مجله علمی دانشگاه علوم پزشکی رفسنجان

مقاله پژوهشی

مجله دانشگاه علوم پزشکی رفسنجان

دوره 15، دی 1395، 942-929

کارایی حذف رنگ نساجی ریمازول بلک بی (RBB) به‌وسیله جاذب کیتوزان از محلول‌های آبی

محمد کامرانی‌فر[1]، ابوذر رضایی[2]، انسیه طاهری[3]، نظام‌الدین منگلی‌زاده[4]، حمیدرضا پورزمانی[5]

دریافت مقاله: 8/3/95        ارسال مقاله به نویسنده جهت اصلاح: 4/7/95      دریافت اصلاحیه از نویسنده: 1/10/95      پذیرش مقاله: 5/10/95

چکیده

زمینه و هدف: در سال‌های اخیر، تصفیه فاضلاب صنایع نساجی به دلیل داشتن پتانسیل سمیت، فعالیت سرطان‌زایی و جهش‌زایی از اهمیت ویژه‌ای برخوردار شده است. هدف از این مطالعه، ارزیابی حذف رنگ نساجی ریمازول بلک بی (RBB) از محلول‌های آبی با استفاده از کیتوزان است.

مواد و روش‌ها: این مطالعه آزمایشگاهی بر روی فاضلاب سنتتیک جهت بررسی تأثیر متغیرهایی شامل pH (10-4)، زمان تماس (186–2 دقیقه)، دوز جاذب (1-25/0 گرم بر لیتر) و غلظت رنگ (60-30 میلی‌گرم بر لیتر) بر حذف رنگ RBB انجام گرفت. در نهایت، جهت تجزیه و تحلیل داده‌ها و همچنین ایزوترم‌های جذب به ترتیب از نرم‌افزارهای Excel 2007 و ISOFIT (ISOtherm FItting Tool) استفاده شد.

یافته‌ها: نتایج نشان داد که با افزایش pH کارایی حذف رنگ کاهش می‌یابد و بیشترین مقدار حذف رنگ (83 درصد) در
4 pH= به دست آمده است. در غلظت اولیه 30 میلی‌گرم بر لیتر، با افزایش زمان تماس از 2 تا 66 دقیقه بازدهی حذف رنگ از 43 درصد به 85 درصد افزایش می‌یابد و پس‌ازآن تقریباً به یک مقدار تقریبی ثابت می‌رسد. مشخص شد که با افزایش دوز جاذب کارایی حذف افزایش و با افزایش غلظت رنگ، راندمان حذف کاهش می‌یابد. نتایج داده‌های ایزوترم جذب نشان داد که داده‌ها، با مدل GLF (Generalized Langmuir-Freundlich) تطابق بهتری دارد.

نتیجه‌گیری: بر اساس نتایج حاصله، کیتوزان می‌تواند به‌عنوان یک جاذب مؤثر در حذف رنگ RBB از فاضلاب‌های صنعت نساجی و یا منابع آبی آلوده به این رنگ مورد استفاده قرار گیرد.

واژه‌های کلیدی: کیتوزان، حذف رنگ، ریمازول بلک بی(RBB) ، محلول‌های آبی

مقدمه

امروزه صنایع بسیاری همچون نساجی، کاغذسازی، چاپ، چرم، دباغی، جوهر، مواد آرایشی-‌ بهداشتی و غیره حجم وسیعی از پساب‌های رنگی را وارد محیط زیست می‌کنند ]1[. گزارش شده است که بیش از 700 هزار تن و ۱۰ هزار نوع رنگ تجاری در سراسر جهان تولید می‌شود که به علت عدم تثبیت مناسب مولکول‌های رنگی بر روی الیاف و عدم کارایی واحدهای رنگرزی، حدود 20 درصد این رنگ‌ها وارد پساب صنایع می‌شوند ]2[. رنگ ریمازول بلک بی (RBB) یکی از انواع رنگ‌های راکتیو می‌باشد. این رنگ‌‌ها به علت ثبات رنگ عالی، تکنیک‌های کاربردی آسان و مصرف انرژی پایین کاربرد زیادی دارند، به‌طوری‌که تقریباً 45٪ از تمام رنگ نساجی تولیدشده در سال متعلق به گروه راکتیو است. رنگ‌های راکتیو به علت حلالیت بالا در آب، نسبت به دیگر انواع رنگ‌ها با غلظت بالاتری در فاضلاب‌های نساجی یافت می‌شوند و به‌آسانی توسط سیستم‌های متعارف تصفیه حذف نمی‌شوند ]3[. علاوه بر این، رنگ‌ها سبب ممانعت از عبور کامل نور به داخل آب شده و در نتیجه موجب کاهش عمل فتوسنتز و به دنبال آن کاهش اکسیژن محلول و بروز پدیده اوتریفیکاسیون در آب‌های پذیرنده می‌شود ]4[. همچنین مطالعات مختلف نشان داده‌ است که بیشتر رنگ‌ها سمی، آلرژی‌زا، سرطان‌زا و جهش‌زا هستند ]5[. این ترکیبات همچنین از نقطه‌نظر زیبایی‌شناختی، بر کیفیت آب برای مصارف شرب و سایر مصارف، اثر منفی برجای می‌گذارند ]6[. به همین دلیل، این فاضلاب‌ها به‌عنوان یکی از مهم‌ترین عوامل تهدیدکننده سلامت عمومی و محیط زیست در سراسر جهان مورد توجه قرار گرفته‌اند و بایستی قبل از تخلیه به محیط زیست، به‌نحو مطلوبی تصفیه شوند ]7[.

