تهیه الیاف اکریلیک مبادله کننده یون و مطالعه رفتار جذبی و کارایی آنها در جذب یونهای فلزی سنگین

مژده زرگران

چکیده

تبادل یون و جذب از کاربردی ترین و آسان ترین روشهای حذف فلزات سنگین از محلولهای مائی هستند. امروزه با پیشرفت جوامع و پیدایش زمینه های جدیدی در فناوری، بهره گیری از این فرآیندها وارد مرحله تازه ای شده است. از جمله فناوریهایی که در سالیان اخیر توجه محققین بسیاری را در جهان به خود جلب نموده، استفاده از الیاف نساجی به خصوص الیاف اکریلیک برای جذب یونهای فلزی است. در بخش اول این پروژه الیاف اکریلیک تجاری با استفاده از هیدرکسیل آمین هیدروکلرید، هیدرازین، اتیلن دی آمین و هگزامتیلن دی آمین، اصلاح و گروههای عاملی جاذب یون در ساختار زنجیر مولکولی آنها ایجاد شد. شرایط بهینه واکنش با استفاده از نرم افزار متلب و با در نظر گرفتن خواص مکانیکی الیاف برای هر ماده شیمیایی بدست آمد. خواص الیاف اصلاح شده مانند جذب رطوبت، تورم، پیوند تقاطعی عرضی و خواص مکانیکی و حرارتی آنها بررسی شد. در بخش دوم از این تحقیق، عوامل تاثیرگذار بر رفتار جذبی الیاف که در این تحقیق مورد مطالعه قرار گرفت، به سه دسته عمده تقسیم شدند : 1) شرایط محیطی مانند غلظت یون فلزی، ph محلول و درجه حرارت 2) خصوصیات یون مانند شعاع یون فلزی، بار یون، انرژی هیدراتاسیون و الکترون خواهی 3) خصوصیات الیاف مانند ساختار شیمیایی لیف، نوع و میزان گروههای معرفی شده به زنجیره الیاف، تورم، ظرافت و میزان پیوند تقاطعی عرضی در الیاف. اثر این عوامل بر قابلیت جذب الیاف اکریلیک اصلاح شده با انتخاب سطوح مختلفی از خصوصیات ذکر شده مورد بررسی قرار گرفت. نتایج طیف سنجی زیر قرمز نشان داد تمامی مواد شیمیایی مورد استفاده شامل هیدروکسیل آمین، هیدرازین، اتیلن دی آمین و هگزا متیلن دی آمین قابلیت واکنش با الیاف را داشته و گروههای عاملی جاذب یون در ساختار لیف ایجاد کرده اند. فرمول شیمیایی پیشنهادی برای واکنش هر واکنشگر یا الیاف ارائه شده است. بررسی خواص الیاف اصلاح شده نشان می دهد عملیات اصلاح سازی به دلیل ایجاد گروههای آبدوست در لیف سبب افزایش جذب رطوبت و تورم شده اما ایجاد پیوند تقاطعی عرضی باعث محدودیت تورم و در برخی موارد کاهش ظرفیت جذب شده است، بنابراین انتخاب درست ماده ایجاد کننده پیوند تقاطعی عرضی از اهمیت ویژه ای برخوردار است. نتایج نشان داد عملیات اصلاح سبب افت خواص مکانیکی و حرارتی می شود بنابراین انتخاب مناسب شرایط بهینه واکنش ضروری است. در بین دی آمینها با طول زنجیر کربی مختلف، هیدرازین به علت کوچکی مولکول راندمان واکنش بیشتری داشته و کمترین تغییرات را در خواص مکانیکی ایجاد می کند. همچنین با تلفیق این ماده با هیدروکسیل آمین ظرفیت جذب به طور قابل ملاحظه ای افزایش می یابد. نتایج نشان داد از میان خصوصیات یونی، شعاع و بار یون و از بین عوامل محیطی غلظت یون فلزی و ph بیشترین اثر را بر میزان جذب دارند. همچنین مشخص شد محدوده مجاز برای انتخاب ph بسیار کم بوده به طوریکه با افزایش ph یونهای فلزی رسوب کرده و با کاهش آن از راندمان جذب کاسته می شود. همچنین با محاسبه ضریب توزیع و بدست آوردن ارتباط آن با پتانسیل دونان به ترتیب مشخص شد که این الیاف برای جذب یونهای فلزی در محیطهای رقیق کمتر از 5/0 مولار از کارایی بالایی برخوردارند و جذب، بیشتر در سطح اتفاق می افتد. مطالعات تحلیلی و مدل سازی توزیع یونها در فاز محلول و فاز الیاف نشان داد جذب فلزات روی این الیاف از مدل جذب تک لایه ای پیروی کرده و الیاف تهیه شده، برای جذب یونهای فلزی روی الیاف مناسب و کارا هستند.

اساتید راهنما و مشاور

احمد موسوی شوشتری، مجید عبدوس