کلمه زئولیت از دو لغت یونانی به معنی سنگ و جوشاندن مشتق شده است. از نظر شیمیایی دارای فرمول تجربی M2/n.Al2O3.XSiO2.YH2O ، که Mهر کاتیون قلیایی یا قلیایی خاکی Y، ضریب از ۲ تا ۷ می‌باشد، n ظرفیت کاتیون و Xضریب از ۲ تا ۷ است. از لحاظ ساختاری زئولیتهای پلیمرهای معدنی، کریستال پیچیده‌ای هستند که بر مبنای ساختار توسعه یافته نامحدودSiO4 وAlO4 به صورت چهار وجهی قرار گرفته‌اند و توسط قسمتی از یونهای اکسیژن به یکدیگر پیوند داده می‌شوند. این ساختار پایه به صورت شبکه‌ها یا منافذ به هم متصل شده است که منافذ توسط کاتیونها و مولکولهای آب پر می‌شوند. کاتیونها متحرک بوده و معمولاً در معرض تبادل یونی قرار می‌گیرند. آب عموماً ممکن است به وسیله استفاده از گرما از منابع خارج شود. در برخی زئولیتها، خارج کردن آب از درون منافذ آنها ممکن است برخی اختلالات ساختاری از قبیل جابجایی کاتیونها و تا حدی تغییر شکل ساختاری را سبب شود[۴۹].
۲-۲-۲- مبادله کننده‌های سنتزی یا رزین
اکثر رزین های تعویض یونی که در تصفیه آب به کار می‌روند سنتزی هستند که با پلیمریزاسیون ترکیبات آلی حاصل می‌شوند. در تعویض کننده‌ها با محلولهای الکتریک فقط یکی از یون‌ها متحرک و قابل تعویض است و در اثر تعویض یونی، کاتیون یا آنیونهای موجود در محلول با کاتیونها و آنیونهای موجود در رزین تعویض می‌شوند، به گونه‌ای که هم محلول و هم رزین از نظر الکتریکی خنثی باقی می‌مانند.
یک رزین سینتتیکی مناسب باید از مشخصات زیر برخوردار باشد:
۱- رزین باید بطور مناسبی سه بعدی بوده و حلالیت آن در آب و حلالهای آبی قابل اغماض باشد.
۲- رزین بایستی به خوبی آب را جذب کند و رطوبت پذیر باشد همچنین باید به حد کافی متخلخل بوده و یون‌ها بتوانند در آن وارد یا خارج گردند.
۳- رزین باید دارای تعداد کافی از گروه‌های یونی باشد به طوری که ظرفیت تبادل یونی قابل ملاحظه‌ای را ارائه نماید.
۴- رزین باید از لحاظ شیمیایی پایدار باشد.
۵- چگالی رزین متورم باید زیادتر از آب باشد[۵۰].
بطور کلی در غلظتهای کم هرچه ظرفیت یون بیشتر باشد با تمایل بیشتری جذب رزین می‌شود، مثلاً یون سه ظرفیتی و یون دو ظرفیتی بیش از یون یک ظرفیتی توسط رزین جذب می‌شوند، حتی برای یونهای با ظرفیت یکسان نیز هرچه وزن مولکولی یون بیشتر باشد تمایل جذب افزایش می‌یابد[۴۸].
( اینجا فقط تکه ای از متن فایل پایان نامه درج شده است. برای خرید متن کامل پایان نامه با فرمت ورد می توانید به سایت feko.ir مراجعه نمایید و کلمه کلیدی مورد نظرتان را جستجو نمایید. )
۲-۳- اسمز معکوس
در این فرایند فلزات سنگین توسط یک غشای نیمه نفوذپذیر در رفتار بالاتر از رفتار اسمزی ناشی شده از مواد جامد محلول در فاضلاب جدا می‌شوند. مشکل این روش گران بودن آن است. از نفوذ غشایی برای جداسازی آب نسبتاً خالص یا حلال دیگر از محلول دارای خلوص کمتر استفاده می‌شود. در این روش محلول از روی سطح غشأ نیمه تراوای خاصی با فشاری بیشتر از فشار مؤثر اسمزی محلول تغذیه عبور می‌کند. محلول تراوش کننده به عنوان محصول جمع آوری و محلول تغذیه غلیظ شده عموماً دور ریخته می‌شود[۴۶].
۲-۴- الکترودیالیز
دیالیز عبارت از جدا کردن مواد حل شده با بهره گرفتن از نفوذ غیر مساوی آنها از غشاها. موثرترین را برای بازیابی محلولهای خالص جهت استفاده مجدد در فرایندهای تولید کالاست. در دیالیز نیروی محرکه جداسازی نفوذ طبیعی به واسطه شیب غلظت است، در الکترودیالیز این نیروی طبیعی با کاربرد انرژی الکتریکی زیادتر می‌گردد[۴۶].