برای رنگزدایی صنایع نساجی روش‌های مختلفی وجود دارد که می‌توان به انعقاد و لخته‌سازی، اکسیداسیون شیمیایی، تصفیه بیولوژیکی، تکنیک الکتروشیمیایی، تعویض یونی، جذب سطحی و فرایندهای ترکیبی شامل ازن‌زنی و انعقاد یا انعقاد و تعویض یونی اشاره کرد ]8[. جذب از مهم‌ترین تکنیک‌های قابل قبول جهت کاهش غلظت رنگ‌های حل‌شده از محلول‌های آبی است ]9[. مزایای این فرایند در مقایسه با دیگر فرایندهای جداسازی، سادگی در بهره‌برداری و ارزان بودن آنها است ]10[. رایج‌ترین ماده جاذب، کربن فعال است که کارایی زیادی دارد ولی گران بودن و هزینه‌بر بودن احیای آن، باعث شده است که تمایل زیادی برای استفاده از آن نباشد ]11[. علاوه بر این، جاذب‌های مختلف دیگری همچون پوسته تخم مرغ ]12[، جاذب معدنی پامیس ]13[، بنتونیت ]14[ و پودر استخوان ماهی ]15[ برای حذف پساب رنگی مورد استفاده قرار گرفته‌اند. به‌هرحال، استفاده از جاذب‌های با قیمت ارزان و با پتانسیل جذب بالا توسط محققین درحال‌توسعه می‌باشند که با مقدار مصرف کم، قدرت جذب بالایی داشته باشند و به محیط زیست صدمه نزنند. اخیراً بیشتر بررسی‌های محققان بر روی جاذب‌هایی متمرکز شده است که پایه طبیعی داشته و در مقادیر بالایی در طبیعت موجود باشند و برای محیط زیست مضر نباشند. همچنین، مشکلات اقتصادی و بازیابی جاذب‌ها باعث شده است تا محققان بر روی جاذب‌های با قیمت ارزان‌تر متمرکز شوند ]16[.

تاکنون مطالعات زیادی در جهان در مورد حذف آلاینده‌های مختلف به‌وسیله کیتوزان انجام شده است. در مطالعه‌ای که با استفاده از کامپوزیت کیتوزان/رس انجام شد، مشخص گردید که این جاذب قادر به حذف مؤثر رنگ Metylen Blue می‌باشد. همچنین نتایج ایزوترم جذب نشان داد که ظرفیت جذب این جاذب 82 میلی‌گرم بر گرم بوده و سینتیک جذب نشان داد که 50 درصد جذب رنگ در 13 دقیقه اول رخ داده است ]17[. در تحقیقات دیگری از کیتوزان برای حذف رنگ بازیک 16 انجام شد و مشخص گردید که حذف رنگ به مقدار مناسبی صورت گرفته و جذب رنگ‌زا از ایزوترم فروندلیچ (99/0<R²) تبعیت کرده است ]18[. در پژوهشی دیگر با استفاده از جاذب کیتوزان در حذف رنگ Acid Blue 92 در شرایط اسیدی، 99 درصد این رنگ حذف گردید ]19[. طی تحقیق دیگری برای حذف سرب از کلسیم آلژینات و کلسیم آلژینات اصلاح‌شده با کیتوزان استفاده شد که ظرفیت این جاذب‌ها به ترتیب 4/100 و 9/106 میلی‌گرم بر گرم به دست آمد ]20[. نتایج یک مطالعه دیگر با استفاده از بنتونیت اصلاح‌شده با کیتوزان برای حذف رنگ Amido Black 10B و کروم (VI) نشان داد که حداکثر ظرفیت جذب این جاذب با توجه به مدل ایزوترم لانگمویر 5/847 میلی‌گرم بر گرم برای AB10B و 6/66 میلی‌گرم بر گرم برای کروم (VI) است ]21[. خوانندگان علاقه‌مند به بحث مفصل در مورد کیتوزان می‌توانند به بررسی جامع و عالی Crini و همکاران در این زمینه مراجعه نمایند ]22[.

با توجه به بررسی‌های که توسط محققان انجام گرفته است، می‌توان پی برد که استفاده از کیتوزان یکی از رایج‌ترین روش‌های مدرن برای حذف آلاینده‌هایی مثل یون‌های فلزی، پروتئین و مخصوصاً رنگ صنعت نساجی است ]23[. این پلیمر طبیعی دارای چند ویژگی ذاتی است که آن را به جاذبی مؤثر برای حذف رنگ تبدیل کرده است. دو دلیل مهمی که باعث گسترش استفاده از کیتوزان به‌عنوان یک بیوجاذب شده است، شامل: اول، قیمت کمتر آن در مقایسه با جاذب‌های تجاری و فراوان‌تر بودن آن در طبیعت )مشتقی از کیتین بوده و کیتین دومین پلی ساکارید ‌طبیعی بعد از سلولز است)، و دوم، رفتار کی‌لیت‌کنندگی (Chelating) عالی آن است که به‌واسطه این رفتار می‌تواند بسیاری از آلاینده‌ها مخصوصاً یون‌های فلزی را حذف کند ]22[. از دیگر ویژگی‌های مفید کیتوزان شامل فراوانی، غیرسمی بودن، زیست‌سازگاری، زیست‌تخریب‌پذیری و خاصیت ضدباکتریایی آن اشاره کرد ]24[. لذا در این تحقیق قابلیت استفاده از کیتوزان برای حذف رنگ RBB از محیط آبی با بررسی عوامل مؤثر در رنگ‌بری از قبیل pH، زمان تماس، غلظت رنگ و دوز جاذب مورد مطالعه قرار گرفته است. همچنین در نهایت ایزوترم جذب با مدل‌های موجود در نرم‌افزار ISOFIT تطبیق داده شد.

