نیکل، ۲+ است و این در حالی است که نیکل ۳+ و ۱+ نیز به ندرت مشاهده میشوند.
نیکل در ساخت پوشش های محافظ آبکاری برقی، پوشش قالبگیری برقی، باتریهای ذخیره‌ای قلیایی، سلول سوخت اکترود، کاتالیزور و تهیه آلیاژهای فولاد نیکل کاربرد دارد. ساخت فولاد ضد زنگ، به عنوان سوپر آلیاژ، باتریهای قابل شارژ، محصولات ریختهگری و ورق سازی، ورقهای زرهی و درب ضد سرقت، آلیاژ آلنیکو مورد استفاده در آهنربا، بوته های مورد استفاده در آزمایشگاههای شیمیایی، سیمهای فنآوری شده مورد استفاده در رباتها، فلز مونل که آلیاژی از مس و نیکل است و در برابر خوردگی مقاومت زیادی دارد، پروانه کشتی، وسایل آشپزخانه و صنایع شیمیایی از دیگر کاربردهای مورد استفاده این فلز است. کاربردهای نیکل خالص(تجاری) شامل تجهیزات فرآیندها و صنایع غذایی، بشکههای کشتیرانی شیمیایی، اجزاء موشکی و فضایی و صنایع لوله و تجهیزات وابسته میباشد.
فاضلابهای خانگی و صنعتی نیز از دیگر موارد تولید این فلز میباشند. بیماریهای ایجاد شده از این فلز شامل: ناراحتیهای دستگاه گوارش(تهوع، استفراغ، اسهال)، فیبروز ریوی، مشکلات کلیوی و ناراحتیهای پوستی میباشد. (اختر و همکاران، ۲۰۰۴)[۲۶] نیکل کربنیک یک گاز بسیار سمی است. تماس نیکل با پوست افراد حساس ممکن است ایجاد آلرژی کند. مقداری مجاز نیکل مصرفی در محصولاتی که با دست انسان تماس دارد، مطابق اتحادیه اروپایی میباشد. بر اساس یک گزارش منتشر شده در مجله نیچر[۲۷] در سال ۲۰۰۲ ، محققین دریافته‌اند که مقدار نیکل موجود در سکه‌های یک و دو یورو بیشتر از حد استاندارد است.
۱-۲ روش های حذف فلزات سنگین از محلول های آبی
انتقال مواد از یک فاز متحرک(حلال به طور معمول آب) به فاز جامد( جاذب، مواد بیولوژیکی) یک پدیده کلی در میان تحرک مواد در محیطهای متخلخل آبی است. خواص جذب یونهای فلزی برای ارزیابی رفتار یون در محیط زیست طبیعی بسیار مهم میباشد.
مواد و روشها برای از بین بردن یونهای فلزی از محلول آبی به طور عمده از فنآوریهای فیزیکی، شیمیایی و بیولوژیکی تشکیل شده است. روشهای مختلفی برای حذف آلایندهها از آب آلوده استفاده شده است که میتوان به رسوب شیمیایی، استخراج با حلال، استخراج با فاز جامد، فیلتراسیون، تبادل یونی، فناوریهای غشاء و فرایند غشایی، جذب سطحی و تبخیر اشاره کرد.(وانگ و چن، ۲۰۰۹)
البته هزینه های بالا، مصرف زیاد انرژی، تولید آلایندههای ثانویه، حذف ناقص فلز و تولید لجن سمی از معایب این روشها هستند. (ولسکی، ۲۰۰۱)[۲۸] در میان تمام روشهای پیشنهادی، جذب یکی از محبوبترین روش ها است و در حال حاضر به عنوان یک روش موثر، کارآمد و اقتصادی برای تصفیه فاضلاب در نظر گرفته می شود.
اکنون به چند نمونه از روشهایی که در حذف فلزات سنگین مورد استفاده قرار میگیرند میپردازیم:
۱-۲-۱ روش اسمز معکوس[۲۹]
روش جداسازی اسمز معکوس یک روش جداسازی غشایی میباشد، که در این روش فشاری بیشتر از فشار اسمزی آب در خلاف جهت اسمز معمولی در محلول فاضلاب آبی به کار گرفته می شود، که باعث می شود مولکولهای آب به صورت گزینشپذیری درون غشاء نفوذ کنند. این روش برای خالص سازی آب بسیار موثر میباشد، اما عیب این روش این است که به فشاری بالا جهت جداسازی نیاز دارد و هم چنین هزینه عملیاتی این روش بالا میباشد. در شکل ۱-۱ شمای کلی فرایند اسمز معکوس به خوبی نمایش داده شده است.
