مطالعه استفاده از جاذب گل قرمز فعال سازی شده به روش مکانیکی-شیمیایی برای کاهش نیترات از آب های آلوده

در پژوهش حاضر، امکان کاهش غلظت یون نیترات در محلول های آبی با استفاده از جاذب گل قرمز (طی فرآیند جذب سطحی) با الگوی مطالعاتی-تجربی مورد بررسی قرار گرفت. جاذب مورد استفاده، پسماند صنعتی تولید آلومینا از سنگ معدن بوکسیت در فرآیند بایر است. سالانه حدود 120 میلیون تن پسماند گل قرمز در سراسر جهان تولید و در محیط زیست انباشته می شود؛ که می تواند اثرات سوء زیست محیطی را در پی داشته باشد. آزمایش های جذب سطحی نیترات با استفاده از جاذب خام و فعال سازی شده (به روش مکانیکی-شیمیایی) به صورت ناپیوسته و در مقیاس آزمایشگاهی و به طور جداگانه برای نمونه آب مصنوعی و نمونه آب زیرزمینی واقعی انجام شد. نتایج آزمایش های روند بهینه یابی گام به گام نشان داد که گل قرمز خام قابلیت کاهش غلظت یون نیترات را از نمونه های مصنوعی تا میزان 41/22 درصد (1/202 میلی مول بر گرم) دارا می باشد. شرایط بهینه جذب عبارت بود از: 5/6=ph، زمان تماس 60 دقیقه، غلظت اولیه 150 میلی گرم بر لیتر، دوز جاذب 1 گرم بر لیتر و دمای 25 درجه سلسیوس. مطالعات سینتیکی و ترمودینامیکی نشان داد که فرآیند جذب، از ایزوترم فروندلیش و مدل سینتیک درجه دوم پیروی کرده و گرماده می باشد. در شرایط بهینه به دست آمده، جذب سطحی نیترات از نمونه آب واقعی به میزان 66/37 درصد (0/483 میلی مول بر گرم) در زمان تماس تعادلی 60 دقیقه به دست آمد. فعال سازی مکانیکی و فعال سازی شیمیایی جاذب به ترتیب با آسیاکاری پرانرژی و اسیدکاری (اسید کلریدریک) بر پایه بیشینه کردن بازده حذف نیترات از نمونه های مصنوعی انجام شد. بهینه ترین حالت فعال سازی در زمان آسیاکاری 8 ساعت، غلظت اسید 17/5 درصد وزنی و زمان اسیدکاری 17 دقیقه حاصل شد. فعال سازی مکانیکی-شیمیایی، اثرات مطلوبی بر مشخصه های گل قرمز خام داشت، به گونه ای که با انجام آزمون های xrf، xrd، ft-ir، dls، bet و sem، بهبود ساختار شیمیایی (شامل افزایش درصد حضور عناصر موثر، کاهش تعداد فازهای معدنی و بهبود پیوندهای شیمیایی موجود در ماده)، یکنواختی در دانه بندی، کاهش اندازه ذرات (از 983/6 به 196/7 نانومتر)، افزایش سطح ویژه ماده جاذب (از 18/11 به 95/268 مترمربع بر گرم)، یکنواختی توزیع حفرات، کاهش میانگین قطر حفرات (از 22/25 به 7/95 نانومتر)، اصلاح شکل و ساختار هندسی و کاهش انباشتگی ذرات جاذب مشاهده شد. همچنین نتایج طراحی آزمایش ها (به روش سطح پاسخ) نشان داد که گل قرمز فعال سازی شده مکانیکی-شیمیایی توانایی کاهش غلظت یون نیترات را از نمونه های مصنوعی تا میزان 77/84 درصد (6/323میلی مول بر گرم) دارا می باشد. شرایط بهینه جذب عبارت بود از: 6/2=ph ، زمان تماس 5/26 دقیقه، غلظت اولیه 5/95 میلی گرم بر لیتر، دوز جاذب 76/0 گرم بر لیتر و دمای 25 درجه سلسیوس. موثرترین پارامترها در بیشینه شدن تابع پاسخ، ph و زمان تعیین شدند. مطالعات سینتیکی و ترمودینامیکی نشان داد که فرآیند جذب، از ایزوترم لانگمویر و مدل سینتیک درجه دوم پیروی کرده و گرماده می باشد. در شرایط بهینه به دست آمده، جذب نیترات از نمونه آب واقعی 09/56 درصد (1/001 میلی مول بر گرم) در زمان تماس تعادلی 30 دقیقه به دست آمد. با توجه به این نتایج، غلظت نیترات در نمونه آب واقعی پس از استفاده از گل قرمز خام و فعال سازی شده مکانیکی-شیمیایی در فرآیند جذب سطحی، به ترتیب به پایین تر از حد مجاز (50 میلی گرم بر لیتر) و پایین تر از حد مطلوب (45 میلی گرم بر لیتر) در آیین نامه کیفیت آب ایران (استاندارد 1053) رسید.