مواد و روش‌ها

این مطالعه آزمایشگاهی و به‌صورت ناپیوسته در آزمایشگاه مهندسی بهداشت محیط دانشکده بهداشت دانشگاه علوم پزشکی اصفهان در سال 1394 انجام گردیده است. رنگ مورداستفاده در این تحقیق (RBB) توسط شرکت الوان ثابت ایران تولید می‌شود. فرمول شیمیایی این رنگ به‌صورت (C₂₆H₂₁N₅Na₄O₁₉S₆) است که در 25 درجه سانتی‌گراد 100 درصد در آب حل می‌شود و گروه‌های سولفونات این رنگ در آب یونیزان شده که موجب ایجاد بار آنیونی در ساختار رنگ می‌شود. شکل 1 ساختار شیمیایی این رنگ را نشان می‌دهد. علاوه بر این برای تعیین طول موج حداکثر جذب رنگ RBB از دستگاه اسپکتروفتومتر (UV/Vis, LANGE, Hatch Co, Made in Germany) استفاده شد. همان‌طور که در شکل 2 نشان داده شده حداکثر طول موج جذب این رنگ 598 نانومتر است. همچنین مهم‌ترین خصوصیات جاذب کیتوزان استفاده‌شده در این مطالعه در جدول 1 نشان داده شده است. جهت تعیین مشخصات ساختاری کیتوزان از تصاویر میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM یا electron microscope  Scaning) (Philips Xi 30, Philips, Made in Netherlands ) استفاده شد. شکل 1- ساختار شیمیایی رنگ Remazol Black B (RBB) ]25[

شکل 1- ساختار شیمیایی رنگ (Remazol Black B (RBB

شکل 2- طیف جذب رنگ  Remazol Black B (RBB)

جدول 1- ویژگی‌های فیزیکوشیمیایی کیتوزان

به‌منظور انجام تحقیق حاضر، محلول 1000 میلی‌گرم بر لیتر رنگ به‌وسیله حل کردن مقدار مناسبی از رنگ RBB در آب دی‌یونیزه تهیه شد. سپس سایر غلظت‌های موردنیاز در آزمایش با رقیق‌سازی مقادیر موردنظر از محلول استوک در آب مقطر حاصل گردید. بعد از تهیه نمونه استوک، آزمایش‌های جذب در سیستم ناپیوسته انجام گرفت و فاکتورهای مؤثر بر انجام فرایند مورد مطالعه شامل pH، زمان تماس، دوز جاذب و غلظت رنگ در مراحل جداگانه به‌صورت ذیل بررسی شدند. در ابتدا جهت تعیین pH بهینه حذف رنگ، محلول رنگ با غلظت 40 میلی‌گرم بر لیتر و جاذب کیتوزان با دوز 1 گرم بر لیتر مورد استفاده قرار گرفت. pH محلول پیش از اضافه کردن جاذب با استفاده از HCl و KOH 1/0 مولار در مقادیر 10-4 با استفاده از pH‌سنج (SCHOTT Model CG824, Germany) تنظیم گردید ]26[. سپس محلول‌ها بر روی شیکر (Orbital Shaker Model KS260B, Germany) با سرعت اختلاط 250 دور در دقیقه قرار گرفته و به مدت 60 دقیقه مخلوط شدند. پس از زمان مذکور نمونه‌ها از کاغذ صافی (Watman number 1-0.45µ) عبور داده شد و غلظت رنگ RBB با دستگاه اسپکتروفتومتر (UV/Vis, LANGE, Hatch Co, Made in Germany) اندازه‌گیری گردید. پس از تعیین pH بهینه رنگ، به‌منظور تعیین زمان تماس بهینه جذب رنگ، میزان جذب برای هر یک از غلظت‌های محلول رنگ 50، 40، 30 میلی‌گرم بر لیتر و با دوز جاذب 1 گرم بر لیتر در زمان تماس‌های 186-2 دقیقه تعیین شد. پس از طی زمان مذکور، نمونه‌ها از کاغذ صافی رد شده و غلظت رنگ RBB اندازه‌گیری شد. در مرحله بعد، پس از تعیین pH و زمان تماس بهینه جذب و با ثابت نگه‌داشتن مقادیر آن‌ها، محلول‌های رنگ با غلظت 50-30 میلی‌گرم بر لیتر تهیه شد و میزان جذب در چهار دوز جاذب 25/0، 5/0، 75/0، 1 گرم در لیتر تعیین شد و غلظت رنگ خروجی پس از عبور از صافی مشخص گردید ]28-27[. به‌منظور اطمینان از دقت و صحت نتایج، آزمایش‌ها با دو بار تکرار انجام گردید.