شکل۱-۱ شمای کلی فرایند اسمز معکوس (منبع)
۱-۲-۲ روش تبادل یونی[۳۰]
تبادل یونی یک روش مناسب برای حذف فلزات سنگین از فاضلاب آبی میباشد، در این فرایند یک رزین جامد نامحلول عموماً به شکل دانههایی با قطر ۱ تا ۲ میلیمتر که شامل یونهای با بار یکسان با یونهای فلزات سنگین میباشد، در محلول فاضلاب آبی قرار میگیرد. همان طور که در شکل ۱-۲ نشان داده شده است واکنش جایگزینی اتفاق میافتد به طوری که رزین یونهای فلزات سنگین را جذب می کند و یونهای با بار یکسان را جایگزین آنها می کند. این مواد دارای تخلخل بسیار بالا میباشند و به همین دلیل میتوانند یونها را به سادگی جذب نمایند. این فرایند به دلیل توانایی بازیافت یونهای فلزات سنگین از رزین مورد توجه قرار گرفته است، یکی از معایب این روش این است که به فشاری زیاد جهت جداسازی نیاز دارد از معایب دیگر رزینها آلودگی محیط زیست آنها بعد از اتمام طول عمر مفیدشان میباشد زیرا اغلب از جنس پلیمر بوده و برای محیط زیست زباله محسوب میشوند.
شکل۱-۲ فرایند تبادل یونی (منبع)
۱-۲-۳ روش الترا فیلتراسیون
فرآیندی برای حذف مولکولهای با وزن مولکولی بالا در محلولها الترا فیلتراسیون میباشد. مولکولهای بزرگتر از سایز تخلخل غشاء، زمانی که آب و سایر مولکولهای با وزن مولکولی پایین از غشاء عبور می کنند باقی میمانند. شکل ۱-۳ نمایی از فرایند فیلتراسیون را نشان میدهد. به دلیل ماهیت آنیونی و سایز کوچک فلزات سنگین، یک معرف کمپلکس دهنده اضافه می شود تا فلزات سنگین با مولکولهای بزرگ پیوند بر قرار کنند. این روش به دلیل کارایی بالا(۹۰ درصد) و هزینه عملیاتی پایین مورد توجه قرار گرفته است. عیب این روش در تولید لجن میباشد.
شکل ۱-۳ نمایی از تصفیه آب توسط فیلتراسیون (منبع)
۱-۲-۴ روش جذب زیستی
جذب زیستی از دیگر روشهای جداسازی فلزات سنگین از محلولهای آبی میباشد که در آن توده زیستی توانایی جمعآوری فلزات سنگین از پسابها از طریق فعالیتهای متابولیکی غیرمستقیم یا راههای فیزیکوشیمیایی جذب را دارد. فرایند جذب سطحی به طور عمومی از طریق مکانیسمهایی مانند انتقال خارجی جرم ماده حل شده به جاذب و به دنبال آن توزیع درون ذره ای پیش میرود.
جذب سطحی انتقال انتخابی به سطح، بر اساس طبیعت پیوندهای بین کاتیون جذب شده و سطح جاذب به جذب فیزیکی و شیمیایی طبقه بندی می شود. در جذب سطحی فیزیکی، پیوندها از نوع نیروهای ضعیف واندروالس هستند. در جذب شیمیایی، پیوند شیمیایی، نوآوری واقعی دانسیته الکترونی بین جذب شونده و جاذب تشکیل می شود. در شکل ۱-۴ نمایی از جذب سطحی را نمایش داده شده است.
عوامل موثر بر سرعت جذب سطحی عبارتند از:
مساحت سطح جاذب: قطر دانه های جاذب نسبت عکس با جذب سطحی دارد.
pH: بستگی به طبیعت سیستم حلال- حل شونده دارد.
طبیعت جذب شده: حلالیت جذب شده در حلال با سرعت جذب نسبت عکس دارد. افزایش طول زنجیره مولکولی، اندازه مولکول و درجه یونیزاسیون باعث افزایش سرعت جذب میشوند. شکل هندسی مولکول نیز فاکتور موثر بر سرعت جذب است.
کشش سطحی حلال: موادی که با حل شدن کشش سطحی حلال را کمتر می کنند، در سطح متراکم میشوند( مانند مواد آلی) در حالی که موادی که کشش سطحی را افزایش می دهند، تراکم کمتری در سطح نسبت به عمق محلول دارند( مانند یونهای معدنی). ( پور کیوانی، ۱۳۹۱)
شکل ۱-۴ نمای کلی فرایند جذب سطحی (منبع)
۱-۳ انواع جاذب
در دنیا از مقادیر و انواع بسیار زیادی از مواد به عنوان جاذب برای جذب فلزات سنگین استفاده می شود. مانند باکتری ها (باسیلوس سابتیلیس)، قارچها (ریزوپوس ارهیزوس)، مخمرها (ساکارومایسس سرویزیه)، جلبکها، مواد معدنی طبیعی(ذغال سنگ، خاک رس و ...)، مواد آلی(کلوژن، پشم)، زبالههای صنعتی (خاکستر بادی، لجن صنعتی و ...)، ضایعات کشاورزی (پوست مرکبات، پوسته برنج، هسته میوه جات)، مواد جنگل( برگ درختان، تخته و الوار و ...)، کربن فعال و سایر مواد پلی ساکاریدی. (ساکا و همکاران، ۲۰۱۲)[۳۱]
۱-۳-۱ جاذب معدنی
اغلب کانیها بسیاری از مواد معدنی سنتزی به عنوان جاذب بررسی شده اند. از جمله کلریدها ، اکسیدها (Zno، Mgo، Cao)، سیلیکاتها ، سولفاتهای فلزی ، دیاتومهها، سریم بیکربنات و سنگ آهک را میتوان نام برد. جاذبهای معدنی تجارتی عبارتند از: آلومیناها، سیلیکاتها و زئولیتها، پرلیت، بنتونیت، کائولینیت، سورفکتانت، خاک رس و ...(شوکلا و پری، ۲۰۰۵)[۳۲] این ترکیبات وقتی عاملدار میشوند دارای ظرفیت بارگذاری یون فلزی نسبتاً بالا برای انتخاب یونهای فلزی میشوند. این کارآیی استثنایی می‌تواند به حضور لیگاند‌های سطح مرزی نسبت داده شود که می‌تواند به طور ویژه با جذب سطحی انتخابی با یونهای فلزی وفق داده شود.
