحله حدود 99%، ترسیب کمتر از  5% نیکل صورت گرفت (Mauchauffée et al., 2008). در جدول 2-1 مقایسه درصد حذف کادمیوم با استفاده از ترکیبات مختلف در تکنیک رسوبی نشان داده شده است.

ه
2-1- پیشگفتار ……………………………………………………………………………. 27
2-2- تکنیک­های حذف کادمیوم ………………………………………………………….. 28
2-2-1- روش­های شیمیایی ………………………………………………………… 28
2-2-2- همرسوبی ………………………………………………………………………. 34
2-2-3- تکنیک جداسازی غشا …………………………………………………………. 37
2-2-4- تکنیک تبادل یونی ……………………………………………………………… 39
2-2-5- تکنیک استخراج با حلال ……………………………………………………… 43
2-2-6- تکنیک جذب ……………………………………………………………………….. 62
2-3- نتایج ……………………………………………………………………………………… 80

فصل سوم: آزمایشگاهی

آزمایش در یک راکتور ترسیب انجام گرفت. این دستگاه از جنس فولاد ضد زنگ و دارای لوله مکش (Draft tube) بود. لوله مکش دارای پوسته (Jacket) و چهار تیغه (Baffle) است که آب گردشی از طریق لوله به پوسته منتقل شد. دریچه­ی بالایی راکتور دارای دو روزنه شیشه­ای (Slight glass) برای مشاهده محتویات درون دستگاه بود.

دستگاه دارای یک پره­ی همزن جهت اختلاط مواد بود که توسط یک الکتروموتور (Mixer type 71-4 B Moto Gen 1390) به چرخش در می­آمد. سرعت چرخش پره در محدوده 40 تا 250 دور در دقیقه (rpm) قابل تنظیم بود. منافذ درپوش بالایی دستگاه برای نمونه­­برداری و ورود و خروج مواد در نظر گرفته شده بود. قطر داخلی و خارجی لوله مکش و استوانه­ی بیرونی به همراه تفلون به کار رفته در دستگاه به گونه­ای بود که عمل اختلاط و الگوی جریان به صورت کنترل شده باشد به طوری که فضای مرده و تغییرات سرعت به حداقل برسد. پره­ی همزن راکتور از نوع 6- pitched blade 45  بود و زاویه­ی پره­ها به گونه­ای بود که محلول در قسمت داخلی لوله­ی مکش به سمت پایین و در قسمت بیرونی لوله به سمت بالا حرکت می­کرد. تزریق مواد واکنشگر به راکتور توسط یک پمپ قطره­زنی (Infusion pump OT-701) که مقدار دبی تزریقی از 1/0 تا 400 میلی­متر در ساعت قابل تنظیم بود، انجام گرفت. شکل 3-1 شماتیک کلی دستگاه و شکل­های 3-2 و 3-3 قسمت­های مختلف دستگاه نشان می­دهد.

 

 

3-1- شرح دستگاه آزمایش ………………………………………………………………………. 84
3-2- روش تهیه محلول­های آزمایش …………………………………………………………….. 87
3-3- روش آزمایش …………………………………………………………………………………. 87
3-4- دستگاه­های آنالیز استفاده شده در آزمایشات ………………………………………….. 90
3-4-1- دستگاه جذب اتمی ………………………………………………………………………. 90
3-4-2-  میکروسکوپ الکترونی روبشی ………………………………………………………… 93
3-4-3- طیف سنج پراش اشعه ایکس ……………………………………………………… 94