برای تعیین راندمان حذف رنگ از رابطه (1) و مقدار ظرفیت جذب از رابطه (2) استفاده شد.

    (1)

در این معادله R راندمان حذف رنگ (برحسب درصد)، C₀ غلظت اولیه رنگ (میلی‌گرم بر لیتر) و C_t غلظت باقی‌مانده رنگ (میلی‌گرم بر لیتر) است ]26[.

  (2)

در این معادله qe ظرفیت جذب رنگ (میلی‌گرم بر گرم)، C₀ غلظت اولیه رنگ (میلی‌گرم بر لیتر) وCe  غلظت باقی‌مانده رنگ (میلی‌گرم بر لیتر)،m  دوز جاذب (گرم) و  V حجم نمونه (لیتر) است ]26[.

در نهایت برای بررسی ایزوترم جذب رنگ بر روی جاذب کیتوزان، از نرم‌افزار ISOFIT (ISOtherm FItting Tool, Version 2, Inc, USA) استفاده شد. Isofit برنامه‌ای است که پارامترهای ایزوترم را برای یک سری داده‌های آزمایشگاهی از طریق حداقل‌سازی وزن مجموع مربعات خطا بین داده‌های اندازه‌گیری‌شده آزمایشگاهی و مقادیر محاسبه‌شده ایزوترم تطبیق می‌دهد. برای بررسی ایزوترم جذب غلظت‌های60-30 میلی‌گرم بر لیتر از رنگ (با فواصل غلظتی 10 میلی‌گرم بر لیتر) ساخته شد و ایزوترم جذب مورد بررسی قرار گرفت. نرم‌افزار Isofit ده ایزوترم Brunauer-Emmett-Teller (BET)، Freundlich، Freundlich with Linear Partitioning (F-P)، Generalized Langmuir-Freundlich (GLF)، Langmuir، Langmuir with Linear Partitioning (L-P)، Linear، Polanyi، Polanyi with Linear Partitioning (P-P) و Toth محاسبه می‌شود ]30-29[. لازم به ذکر است تمام داده‌های آزمایش با استفاده از نرم‌افزار Microsoft Office Excel 2007 مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفتند و به‌صورت میانگین و انحراف معیار گزارش شدند.

نتایج

جهت تعیین مشخصات ساختاری کیتوزان تهیه‌شده از تصاویر میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM یا electron microscope  Scaning) ساخت شرکت Philips استفاده گردید که تصاویر مربوط به آن در شکل 3 نشان داده است. همان‌گونه که قبلاً اشاره شد جهت تعیین pH بهینه،  pHهای اولیه 10-4 در غلظت رنگ 40 میلی‌گرم بر لیتر و دوز جاذب 1 گرم در لیتر با زمان تماس 60 دقیقه بررسی گردید که نتایج حاصل در نمودار 1 نمایش داده شده است. طبق این نمودار، بیشترین میزان بازدهی حذف رنگ (83 درصد) توسط جاذب در 4=pH حاصل گردید و در pHهای بالاتر از آن، به‌مرور میزان بازدهی حذف کاهش یافت.

شکل 3- تصاویر SEM (electron microscope  Scaning) مربط به کیتوزان

نمودار 1- تأثیر pH بر کارایی حذف رنگ RBB توسط کیتوزان از محلول‌های آبی (زمان تماس:60 دقیقه، دوز جاذب: 1 گرم بر لیتر، غلظت رنگ: 40 میلی‌گرم بر لیتر)

پس از تعیین pH بهینه، تأثیر زمان تماس بر روی کارایی حذف رنگ مورد مطالعه قرار گرفت. در این مرحله راندمان حذف رنگ با تغییر در زمان تماس از 2 دقیقه به 186 دقیقه، در 4=pH با دوز جاذب 1 گرم بر لیتر و غلظت‌های رنگ 50، 40، 30 میلی‌گرم بر لیتر بررسی گردید. بر اساس نتایج ارائه‌شده در نمودار 2، زمان تماس 66 دقیقه به‌عنوان زمان تماس بهینه انتخاب گردید.

نمودار 2- تأثیر زمان تماس بر کارایی حذف رنگ RBB توسط کیتوزان از محلول‌های آبی (pH  برابر 4، دوز جاذب: 1 گرم بر لیتر)

تأثیر غلظت‌های رنگ (60، 50، 40، 30 میلی‌گرم بر لیتر) و مقدار دوز جاذب (1، 75/0، 5/0، 25/0 گرم بر لیتر) بر روی حذف رنگ در 4=pH و زمان تماس تعادل (66 دقیقه) مورد بررسی قرار گرفت و نتایج آن در نمودار 3 نشان داده شده است. طبق این نمودار، با افزایش غلظت رنگ، راندمان حذف رنگ کاهش پیدا کرده است، به‌طوری‌که بالاترین راندمان حذف در غلظت 30 و کمترین راندمان حذف در غلظت 60 میلی‌گرم در لیتر به دست آمد. همچنین با افزایش دوز جاذب، راندمان حذف رنگ و ظرفیت جذب به ترتیب افزایش و کاهش یافته است. بیشترین ظرفیت جذب مربوط به دوز جاذب 25/0 و کمترین آن مربوط به دوز جاذب 1 گرم بر لیتر بوده است.