در این فرایند، ترکیبات یونی (فلزات سنگین)، از طریق استفاده از غشاهای نیمه نفوذپذیر (انتخاب کننده یون) که بین الکترودها در مولکولهای الکترولیت قرار داده می‌شوند جدا می‌شوند و به کمک جریان الکتریک یکنواخت، پتانسیل الکتریکی بین دو الکترود باعث حرکت کاتیونها و آنیونها به سمت الکترودها می‌شود و یونهای مربوط به هر غشاء جمع آوری می‌شوند و باز یافت فلزات انجام می‌شود. مشکل این روش تشکیل هیدروکسیدها می‌باشد که باعث مسدود شدن غشا می‌شود[۲۰].
۲-۵- جذب سطحی
به طور کلی حرکت یک جز از یک فاز به سمت فصل مشترک این فاز با فاز دوم و تجمع این جزء بر روی سطح فصل مشترک، فرایند جذب سطحی نامیده می‌شود. به عبارت دیگر لازمه انجام این فرایند تماس دو فاز با یکدیگر است. فاز اول که جزئی از آن جدا شده و به سمت فاز دوم حرکت می‌کند، سیال (مایع یا گاز) و فاز دوم که جزء یا اجزایی بر روی سطح آن جمع می‌شوند، می تواند به یکی از دو حالت مایع و یا جامد باشد. چنانچه فرایند جذب بر روی سطح یک مایع انجام شود آن را جذب بر روی مایع[۱۸] و چنانچه بر روی سطح یک جامد انجام گیرد آن را جذب بر سطح جامد[۱۹] نامیده و جزئی از فاز سیال را که جذب جسم جامد می‌شود جزء جذب شونده[۲۰]، و جسم جامد را که معمولاً بسیار متخلخل است، جاذب [۲۱]می‌نامند. حرکت جزء از فاز سیال و تجمع و تغلیظ آن بر روی سطح جسم جاذب تا زمانی ادامه پیدا می‌کند که دو فاز از نقطه نظر غلظت آن جزء به تعادل برسند، البته عوامل متعددی از جمله ظرفیت جاذب نیز دراین پدیده موثر است، در هر حال از این لحظه به بعد فرایند جذب متوقف می‌گردد[۵۱]. سطح جاذب در حقیقت به لایه ما‌بین دو فاز غیر همگن گفته می‌شود. این لایه می‌تواند دارای عمق متغیر باشد. عمق لایه جذب بستگی به نوع فرایند جذب و نفوذ گونه جذب شونده دارد و معمولاً در اثر نفوذ، ترکیبات جذب شونده می‌توانند از عمق ۵۰۰-۵ نانومتر به سطح جاذب نفوذ کنند[۵۲].
انتقال جرم به سطح جاذب یک فرایند تعادلی است. هر نوع فرایند جذب اعم از فیزیکی و شیمیایی انرژی آزاد سطحی را کاهش می‌دهد. بنابراین می‌توان گفت که فرایند جذب یک فرایند خود به خودی است که موجب کاهش انرژی آزاد گیبس می‌شود. با توجه به تعریف سطح که در بالا ارائه شد، گونه‌های جذب شونده ابتدا در لایه مرزی جذب شده و سپس تحت فرایند نفوذ به عمق سطح جاذب نفوذ می‌کنند[۵۲].
با بهره گرفتن از عمل جذب می‌توان جداسازی‌های بسیاری را که به وسیله تکنیکهای دیگر جداسازی همچون تقطیر، جذب مایع-گاز، استخراج مایع-مایع [۲۲]و روش های جداسازی غشایی بعضاً غیرممکن یا غیر عملی می‌باشند، انجام داد. لازم به ذکر است که به دلیل سادگی و کاربرد فراگیر، تقطیر سهم بزرگی در تکنولوژی سنتی جداسازی دارد. از سال ۱۹۷۰ جذب سطحی از برخی جهات بر فرایند وابسته به انرژی تقطیر برتری یافته است. البته جداسازی از طریق جذب سطحی زمانی اقتصادی‌تر است که ضریب جداسازی [۲۳]یا انتخاب پذیری جاذب[۲۴] خیلی بیشتر از ضریب فراریت نسبی باشد. به بیانی دیگر وقتی فراریت نسبی کمتر از حد ۲۵/۱ باشد، به صورت یک قانون نسبی، جذب سطحی نسبت به تقطیر برای جداسازی برتری می‌یابد. لذا پیدایش جذب سطحی موجب افزایش کاربردهای فرایندی و زیست محیطی تکنیکهای جداسازی گردیده است. ضمن اینکه بسیاری از این کاربردها فقط از طریق توسعه تکنولوژی جذب امکان یافته‌اند[۵۳].