فصل چهارم: بحث و نتیجه­گیری

بررسی درصد حذف کادمیوم از نمونه سنتزی به روش همرسوبی کربنات کلسیم نشان داد که با کاهش pH میزان حذف کادمیوم افزایش پیدا می­کند. بنابراین در pHهای پایین حداکثر میزان حذف کادمیوم داریم که در شکل 4-1 نشان داده شده است.در هنگام تشکیل ذرات جامد کلسیت در محلول، یون­های  و H+ موجود در محلول روی سطح کلسیت جذب شده و بار سطحی آن را تغییر می­دهند. بار سطح کلسیت که به pH محلول بستگی دارد، در جذب و دفع الکتریکی یون­های کادمیوم موثر است. به طوری که در pH نقطه بار صفر (pHpzc) سطح جاذب خنثی می­شود که برای کلسیت معادل 5/9-2/8 است (Barbar, 2011).در pHهای کمتر از pHpzc که غلظت یون­های H+ در محلول زیاد است جذب یون­های H+ روی سطح کلسیت بیشتر است و در نتیجه سطح کلسیت دارای بار مثبت می­شود و از این رو یون­های کادمیوم به دلیل بار مثبت جذب سطح نمی­شوند. در pHهای بالاتر از pHpzc سطح کلسیت به دلیل جذب یون­های  و CO32- دارای بار منفی است و بنابراین جذب کادمیوم به خوبی صورت می­گیرد (Barbar, 2011).در آب دِیونیزه یون­های Cd2+ تنها گونه یونی کادمیوم در pHهای کمتر از 6 است. گونه­های غالب در pHهای بیشتر از 6، Cd(OH)2، Cd(OH)+ و Cd2+ است (Mousavi et al., 2011). برای تنظیم pH در محلول اولیه از اسید سولفوریک و سدیم هیدروکسید 01/0 مولار استفاده شد. بعد از تنظیم pH، 200 میلی­لیتر محلول 5/2 مولار کربنات سدیم به محلول اولیه اضافه شد با اضافه کردن کربنات سدیم pH محلول به بالاتر از 11 رسید. بعد از 15 دقیقه همزدن محلول در داخل راکتور ترسیب، 200 میلی­لیتر کلرید کلسیم 5/2 مولار به راکتور تزریق شد. بعد از اتمام فرایند pH محلول بالاتر از 5/9 شد. بنابراین در طول مدت فرایند pH محلول همواره بیشتر از pHpzc است پس همواره یون­های کادمیوم جذب سطحی رسوبات کلسیم تشکیل شده می­شود. در pHهای پایین محلول اولیه میزان یون­های آزاد کادمیوم در محلول زیاد است، بنابراین مقدار زیادی از یون­های کادمیوم قبل از فرایند ترسیب در محلول به CdCO3 (M212-10×2/5=KSP,CdCO3) تبدیل شدند. ذرات CdCO3 تشکیل شده به راحتی در شبکه کریستالی کربنات کلسیم قرار می­گیرد. پس با کاهش pH محلول اولیه درصد حذف کادمیوم افزایش می­یابد.

4-1- تاثیر pH …………………………………………………………………………….. 97
4-2- تاثیر شدت جریان تزریق ………………………………………………………… 99
4-3- تاثیر شدت همزدن ……………………………………………………………………………. 100
4-4- تاثیر غلظت واکنشگرها ……………………………………………………………………… 101
4-5- تاثیر غلظت اولیه کادمیوم ……………………………………………………………….. 102
4-6- تاثیر دما ……………………………………………………………………………………… 103
4-7- تاثیر جابجایی واکنشگرها …………………………………………………………………. 105
4-8- تاثیر حضور و عدم حضور دانه­های اولیه ……………………………………………………. 106
4-9- اثر افزایش کربنات آمونیوم به جای کربنات سدیم ……………………………………… 107
4-10- اثر استفاده از پساب یک واحد صنعتی ………………………………………………….. 108
4-11- تعیین مکانیسم همرسوبی ……………………………………………………………. 109
4-12- ضریب توزیع ……………………………………………………………………………… 110
4-13- سختی آب ………………………………………………………………………………. 112
4-14- حذف کادمیوم از نمونه واقعی …………………………………………………………. 113
4-15- عکس­برداری SEM ………………………………………………………………………… 114
4-16- آنالیز XRD …………………………………………………………………………………. 117
4-17- درصد خطا آزمایش­ها ……………………………………………………………………. 119

برای دانلود رایگان قسمت های بیشتراز فایل به انتهای مطلب مراجعه کنید

فصل پنجم: نتیجه­گیری و پیشنهادات

5-1- نتیجه­گیری کلی ……………………………………………………………………………. 121
5-2- پیشنهادات ………………………………………………………………………………….. 123
منابع فارسی …………………………………………………………………………………. 124
منابع انگلیسی ………………………………………………………………………………………………… 125

ABSTRACT

 In this study, cadmium removal process from drink water was investigated with coprecipitation method. Nowadays pollution of natural waters with heavy metals, is the most issue for very communities. Cadmium enters drinking water from sewerage, waste water and erosion of mineral stones. In this research cadmium removal from synthetic water containing 0.968 ppm cadmium was investigated through coprecipitation process in draft tube crystallizer. Cadmium removal with coprecipitation from a real water sample and waste water was also used. The results showed that a 95.8% cadmium removal was achived  at  pH=4, time injection 40 min, 200 rpm stirrer speed, reactant concentration of 1 molar and temperature of 20 C temperature was resulted. The removal for real sample containing 0.05 ppm concentration of cadmium was 96%. The cadmium removal from waste water was 96.1%. The experimental results showed that almost 15% of cadmium removal was due to  absorption and 85% of removal was due to mechanical trapping in crystal lattice of CaCO3. The results also showed that decreasing the reactant concentrations increases cadmium removal. So the coprecipitation method through CaCO3 is an efficient method for decreasing the amount of cadmium concentration to below the permitted limits (0.01 ppm) for drinking water in Iran and additionally is an economic method.



بلافاصله بعد از پرداخت به ایمیلی که در مرحله بعد وارد میکنید ارسال میشود.


فایل pdf غیر قابل ویرایش

قیمت25000تومان

خرید فایل word

قیمت35000تومان