نمودار 3- تأثیر دوز جاذب و غلظت رنگ‌بر میزان حذف رنگ RBB توسط کیتوزان از محلول‌های آبی (pH برابر 4، زمان تماس: 66 دقیقه)

بر اساس نتایج محاسبه پارامترهای هرکدام از ایزوترم‌ها و محاسبات آماری که توسط برنامه Isofit انجام شد، ایزوترم‌ها براساس مناسب‌ترین آنها رتبه‌بندی گردید. جدول 2 رده‌بندی ایزوترم‌ها بر اساس مناسب‌ترین آنها برای جذب رنگ توسط کیتوزان در شرایط بهینه با غلظت‌های اولیه 60-30 میلی‌گرم بر لیتر ارائه داده است. طبق این جدول مناسب‌ترین ایزوترم، ایزوترم GLF (Generalized Langmuir-Freundlich) با کمترین مقدار AICc برای تحلیل داده‌های جذب رنگ به‌وسیله کیتوزان می‌باشد.

جدول 2- خلاصه‌ای از پارامترهای تشخیصی انتخاب‌شده برای جذب رنگ توسط کیتوزان

بحث

pH یکی از پارامترهای مهم کیفی فاضلاب است که از طریق اثر بر درجه یونیزاسیون ویژگی‌های سطح جاذب، می‌تواند بر ظرفیت جذب تأثیر بگذارد ]31[. طبق نتایج به‌دست‌آمده از این تحقیق مشخص شد که با افزایش pH میزان جذب رنگ کاهش می‌یابد (نمودار 1). رنگ RBB دارای گروه عاملی سولفونات است که در آب یونیزه شده و موجب ایجاد بار آنیونی در ساختار رنگ می‌شود. در pH بالاتر، جذب کمتر رنگ ممکن است به دلیل فراوانی یون‌های OH^- و ایجاد نیروی دافعه بین سطح دارای بار منفی و مولکول‌های آنیونی رنگ باشد. در این زمینه نتایج مشابهی توسط Nateghi و همکاران به دست آمده است. در این مطالعه از نانوذرات اکسید نیکل برای حذف رنگ از پساب‌های سنتتیک استفاده گردید و مشخص شد که با افزایش pH کارایی حذف رنگ کاهش یافته است و مناسب‌ترین pH برای رنگ‌زا، pH برابر 3 می‌باشد. در این pH، نانوذرات اکسید نیکل بیشترین ظرفیت جذب را داشته است. آنها دلیل این امر را وجود پروتون‌های بیشتر در pHهای اسیدی دانسته‌اند که موجب جاذبه الکترواستاتیک بیشتر مولکول‌های رنگ با بار منفی و جاذب‌های با بار مثبت می‌شود ]32[. همچنین طی تحقیق Aksu و همکاران برای حذف رنگ Remazol Black B به‌وسیله لجن فعال زنده و تصفیه‌شده، مشخص شد که راندمان حذف این رنگ در pH اسیدی بیشتر است ]33[. نتایج مطالعات یادشده با این تحقیق همخوانی دارد.

در مطالعه حاضر با افزایش زمان تماس، میزان جذب افزایش یافت که دلیل آن افزایش احتمال برخورد مولکول‌های رنگ با سطح جاذب می‌باشد. همان‌طور که در نمودار 2 مشاهده می‌شود، با افزایش زمان تماس، در ابتدا مقدار جذب بسیار سریع بوده است و پس‌ازآن، میزان جذب به یک حد ثابت رسید و در آن افزایشی مشاهده نشد. این امر می‌تواند به دلیل کاهش غلظت رنگ و کاهش نقاط فعال جاذب باشد. با گذشت زمان تعداد این محل‌ها کاهش می‌یابد و با اشغال تدریجی این محل‌ها توسط مولکول‌های رنگ، نیروی دافعه بین مولکول‌های ماده جذب‌شونده بیشتر می‌شود و میزان حذف یا همان جذب رنگ کاهش می‌یابد ]34[. نتایج مشابهی توسط Bhattacharyya و همکاران در زمینه حذف رنگ‌های قرمز کنگو و متیل بنفش توسط نانورس به دست آمده است. در تحقیق مذکور بیشترین میزان حذف رنگ در دقایق اولیه صورت گرفته و در غلظت‌های بالا، جذب رنگ پس از 100 دقیقه به یک مقدار تقریبی ثابت رسیده است ]1[. تحقیق دیگری که توسط Ai و همکاران بر روی حذف رنگ متیلن بلو توسط نانولوله‌های کربنی چنددیواره مغناطیسی‌شده انجام شد، مشخص گردید که با افزایش زمان، میزان جذب رنگ افزایش می‌یابد و رفته‌رفته پس از گذشت 120 دقیقه به تعادل می‌رسد. آن‌ها جهت توجیه علت این امر، بیان کردند که در مراحل اولیه، جاذب سایت‌های خالی دردسترس بیشتری دارد و پس از گذشت زمان، این سایت‌ها اشغال شده و همچنین دستیابی به سایت‌های خالی باقی‌مانده به علت نیروی دافعه بین مولکول‌های محلول رنگ دشوار می‌شود ]35[.