فرایند جذب سطحی اغلب در یک بستر ثابت از جاذب صورت می‌گیرد که عملیات احیا به صورت دوره‌ای روی آن انجام می‌شود. یک سیستم متعارف شامل دو بستر موازی است که در آن یکی در حالت جذب کردن بوده و دیگری در احیا می‌باشد. در واحدهای بزرگ صنعتی، استفاده از سه بستر متداول است. به این صورت که همواره دو بستر در حال جذب و یک بستر در حال احیا می‌باشد[۵۴].
همان گونه که ذکر شد عامل ایجاد پدیده جذب سطحی را می‌توان تمایل زیاد جزء جذب شونده نسبت به جسم جاذب عنوان نمود.
از این رو پدیده جذب سطحی را می‌توان به سه دست کلی زیر تقسیم بندی کرد:
جذب سطحی تبادلی[۲۵]:
این پدیده ناشی از نیروی جاذبه الکتریکی بین جزء جذب شونده و جسم جاذب می‌باشد به این ترتیب این پدیده در محدوده فرایند تبادل یونی نیز می‌تواند قرار بگیرد. در این حالت یونهای یک جز در نتیجه نیروی جاذبه الکترواستاتیکی نسبت به مناطق باردار موجود بر روی سطح جاذب به سطح نزدیک شده و در آنجا جمع می‌شوند. در این پدیده بار مناطق باردار سطح جاذب از نظر علامت مخالف بار جزء جذب شونده است و به این ترتیب می‌توان چنین نتیجه گیری کرد که هر چه بار جزء جذب شونده بیشتر باشد با شدت بیشتری جذب سطح جسم جاذب خواهد شد.
در مورد یونهایی که بار یکسانی دارند اندازه آنها تعیین کننده شدت جذبشان خواهد شد، زیرا هر چه جزء کوچکتر باشد، می‌تواند تا عمق بیشتری داخل سلولهای ریز خلل و فرج موجود بر روی سطح جاذب وارد گردد و جذب آن بیشتر خواهد بود[۵۵].
جذب سطحی فیزیکی[۲۶]:
جذب سطحی فیزیکی در نتیجه نیروهای جاذبه بین مولکولهای جزء جذب شونده و مولکولهای جسم جاذب انجام می‌گیرد که اساساً این نیروها، نیروهای واندروالس هستند. تجربه نشان می‌دهد که این جذب در دماهای پایین بهتر انجام می‌شود، زیرا حرارت باعث افزایش انرژی جنبشی و حرکت براونی می‌شود. یک فرایند برگشت پذیر بوده و وقتی که نیروهای مولکولی بین مولکولهای محلول و جاذب بزرگتر از نیروهای بین مولکولی مولکولهای محلول و حلال باشند، محلول روی سطح ماده جذب خواهد شد[۵۵].
جذب سطحی شیمیایی[۲۷]:
هرگاه جزء جذب شونده با جسم جاذب یک واکنش شیمیایی انجام دهد، جذب سطحی از نوع شیمیایی خواهد بود. به عبارت دیگر این دو با هم باندهای شیمیایی تشکیل می‌دهند و در نتیجه مقایسه با جذب فیزیکی با انرژی بیشتر به هم متصل می‌شوند. در مورد جذب شیمیایی تجربه نشان می‌دهد که در دماهای بالاتر عمل جذب بهتر صورت می‌گیرد، زیرا واکنشهای شیمیایی در دماهای بالاتر بهتر پیشروی می‌کنند. این جذب برگشت پذیر نبوده و به ندرت در مهندسی محیط زیست کاربرد دارد. در جذب شیمیایی ممکن است خصوصیات گونه جذب شونده به طور قابل ملاحظه‌ای تغییر کند. حتی اگر جذب شونده پیوند پایداری با جذب کننده تشکیل نداده باشد. تغییرات آنتالپی در پدیده جذب شیمیایی در مورد کاتالیزورهای غیر همگن بیشتر آشکار می‌شود.
ذکر این نکته ضروری است که در بسیاری از موارد پدیده جذب سطحی در نتیجه ترکیبی از عوامل فوق انجام می‌شود. به عبارت دیگر نیروهای گوناگون باعث تجمع جزء بر روی سطح می‌گردند و معمولاً تشخیص این نیروها بسیار مشکل است[۵۵].