این اکسیدها و پلیمرهای عاملدار شده در پیش تغلیظ یونهای فلزی برای سنجش محلولهای چند جزئی و برای حذف اجزای سمی از آبهای آلوده استفاده میشوند.
۱-۳-۲ جاذب آلی
این جاذبها شامل موادی با پایه آلی طبیعی یا سنتزی هستند. علاوه بر کربن فعال یا زغال، انواع گسترده مواد آلی نیز برای جذب به کار رفتهاند. سلولز (فراوانترین بیوپلیمر در طبیعت)، شیتین (دومین پلیمر فراوان در طبیعت)، کلوژن، پشم، ژلهای نشاسته-پلیکریلآمید (که چندین برابر وزنشان در دمای محیط از آب فلزات را جذب می کنند، اما با حرارت دادن آرام، اغلب آنها آزاد میشوند)، پلیساکاریدهای مشتق شده از غلات و اشکال گوناگون بیومسها (مانند پس ماندههای برداشت غلات) از آن جمله هستند. جاذبهای آلی تجاری عبارتند از: کربن فعال و پلیمرها (مانند کوپلیمرهای پلی استیرن/ دی وینیل بنزن، پلی متیل اکریلات، اتیل وینیل بنزن، وینیل پیریدین و گاهی سولفونه شده یا کلرومتیلدار شده آنها (شوکلا و پری، ۲۰۰۵)
۱-۳-۳ جاذب زیستی
استفاده از محصولات و ضایعات کشاورزی به عنوان ماده جاذب برای حذف فلزات سنگین از آبهای آلوده طی دهه گذشته به طور فزآیندهای مورد استفاده واقع شده است.
جاذبهای زیستی به دلیل دارا بودن گروه های کاربردی از جمله کربوکسیل، هیدروکسیل، ایمیدازول، آمینوها، فسفات، سولفات، فنلها و کربنیل تمایل برای جذب یونهای فلزی دارند.
اجزاء اصلی زیست توده ضایعات کشاورزی شامل همیسلولز، لیگنین، لیپیدها، قندهای ساده و انواع هیدروکربنها می باشد. اعتقاد بر این است که یون فلزات به گروه های شیمیایی کاربردی مانند کربوکسیل، اسید آمینه و یا فنولیک اتصال برقرار می کند. پلیساکاریدها نیز نقش مهمی در جذب فلزات سنگین دارند که نمونه آن پکتین است که در تفاله مرکبات همچون سیب و چغندر یافت می شود. (دمیرباش، ۲۰۰۸)[۳۳]
مزایای این جاذبها در دسترس بودن، راندمان بالا،به حداقل رساندن مواد شیمیایی، امکان بازسازی جاذب، امکان بازیابی فلز، ظرفیت جذب بالا، کاربرد مهندسی، پایین بودن هزینه ، سادگی طراحی و بهره برداری را شامل می شود.
مزیت زیست محیطی استفاده از پوست مرکبات به عنوان جاذب عبارت است از: ۱- حجم زباله تا حدودی کاهش می یابد. ۲- جاذب با هزینه های معقول و کم آماده می شود.
فهرستی از نقاط مختلف دور انداخته شده میوه ها و سبزیجات که میتوانند جذب کننده های سطحی برای حذف انواع مختلف آلایندهها به خصوص یونهای فلزی، به ترتیب زیر می باشد:
پالپ میوه، تفاله و مواد جامد زائد
پوست میوه ها و پوسته دانهها
پوشش های میوه ها
هسته میوه ها و دانه ها
ضایعات ساقه و الیاف سخت و زبر
مواد زائد سبزیجات .
۱-۴ مبانی فرایند جذب سطحی
راهنمای نگارش پایان نامه و مقاله درباره بررسی بهره وری از ضایعات پوست لیمو به ...