نتایج مرحله تأثیر مقدار جاذب بر میزان جذب رنگ نشان‌دهنده این است که با افزایش مقدار جاذب، میزان جذب افزایش می‌یابد. دلیل این امر، افزایش مساحت سطح و دسترسی بیشتر مولکول‌های رنگ به نقاط فعال سطح جاذب است ]36[. این نتایج با نتایج Liu و همکاران که بر روی جذب رنگ آنیونی آزو با استفاده کیتوزان/ بنتونیت مطالعه شده است، مطابقت می‌کند ]37[.

با افزایش غلظت اولیه رنگ، میزان جذب رنگ افزایش می‌یابد، این در حالی است ‌که درصد حذف کاهش می‌یابد. این کاهش درصد حذف رنگ ممکن است به دلیل کاهش تعداد سایت‌های فعال جاذب در غلظت‌های بالای رنگ باشد. مطالعه Sreelatha و همکاران نشان می‌دهد که با افزایش غلظت اولیه رنگ راکتیو، راندمان حذف آن توسط کیتوزان کاهش پیدا می‌کند. آن‌ها این کاهش را به این نسبت دادند که در یک دوز مشخص از کیتوزان، سایت‌های جذب دردسترس ثابت و محدود است ]38[. همچنین در تحقیق دیگری مشخص شد که با افزایش غلظت رنگ متیلن اورنج، میزان جذب توسط کیتوزان افزایش یافته است ]39[. در مطالعه Saha و همکاران گزارش شده است که با افزایش غلظت اولیه رنگ راکتیو سیاه 5، بازدهی جذب کیتوزان افزایش پیدا می‌کند. آنها علت افزایش را به نیروی رانشی غلظت گرادیانت در اثر افزایش غلظت اولیه رنگ نسبت داده‌اند ]40[.

همان‌طور که جدول 2 نشان می‌دهد، اطلاعات آکائیک اصلاح معیار (AICc) به‌دست‌آمده از طریق نرم‌افزار ISOFIT مشخص می‌کند که ایزوترم GLF با داشتن پایین‌ترین مقدار AICc با داده‌های جذب رنگ متناسب است. ISOFIT به‌وسیله Teixeira و همکاران برای آنالیز ایزوترم جذب پیرن (Pyrene) به‌وسیله خاک‌های برزیل مورد استفاده قرار گرفت. نتایج آنها نشان داد که ISOFIT جهت تعیین ایزوترم متناسب با داده‌های جذب بسیار مفید می‌باشد ]41[. همچنین فرایند جذب بنزن روی نانوذرات مگنتیک موردمطالعه توسط Amin و همکاران نشان داد که ایزوترم جذب غیرخطی و با ایزوترم BET تطبیق داده شد ]42[.

از جمله محدودیت‌های این تحقیق که ممکن است باعث مشکل شود، می‌توان به وجود ناخالصی‌های رنگ و  عدم جداسازی مناسب کیتوزان از محلول اشاره کرد که می‌تواند بر روی جذب نور در اسپکتروفتومتر تأثیر گذاشته و باعث ایجاد خطا شود. در پایان پیشنهاد می‌شود که می‌توان برای راندمان بیشتر حذف رنگ، از دوزهای بالاتر جاذب استفاده کرد و یا کیتوزان مورداستفاده را برای راندمان بالاتر اصلاح نمود. باوجوداین، به دلیل تأثیر پارامترهایی نظیر درجه حرارت و دور همزن در فرایند جذب، مطالعات تکمیلی در این زمینه توسط دیگر محققان پیشنهاد می‌شود. همچنین از کیتوزان برای حذف سایر رنگ‌ها و به‌کارگیری جاذب‌های دیگر برای حذف این رنگ می‌توان استفاده کرد.

نتیجه‌گیری

در این مطالعه وضعیت بهینه جهت شناخت کارایی بالای کیتوزان برای جذب رنگ نساجی ریمازول بلک بی ((RBB مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان داد که کیتوزان می‌تواند دارای ظرفیت جذب مناسبی برای رنگ RBB از محلول‌های آبی در وضعیت آزمایشگاهی داشته باشد. همین‌طور مشخص شد که pH محلول و غلظت اولیه رنگ تأثیر زیادی بر بازدهی حذف دارند. با افزایش مقدار کیتوزان به دلیل امکان دسترسی بیشتر مولکول‌های رنگ به سطح آن، مقدار حذف رنگ افزایش می‌یابد. همچنین مدل ایزوترم GLF در مقایسه با دیگر مدل‌های موردبررسی توسط برنامه ISOFIT با داده‌ها همخوانی بیشتری داشت. ازاین‌رو، به دلیل سطح ویژه بالا، هزینه پایین، غیر‌سمی بودن و ظرفیت جذب، این جاذب می‌تواند به‌عنوان یک گزینه مؤثر برای حذف رنگ از محلول‌های آبی مورد ملاحظه قرار گیرد.

تشکر و قدردانی

نویسندگان این مقاله بر خود لازم می‌دانند از کارشناسان محترم آزمایشگاه مهندسی بهداشت محیط دانشکده بهداشت دانشگاه علوم پزشکی اصفهان که ما را در انجام این تحقیق مساعدت نمودند، قدردانی نمایند.