۲-۵-۱- کاربردهای اصلی فرایند جذب سطحی
از آنجا که نتایج فرایند جذب سطحی جدا شدن یک جزء یا اجزایی از فاز سیال و تجمع آن بر روی سطح یک جسم جاذب است، بنابراین از این روش می‌توان برای جداسازی اجزای یک مخلوط از یکدیگر و یا جداسازی برخی ناخالصی‌ها از سیال مورد نظر استفاده نمود. البته شرایط جسم جاذب و شرایط انجام فرایند به نحو مناسب و مطلوب باید انتخاب و تنظیم گردد. در زمینه مطالعات زیست محیطی، مهمترین کاربرد این فرایند در تصفیه آب و بخصوص فاضلابهای شهری و صنعتی است. زیرا بخش عمده‌ای از این گونه فاضلابها را مواد آلوده کننده تشکیل می‌دهند که به راحتی با بهره گرفتن از فرایند جذب سطحی قابل جداسازی می‌باشند[۵۶].
۲-۵-۱-۱-کاربرد جذب سطحی از فاز مایع
یکی از کاربردهای اصلی فرایند جذب سطحی، جذب از فاز مایع می‌باشد. مهمترین کاربردها در این گروه عبارتند از :
۱- رنگ‌گیری، خشک کردن یا گرفتن مواد سنگین چسبناک از سوختها، روان کننده‌ها، حلالهای آلی، روغنهای گیاهی و حیوانی.
۲- بازیابی مواد آلی بیولوژیکی نظیر آنتی بیوتیکها، ویتامینها و مانند آن از محصولات تخمیری یا عصاره‌های گیاهی.
۳- تصفیه جریانهای خروجی از فرایند برای کنترل آلودگی.
۴- تصفیه آب برای گرفتن مزه، بو و رنگ.
۵- جداسازی پارافینهای خطی از پارافینهای حلقه‌ای یا ایزومهای شاخه‌دار.
۶- تثبیت آنزیم سلولهای میکروبی روی جاذب و استفاده از آن در تصفیه فاضلابها به وسیله جداسازی بیولوژیکی[۲۸][۴۵].
۲-۵-۱-۲-کاربردهای جذب سطحی از فاز گاز
مورد دیگر کاربردهای اصلی فرایند جذب سطحی، جذب از فاز گاز می‌باشد. مهمترین آنها عبارتند از:
۱- خشک کردن و رطوبت‌زدایی از گازها.
۲- تصفیه هوای ورودی، گردشی یا خروجی از فرایند برای گرفتن گازهای سمی، بودار و آئروسل‌ها [۲۹].
۳- بازیابی حلال از هوای خروجی از یک واحد تبخیری مانند رنگ آمیزی پاششی، فرایندهای پلیمری و غیره.
۴- جداسازی مخلوط گازها (بالکهای شیمیایی، ایزومرها و هوا).
۵- جداسازی ناخالصی‌ها از توده فاز گاز[۵۷].
۲-۵-۲- سرعت فرایند جذب سطحی و عوامل موثر بر آن
برای اینکه یک مولکول از جزء جذب شونده از فاز سیال جدا شده و جذب فاز جامد شود باید مسیری را طی کند که شامل سه مرحله زیر می‌باشد:
۱- مولکولهای جزء جذب شونده ابتدا باید مسیری را داخل فاز سیال طی نمایند تا به سطح خارجی جسم جاذب برسند. این مرحله را نفوذ لایه ای[۳۰] می‌نامند.
۲- مولکولهای سطحی باید وارد سوراخهای ریز موجود در سطح جسم جامد شده و در این سوراخها حرکت نمایند تا به منطقه جذب برسند. این مرحله را نفوذ در خلل و فرج می‌نامند.
۳- پس از رسیدن مولکول به منطقه جذب، مولکول باید به سطح متصل گشته و به این ترتیب کاملاً جذب سطح گردد.
سرعت کل فرایند جذب سطحی به سرعت هر کدام از مراحل فوق بستگی دارد. معمولاً مرحله سوم یعنی اتصال مولکول به سطح بسیار سریع انجام می‌شود و نقش موثری در سرعت کل ندارد و در نتیجه یکی از دو مراحل اول و دوم با توجه به شرایط عمل، تعیین کننده سرعت فرایند خواهد بود[۵۸].
مهمترین عوامل موثر بر سرعت جذب سطحی عبارتند از:
میزان اغتشاش در فاز سیال
چنانچه محلول به اندازه کافی به هم زده شود ضخامت لایه محلول به دور سطح جاذب کم شده و مولکول جزء جذب شونده به سرعت به سطح می‌رسد به این ترتیب در این گونه شرایط سرعت مرحله دوم یعنی نفوذ در خلل و فرج نقش کنترل کننده را خواهد داشت. معمولاً در سیستم‌های ناپیوسته با این شرایط روبه‌رو هستیم.
نوع و خصوصیات جسم جاذب
فرم در حال بارگذاری ...