References

[1]     Bhattacharyya R, Ray SK. Removal of congo red and methyl violet from water using nano clay filled composite hydrogels of poly acrylic acid and polyethylene glycol. Chemi Engine J 2015; 260: 269-83.

[2]     Jauris IM, Fagan SB, Adebayo MA, Machado FM. Adsorption of acridine orange and methylene blue synthetic dyes and anthracene on single wall carbon nanotubes: A first principle approach. Compu and Theo Chemi 2016; 1076: 42-50.

[3]     Tunç Ö, Tanacı H, Aksu Z. Potential use of cotton plant wastes for the removal of Remazol Black B reactive dye. J Hazard Mater 2009; 163(1): 187-98.

[4]     Yilmaz AE, Boncukcuoğlu R, Kocakerim M, Karakaş İH. Waste utilization: The removal of textile dye (Bomaplex Red CR-L) from aqueous solution on sludge waste from electrocoagulation as adsorbent. Desalination 2011; 277(1–3): 156-63.

[5]     Royer B, Cardoso NF, Lima EC, Vaghetti JCP, Simon NM, Calvete T, et al. Applications of Brazilian pine-fruit shell in natural and carbonized forms as adsorbents to removal of methylene blue from aqueous solutions—Kinetic and equilibrium study. J Hazard Mater 2009; 164(2–3): 1213-22.

[6]     Carneiro PA, Umbuzeiro GA, Oliveira DP, Zanoni MVB. Assessment of water contamination caused by a mutagenic textile effluent/dyehouse effluent bearing disperse dyes. J Hazard Mater 2010; 174(1–3): 694-9.

[7]     Elmoubarki R, Mahjoubi F, Tounsadi H, Moustadraf J, Abdennouri M, Zouhri A, et al. Adsorption of textile dyes on raw and decanted Moroccan clays: Kinetics, equilibrium and thermodynamics. Water Reso & Indust 2015; 9: 16-29.

[8]     Abo-Farha S. Comparative study of oxidation of some azo dyes by different advanced oxidation processes: Fenton, Fenton-like, photo-Fenton and photo-Fenton-like. J American Sci 2010; 6(10): 128-42.

[9]     Aksu Z, Ertuğrul S, Dönmez G. Methylene Blue biosorption by Rhizopus arrhizus: Effect of SDS (sodium dodecylsulfate) surfactant on biosorption properties. Chemi Engine J 2010; 158(3): 474-81.

[10]   Arami M, Limaee NY, Mahmoodi NM. Evaluation of the adsorption kinetics and equilibrium for the potential removal of acid dyes using a biosorbent. Chemi Engine J 2008; 139(1): 2-10.

[11]   Balla W, Essadki AH, Gourich B, Dassaa A, Chenik H, Azzi M. Electrocoagulation/electroflotation of reactive, disperse and mixture dyes in an external-loop airlift reactor. J Hazard Mater 2010; 184(1–3): 710-6.

[12]   Ghaneian MT, Ghanizadeh G, Gholami M, Ghaderinasab F. Application of Eggshell as a Natural Sorbent for the Removal of Reactive Red 123 Dye from Synthetic Textile Wastewater. Zahedan J Resear Med Sci 2009; 11(4): 25-34. [Farsi]

[13]   Samarghandi M, Noori Sepehr M, Zarrabi M, Norouzi M, Amraie F. Mechanism and removal efficiency of CI Acid Blake 1 by pumice stone adsorbent. Iran J Health Environ 2011; 3(4): 399-410. [Farsi]

[14]   Zohra B, Aicha K, Fatima S, Nourredine B, Zoubir D. Adsorption of Direct Red 2 on bentonite modified by cetyltrimethylammonium bromide. Chemi Engine J 2008; 136(2–3): 295-305.

[15]   Ghaneian M, Ehrampoush M, Dehvary M, Jamshidi B, Amrollahi M. A survey of the efficacy of cuttle fish bone powder in the removal of Reactive Red 198 dye from aqueous solution. Toloo e behdasht 2012; 10(3-4): 127-38. [Farsi]

[16]   Sadeghi Kiakhani M, Arami M. Elimination of C.I. basic violet 16 from colored textile effluent using chitosan-ethyl acrylate as a bio-adsorbent. J Advance Mater Coatings 2012; 1: 15-26. [Farsi]

[17]   Bée A, Obeid L, Mbolantenaina R, Welschbillig M,
Talbot D. Magnetic chitosan/clay beads: A magsorbent for the removal of cationic dye from water. J Magn Magn Mater 2017; 421: 59-64.

[18]   Ahmaditabar A, Dehghani MH, Izadpanah F. Removal of basic violet 16 dye from aqueous solutions by using chitosan extracted from shrimp shells. J Resear Environ Health 2015; 1(3): 186-92. [Farsi]

[19]   Szyguła A, Guibal E, Palacín MA, Ruiz M, Sastre AM. Removal of an anionic dye (Acid Blue 92) by coagulation–flocculation using chitosan. J Environ Manag 2009; 90(10): 2979-86.

[20]   Mousa NE, Simonescu CM, Pătescu R-E, Onose C, Tardei C, Culiţă DC, et al. Pb²⁺ removal from aqueous synthetic solutions by calcium alginate and chitosan coated calcium alginate. React Funct Polym 2016; 109: 137-50.

[21]   Hu P, Wang J, Huang R. Simultaneous removal of Cr(VI) and Amido black 10B (AB10B) from aqueous solutions using quaternized chitosan coated bentonite. Int J Biol Macromol 2016; 92: 694-701.

[22]   Crini G, Badot P-M. Application of chitosan, a natural aminopolysaccharide, for dye removal from aqueous solutions by adsorption processes using batch studies: A review of recent literature. Prog polym sci 2008; 33(4): 399-447.

[23]   Wong Y, Szeto Y, Cheung W, McKay G. Equilibrium studies for acid dye adsorption onto chitosan. Langmuir 2003; 19(19): 7888-94.

[24]   Chiou M-S, Li H-Y. Equilibrium and kinetic modeling of adsorption of reactive dye on cross-linked chitosan beads. J Hazard Mater 2002; 93(2): 233-48.

[25]   Hamzeh Y, Azadeh E, Izadyar S, Karaj I. Removal of reactive Remazol Black B from contaminated water by lignocellulosic waste of canola stalks. J color sci tecnol 2011; 5(5): 77-85. [Farsi]

[26]   Nourmoradi H, Zabihollahi S, Pourzamani H. Removal of a common textile dye, navy blue (NB), from aqueous solutions by combined process of coagulation–flocculation followed by adsorption. Desalin Water Treat 2015; 57(11): 1-12.

[27]   Mahmoodi NM, Salehi R, Arami M, Bahrami H. Dye removal from colored textile wastewater using chitosan in binary systems. Desalination 2011; 267(1): 64-72.

[28]   Yagub MT, Sen TK, Afroze S, Ang HM. Dye and its removal from aqueous solution by adsorption: A review. Advan Collo Interf Sci 2014; 209: 172-84.

[29]   Pourzamani H, Hajizadeh Y, Fadaei S. Efficiency enhancement of multi-walled carbon nanotubes by ozone for benzene removal from aqueous solution. Inter J Environ Heal Engine 2015; 4(1): 29.

[30]   Pourzamani H, Samani Majd AM, Fadaei S. Benzene removal by hybrid of nanotubes and magnetic nanoparticle from aqueous solution. Desalin Water Treat 2015; 57(40): 1-12.

[31]   Song Z, Chen L, Hu J, Richards R. NiO (111) nanosheets as efficient and recyclable adsorbents for dye pollutant removal from wastewater. J Nanotechnology 2009; 20(27): 2-10.

[32]   Nateghi R, Bonyadinejad GR, Amin MM, Assadi A. Nickel oxide nanoparticles application as an efficient adsorbent for dye removal from synthetic wastewater treatment. Health system research 2010; 6: 1015-21. [Farsi]

[33]   Aksu Z, Akın AB. Comparison of Remazol Black B biosorptive properties of live and treated activated sludge. Chemi Engin J 2010; 165(1): 184-93.

[34]   Ghaneian M, Dehvari M, Jourabi Yazdi N, Mootab M, Jamshidi B. Evaluation of efficiency of russian knapweed flower powder in removal of reactive Blue 19 from synthetic textile wastewater. J Rafsanjan Univ Med Sci 2013; 12(10): 831-42. [Farsi]

[35]   Ai L, Zhang C, Liao F, Wang Y, Li M, Meng L, et al. Removal of methylene blue from aqueous solution with magnetite loaded multi-wall carbon nanotube: Kinetic, isotherm and mechanism analysis. J Hazard Mater 2011; 198: 282-90.

[36]   Vimonses V, Jin B, Chow CWK, Saint C. Enhancing removal efficiency of anionic dye by combination and calcination of clay materials and calcium hydroxide. J Hazard Mater 2009; 171(1–3): 941-7.

[37]   Liu Q, Yang B, Zhang L, Huang R. Adsorption of an anionic azo dye by cross-linked chitosan/bentonite composite. Intern J bio macro 2015; 72: 1129-35.

[38]   Sreelatha G, Ageetha V, Parmar J, Padmaja P. Equilibrium and kinetic studies on reactive dye adsorption using palm shell powder (an agrowaste) and chitosan. J Chemi Engin 2011; 56(1): 35-42.

[39]   Saha TK, Bhoumik NC, Karmaker S, Ahmed MG, Ichikawa H, Fukumori Y. Adsorption of methyl orange onto chitosan from aqueous solution. J water res & prote 2010; 2(10): 2969-78.

[40]   Saha TK, Bhoumik NC, Karmaker S, Ahmed MG, Ichikawa H, Fukumori Y. Adsorption characteristics of reactive black 5 from aqueous solution onto chitosan. clean Soil Air Water 2011; 39(10): 984-93.

[41]   Teixeira SCG, Marques MRDC, Canela MC, Ziolli RL, Perez DV. Study of pyrene adsorption on brazilian soils. R Chim 2009; 60: 583-7.

[42]   Amin MM, Bina B, Majd AMS, Pourzamani H. Benzene removal by nano magnetic particles under continuous condition from aqueous solutions. Front Environ Sci Eng 2014; 8(3): 345-56.